一种高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法
【专利摘要】一种高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法，所述方法首先对紫外成像仪拍摄的绝缘子串的紫外图像进行处理，提取其最大横向光斑直径D，然后通过归一化处理，将最大横向光斑直径D修正到某统一拍摄距离d0下的光斑直径Dd0，最后将Dd0代入放电回归方程(K、L为常数)，得到放电脉冲峰值I。本发明将归一化的最大横向光斑直径作为特征量对高压绝缘子沿面放电脉冲峰值进行量化分析，不仅适用于单片绝缘子，也适用于绝缘子串，该方法消除了拍摄距离对测量结果的影响，能够为绝缘子安全状态的评估和闪络预警提供可靠信息，确保电力系统安全稳定运行。
【专利说明】
一种高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于紫外图像的绝缘子沿面放电脉冲峰值非接触式测量方法，属 于高压技术领域。
【背景技术】
[0002] 绝缘子的表面放电可加速绝缘介质的老化和劣化速度，同时放电也是表征绝缘子 运行状态的重要征兆信号，通过对放电强度进行检测和分析，可评估放电对绝缘子的危害 程度，从而对绝缘子进行安全状态评估以及闪络预警。目前工程中多采用脉冲电流法测量 绝缘子的沿面放电，但该方法属于接触式的检测方法，在现场检测时需要在被检测绝缘子 串安装传感器、数据采集和数据传输系统等，且每一套检测装置仅能检测到一串绝缘子的 放电，设备的安装和维护工作量较大，在工程实际应用中仍然存在诸多不足。放电伴随有紫 外光信号的辐射，近几年，基于日盲(240nm-280nm波段为日盲区）紫外成像的放电检测技术 在电力系统中得到了较为广泛的应用。相对于传统的放电检测方法，紫外成像法具有非接 触、探测灵敏度高的特性，并可以直观地显示肉眼难以观测到的放电图像，为检测绝缘子放 电提供了 一种新的技术手段。
[0003] 放电产生的脉冲电流信号与光信号两者属于不同物理信号，但由放电机理可知， 两者之间又存在着紧密的联系。探索两者之间的关系，可实现放电的非接触式测量，极大地 方便现场放电的监测。但采用紫外成像法测量放电强度具有以下难点：首先需要研究采用 何种参数来量化分析紫外成像的检测结果;其次，绝缘子上往往存在多个放电点，而这些放 电点往往相互之间存在着干扰和重叠，给放电的量化分析带来很大的困难;另外，绝缘子的 串长对放电关系是否有影响目前仍未见相关的研究和报道;再次，在现场检测时，紫外成像 仪的观测距离并不固定，而距离对检测到的紫外图像有着非常明显的影响，因而还有必要 研究紫外图像随距离的变化特性。
[0004] 目前有部分文献研究了绝缘子表面的电晕放电与紫外光斑面积之间的关系，但相 关的研究以单片绝缘子作为研究对象，仅涉及一个放电点，而工程实际中，更多的是绝缘子 串，由多片绝缘子所构成，因而存在多个放电点，且放电点之间往往还存在着重叠现象，传 统的光斑面积法和光子数法对于这类问题无能为力。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种高压绝缘子沿面放电脉冲峰值 的非接触式测量方法，以便对绝缘子进行安全状态评估以及闪络预警，确保电力系统安全 稳定运行。
[0006] 本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
[0007] -种高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法，所述方法首先对紫外成 像仪拍摄的绝缘子串的紫外图像进行处理，提取其最大横向光斑直径D，所述横向光斑是指 放电紫外图像在与绝缘子串相垂直方向上的像素点的个数;然后通过归一化处理，将最大 横向光斑直径D修正到某统一拍摄距离do下的光斑直径Dd〇，最后将Dd〇代入放电回归方程I = K ? Dd〇+L，得到放电脉冲峰值I;式中K、L为常数。
[0008] 上述高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法，所述统一拍摄距离do选 定为14米，放电回归方程为I = 0 ? 873Dd〇-74 ? 03 〇
[0009] 上述高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法，将绝缘子串图像的最大 横向光斑直径D修正到拍摄距离为14米时的光斑直径D 14时，所采用的归一化函数表达式为：
[0010] Di4 = 0.088 ? D ? d0.921
[0011] 其中，d为拍摄距离。
[0012] 上述高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法，对绝缘子串的紫外图像 进行处理的具体步骤如下：
[0013] a ?图像灰度化
[0014] 将紫外成像仪输出的原始RGB彩色图像转换为灰度图像，其灰度变换的公式如下：
[0015] Y = 0.299R+0.587G+0.114B
[0016]其中Y为灰度值，其范围为0-255;R、G、B分别为原始彩色图像的红、绿、蓝三个颜色 的分量值；
[0017] b.图像分割
[0018]采用阈值分割算法将灰度图像变换为二值图像，其算法为：
[0020]式中，T为像素点灰度值的阈值;g (x，y)为二值化后的灰度值;f (x，y)为二值化前 的灰度值；
[0021] c.数学形态学滤波
[0022] 采用数学形态学的开启、闭合运算构成级联滤波器对图像进行滤波处理，其运算 定义如下：
[0025]其中A为待处理的图像，B为结构元素，符号?和?分别代表腐蚀和膨胀运算，符号 〇和?分别表示开运算和闭运算；
[0026] d.小区域面积消除
[0027] 首先对图像中各个白色的连通区域进行标记，将每个连通区域内的像素点赋予相 同的标签值;然后统计各连通区域内所包含的像素点的个数;再将各连通区域所包含的像 素点的个数与设定的面积阈值进行比较，大于面积阈值的区域内的各像素值保持不变，而 小于面积阈值的区域内各像素值设置为〇(置黑）；
[0028] e.依次统计该图像矩阵每一行所包含的像素为"1"的个数，提取所统计数据的最 大值，得到该绝缘子串的沿面放电的最大横向光斑直径D。
[0029] 本发明将归一化的最大横向光斑直径作为特征量，建立了最大横向光斑直径与传 统的电脉冲信号峰值之间的关系，可在不接触绝缘子本体的情况下，对高压绝缘子沿面放 电脉冲峰值进行量化分析，不仅适用于单片绝缘子，也适用于绝缘子串，克服了传统的光子 数和光斑面积参数难以对绝缘子串放电进行量化分析的难题，该方法还消除了拍摄距离对 测量结果的影响，本发明能够为后续绝缘子的安全状态评估、闪络预警以及污秽严重程度 评估提供可靠信息，确保电力系统安全稳定运行。
【附图说明】
[0030] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0031] 图1是试验系统的接线图；
[0032] 图2是单片绝缘子不同放电阶段典型紫外图像和电信号波形；
[0033]图3是3片绝缘子不同放电阶段的紫外图像；
[0034]图4是7片绝缘子不同放电阶段的紫外图像；
[0035]图5是绝缘子串上的相邻光斑重叠示意图；
[0036]图6是图像预处理流程；
[0037]图7是紫外图像处理效果；
[0038]图8是绝缘子光斑的投影曲线；
[0039]图9是电晕和火花放电的脉冲峰值选择方法；
[0040]图10是不同串长绝缘子的紫外图像参数与电信号的关系；
[0041]图11是拟合函数的k值随绝缘子片数的变化曲线；
[0042]图12是光斑横向直径的观测距离修正方法；
[0043]图13是绝缘子不同距离下的放电图像；
[0044]图14是绝缘子放电光斑直径随距离的变化曲线；
[0045]图15是修正的光斑直径与观测距离及该距离下的光斑；
[0046]图16是本发明的流程。
[0047 ]文中所用符号的意义:D为最大横向光斑直径，do为统一拍摄距离，DdQ为统一拍摄 距离do下的光斑直径，I为放电脉冲峰值，D14为拍摄距离为14米时的光斑直径，d为拍摄距 离，R、G、B分别为原始彩色图像的红、绿、蓝三个颜色的分量值，Y为灰度值，T为像素点灰度 值的阈值;g (x，y)为二值化后的灰度值;f (x，y)为二值化前的灰度值;A为待处理的图像，B 为结构元素，符号?和?分别代表腐蚀和膨胀运算，符号?和?分别表示开运算和闭运算;ik 为每个工频周期内的最大放电脉冲峰值，a为显著水平;P为最小显著性概率。
【具体实施方式】
[0048] 本发明在实验室以XWP2-70绝缘子为研究对象，研究了 1片直至7片污秽绝缘子串 在不同串长、放电强度下的紫外图像特征，获得了电晕、火花和电弧三种放电形态的大量的 紫外图像和对应的电脉冲信号。研究发现虽然多片绝缘子上存在着光斑重叠现象，但相互 重叠对绝缘子的横向光斑直径的影响并不大，因而本发明提出了利用紫外图像的最大横向 的光斑直径作为紫外图像量化参数，并提出了相关的图像处理算法实现了上述图像参数的 提取;研究了最大光斑直径与电脉冲信号峰值之间的关系、光斑直径随观测距离的变化特 性，提出了一种最小二乘曲面拟合的光斑直径距离修正拟合公式和基于紫外图像法进行绝 缘子串沿面最大脉冲峰值的估计方法。
[0049] 1绝缘子沿面放电的试验装置和试验方法
[0050] 1.1试验装置及试品
[0051]本文的相关实验在人工雾室内进彳丁，实验系统的基本接线如图1所不。
[0052] 人工雾室的长、宽、高分别为1.5 X 1.5 X 2.7m，采用两台型号为SJC-3000工业用超 声波加湿器进行加湿，为能观测放电紫外图像，在雾室的一侧安装了一块长、宽分别为 1.7m、1. lm，厚5mm的SiC14透紫外玻璃，该玻璃在240-280nm波段紫外光信号的透光率可达 95%以上，工频高压由￥0了1-1200/300污秽实验变压器提供。
[0053] 实验用绝缘子的型号为XWP2-70,紫外成像仪型号为C〇r〇CAM504,探测信号波长为 240-280nm，为便于后续分析光电关系，紫外成像仪输出的视频信号由外接的视频录制设备 进行存储器，泄漏电流由8欧的无感电阻进行取样，输出信号由PCI9812数据采集卡进行采 集。
[0054] 1.2实验方案和流程
[0055]为便于形成放电，实验前采用定量涂刷法对绝缘子进行了染污，盐密(ESDD)分别 为0 ? 05mg/cm2、0 ? lmg/cm2、0 ? 2mg/cm2 和0 ? 3mg/cm2，灰密（NSDD)统一取 2mg/cm2。整个实验 分两步进行，其具体的研究流程如下：
[0056] 1)将紫外成像仪的观测距离设定为14m，镜头与绝缘子串的中间位置近似在同一 水平线上。首先研究单片绝缘子的放电，将染污后经阴干的绝缘子放入雾室，给单片施加的 电压分别为10kV的恒定工频电压，然后从环境湿度开始逐步增加雾室湿度直至饱和湿度。 [0057] 2)恒压加湿阶段电弧放电的幅值一般不超过100mA，为得到大电弧放电时的紫外 图像和脉冲电流信号样本数据，当雾室湿度达到饱和湿度后，在上述恒压加湿法的电压基 础上继续逐步增加电压，直至绝缘子临近闪络。
[0058] 3)增加绝缘子的片数依次为2片，3片直至7片，施加电压也相应一次为20kV、30kV 和70kV，重复上述实验步骤1)和2)。
[0059] 2不同放电阶段的典型紫外图像和电脉冲信号
[0060] 给上述绝缘子串施加恒定电压，然后逐步加湿，研究表明：无论是单片绝缘子还是 多片绝缘子组成的绝缘子串，绝缘子的表面的放电可大致划分为三种放电，电晕放电、火花 放电和电弧放电。由于实验获得的紫外图像太多，在此仅给出部分紫外图像和脉冲电流波 形图。以ESDD = 0.1 mg/cm2的单片绝缘子放电的三个阶段为例，紫外图像和脉冲电流信号时 域波形如图2所示。
[0061 ]在电晕放电阶段，放电主要集中于绝缘子的铁帽与瓷件的小气隙处，放电脉冲多 为密集的小脉冲信号。刚起晕时，紫外图像为一些离散的光斑点，光斑直径一般在10以下， 每个工频周期正负半周仅有1-2个放电脉冲。随着放电逐步增强，紫外图像很快由离散的光 斑点过度较平稳的光斑面积阶段，光斑面积平稳增加，相应的放电脉冲峰值也逐步增大，脉 冲个数也显著增加。图2(a)为电晕放电阶段典型的一帧紫外图像，图2(b)为相对应的脉冲 电流信号。
[0062]随着湿度的继续增加，放电的性质开始发生改变，出现了较为明显的火花放电，放 电脉冲峰值一般在20mA以上，特点是部分工频周期开始出现了脉冲峰值明显比电晕放电阶 段高的电脉冲信号，但这种高脉冲脉的个数并不多，每个工频周期一般在1-10个左右，在火 花放电的阶段，紫外光斑面积表现出较强的波动，光斑面积时大时小，其原因在于火花放电 的不稳定性，从时域波形中可以看出部分工频周期存在火花放电，而部分工频周期火花放 电熄灭，其中大的光斑面积对应于火花放电，而小的光斑面积则对应于火花放电熄灭后的 电晕放电脉冲信号。研究表明，在火花放电阶段，其脉冲的峰值多集中在30到70mA的范围 内，光斑直径值一般不超过150pixe。图2(c)和(d)为该阶段的典型的紫外图像和对应的脉 冲电流信号。
[0063]当湿度较高时，绝缘子可形成电弧放电，肉眼可观测到从铁脚或铁帽延伸而出的 橘黄色放电通道，电弧长度依放电强度而定，随着电弧的熄灭和重燃，紫外图像中的光斑面 积时大时小，波动更加明显，其中大光斑面积对应于电弧放电，而小光斑面积则对应于电弧 熄灭后的电晕放电。当出现电弧放电时，脉冲的峰值一般大于10mA，光斑面积值显著增大， 光斑直径一般在150pixel以上，最大光斑直径可达500左右。图2(e)和(f)为该阶段的典型 的紫外图像和对应的脉冲电流信号。
[0064]同理，对于多片绝缘子，其放电具有类似的三个阶段，也即电晕、火花和电弧放电 的三个阶段。在此仅以3片和7片绝缘子串为例，其不同的放电阶段的紫外图像分别如图3、 图4所示。
[0065] 由于多片绝缘子的放电现象与单片绝缘子类似，本发明在此不在赘述。
[0066] 3.量化参数的选择
[0067] 3.1紫外成像检测量化参数的选择及提取
[0068] 基于上述实验研究可知，随着放电强度的增加，无论是单片还是多片绝缘子其紫 外图像中的光斑大小在逐渐增大，因此可以利用紫外图像的大小来表征其放电的强度，作 为紫外成像检测的量化参数。目前量化紫外图像的参数有:光斑面积，周长，等效直径等参 数。通过对上述的实验研究可知，对于多片绝缘子串，当放电较弱时相邻绝缘子上放电的各 自独立，并不重叠，随着放电的逐步增强其光斑区域开始发生重叠。根据实验可知绝缘子沿 面放电点的紫外图像近似于圆形，本发明以圆形来近似代替实际的放电光斑区域，以三片 绝缘子为例子，其放电光斑的重叠效应可利用图5所示模型进行说明。
[0069]在图5中，圆形代表各放电点的光斑，D1和D2表不各光斑的直径。若直接利用光斑 面积、周长等图像参数来度量放电强度对于单片绝缘子或者多片绝缘子放电光斑没有重叠 时比较有效。对于多片绝缘子，由图5(b)可知，当放电较强后存在着光斑的重叠现象，很难 计算出单独某个放电点的光斑面积和周长等参数。但分析图5(b)可知，即使相邻的绝缘子 即使出现了光斑的重叠，其对各自独立的横向光斑直径的影响并不大。另外从实验中还可 知，不同绝缘子上的各放电点的放电强度并不一定相同，也即光斑的区域大小并不相同，因 而D1和D2的大小并不相同，该选择哪一个直径来量化紫外成像仍然需要进一步分析。根据 绝缘子的沿面放电的机理可知，其放电主要由放电的流注通道和电弧通道所构成，但由于 每个放电点的放电强度不一定相同，而对放电危害比较大的是最大的放电脉冲，因而本文 选择最大的光斑直径来建立与传统的电脉冲信号之间的关系，也即在图5(b)中选择D1作为 紫外量化参数，本发明将其定义为"最大横向光斑直径"，在此以符号D来表示。
[0070]由于实际中放点电的紫外图像的形状不一定完全是圆形，直接采用人工测量法来 提取最大直径往往不易判断出那个地方是最大的直径，为便于实现上述参数的计算机自动 提取，本文采用了数字图像处理算法编写一套图像处理软件。首先对紫外图像进行了数字 图像处理，即对紫外图像进行灰度变换、二值化、形态学滤波、小区域面积消除算法来提取 放电光斑区域，然后将上述处理后的紫外图像沿图像的纵轴进行投影，即可得到沿绝缘子 表面的横向光斑直径的变化情况，其中紫外图像处理框图如图6所示：
[0071]首先采用灰度变换将原始的RGB彩色图像变换为灰度图像，然后采用基于阈值的 图像分割算法将灰度图像变换为二值图像，之后采用数学形态学的开启和闭合算法对二值 图像进行滤波处理，最后采用小区域面积消除算法进一步的滤除噪声区域。以7片绝缘子的 沿面放电紫外图像为例，基于上述图像处理算法，其图像处理的效果如图7所示。
[0072] 观测图7(f)可知，经过上述图像处理后，可有效的滤除噪声，同时保留真正的放电 光斑区域，该图像的每个白色的像素点为"1"，黑色的像素点为"0"，为得到其最大的横向直 径，对上述图像沿图像的y轴投影，也即依次统计该矩阵每一行所包含的像素为"1"的个数， 按照上述算法，其投影曲线如图8所示。
[0073] 提取上述曲线的最大值，其第87个像素点处取得最大值，也即该绝缘串上位于低 压侧的第一片绝缘子上的光斑的横向直径最大，该值为Slpixel，也即该绝缘子的沿面放电 的最大横向光斑直径为81Pixel。
[0074] 3.2电脉冲信号量化参数的选择及提取
[0075] 通过上述实验研究可知，在电晕放电和火花放电阶段的放电脉冲数较多，由紫外 成像仪的工作原理可知，由于其荧光屏响应时间较长，难以建立放电的脉冲个数与光斑之 间的关系，也难以建立放电脉冲群中的每个放电脉冲与紫外光斑直径之间的关系。但紫外 成像仪对光信号的增强响应速度快，一般只有几个ms，由于荧光屏的余辉效应，而对光信号 的衰减的相应速度慢，一般可达20ms。在放电脉冲群中，其最大放电脉冲的出现，意味着该 时刻辐射出的光信号最强，该过程是一个光信号的激增过程，紫外成像仪有着良好的响应 特性，另外在工程实际中，对绝缘子的闪络风险影响最大的是最大的放电脉冲，因而本文提 取的是一个周期内（20ms)的最大脉冲峰值作为电脉冲信号的量化参数。对电晕和火花放电 提取方法如图9所示。
[0076] 在图9中，记每个工频周期内的最大放电脉冲峰值，如图中圆圈标注部位。对于电 弧放电，直接取每个工频周期内的放电脉冲的峰值，其原理与图9相似，在此不在赘述。
[0077] 由于放电具有一定的随机性，为了减小测量误差，本文对上述各工频周期的脉冲 峰值进行了取平均值处理，方法是依次提取多个工频周期内的脉冲峰值，然后进行平均值 处理，其"电脉冲峰值" I的平均值计算方法如下：
[0079] n为工频周期数，本发明中取20，ik为每个工频周期内的最大放电脉冲峰值，放电 有正负脉冲区分，而紫外光信号并不能区分出正负极性，因而式（1)中进行了取平均值处 理，本发明最后以取平均值处理后的I作为电脉冲信号量化参数。4.紫外光斑直径与电脉冲 信号之间的关系
[0080] 根据上述实验研究，可分别提取紫外图像中的"最大横向光斑直径" D和对应时间 段内的电信号的脉冲峰值I作为量化参数。其中单片、3片和7片的上述两个参数之间的关系 如图10所示。
[0081] 分析图10的散点图的变化趋势可知，其近似为线性关系，为此本文采用了线性拟 合函数进行了拟合分析，拟合函数表达式如式(2)所示。
[0082] D = k ? I+b (2)
[0083]采用matlab的cf tool工具箱中的最小二乘拟合算法，其不同串长下的光斑直径与 电流脉冲峰值之间的拟合函数如表1所示。
[0084] 表1不同串长下的光斑直径与电流脉冲峰值之间的拟合函数
[0086]由表1可知，拟合优度值都在0.95以上，可近似认为D和I之间满足线性函数关系。 对不同串长的绝缘子，不同拟合曲线的系数k并不相同，根据表中的相关数据，不同串长下 的比例系数k如图11所示。
[0087]观测图11可知，上述三种模型的幂指数在1.2附近波动，设不同串长下的比例系数 分别为1^，1^沽3，1^4沽5，1^6和1^7。为判断上述不同串长下的比列系数1^是否具有一致性，本 发明在此利用了单因素方差分析法对上述比例系数k的一致性进行了假设检验。
[0088]建立假设 h〇 :kl =k2 = k3 = k4 = k5 = k6 = k7
[0089] 取显著水平为a = 〇.〇5,计算可得最小显著性概率P = 0.9735>0.05,接受假设，三 种模型的幂指数平均值相同，也即可认为三种模型的的光子数随距离的变化有着一致的变 化规律。计算表明上述比例系数k的平均值为1.1457，b的平均值为84.82。
[0090] 5.最大横向光斑直径D的观测距离修正方法研究
[0091]紫外成像仪在现场的检测距离并不固定，在同一放电强度下，观测距离越远，紫外 图像将越小，相应的光斑值也将减小，而本发明的上述相关污秽实验研究结论是在距离为 14m的观测距离下得的，因而还有必要采取相关的归一化算法，将不同距离下检测到的光斑 直径值统一修正到14m的观测距离下，从而使得检测结果具有可对比性，便于更准确的估计 放电强度。由于光斑直径随观测距离的变化特性从理论上分析较难，为此本文采用了实验 的方法通过测量大量的实验数据从而建立了该修正模型，本发明的基本研究思路如图12所 示：
[0092]结合图12,其修正基本方法如下：
[0093] 5.1光斑直径随观测距离变化的实验研究
[0094]实验系统的接线与图1相同，研究光斑直径随着观测距离的变化特性需要一个较 为稳定的放电源，研究发现在一定的电压下污湿绝缘子的表面可出现较为稳定的放电，通 过反复试验，本发明抓住了几次放电较为平稳的状态，然后在尽可能短的时间内在仪器增 益70 %的情况下，迅速在观测距离分别为6m、10m、14m、20m、30m和45m的情况下录制上述紫 外视频图像。其中观测距离分别为6 111、14111、3〇111、45111的紫外放电图像如13所示。
[0095] 观测图13中放电紫外光斑可知，随着观测距离的增加，光斑直径明显减小，采用图 像处理方法计算上述3片绝缘子串的最大光斑直径值D，部分放电强度下的光斑直径随距离 的变化曲线如图14所示。
[0096] 基于上述的实验研究，随观测距离增加，光斑面积值逐渐减小，但距离越大，光斑 面积的减小速度越慢。根据上述数据的变化特性，采用了最小二乘曲线拟合法对数据进行 了拟合，研究表明光斑面积与距离之间近似满足幂函数关系。
[0097] 5.2不同距离下的观测数据与14m下的观测数据获取
[0098] 根据上述的实验数据，可以得到不同距离d，以及该距离下的光斑直径D与14m下的 光斑直径的关系，在此论文表示为(D，d，D14)的数据集合的形式，采用上述方法共获得样本 数据280组，其中的部分数据如表2所示：
[0099]表2基于实验数据获得的部分样本数据集
[0102] 5.3光斑最大直径观测距离的归一化
[0103] 本发明中所谓观测距离的归一化是指将不同距离下检测到的光斑面积的值修正 到某统一的距离下，从而使检测结果具有可对比性。上述问题实际上是一个预测问题，可利 用函数f来表示：
[0104] Dd〇 = f(Dd,d) (3)
[0105] 式（3)中，Dd〇为修正到某统一距离do下的光斑直径的值，d为观测距离，Dd为距离d 下检测到的光斑直径的值。根据表2中的数据，其三维曲面如图15示。
[0106] 分析图15面的变化趋势可知，随着观测距离的增加，其光斑直径近似按照幂函数 规律而变化，相应的放电强度越大，其归一化后的光斑直径也越大，两者之间为线性关系， 基于此本文采用的拟合函数如所示。
[0107] Dm=A ? D ? dn
[0108] 上述中A为待定系数，D14为归一化到14m后的光斑直径，D为某距离d下测量到的光 斑直径，n为幂指数。采用matlab的regerss函数对图中的数据进行拟合分析，其归一化后函 数表达式为：
[0109] Di4 = 〇.〇88 ? D ? d0.921 (4)
[0110] 其中部分拟合结果如下所示，研究表明利用上述归一化计算公式，其归一化后的 值与实际值之间的误差不超过10 %。
[0111] 6.基于紫外光斑直径的脉冲峰值的估计方法
[0112] 由上述研究可知，紫外图像的光斑直径与放电的电脉冲峰值之间具有良好的对应 关系，且不同串长下的上述关系的回归曲线具有一致性，基于此本发明中利用紫外成像法， 非接触式测量绝缘子串放电脉冲峰值的方法如下：
[0113] 根据放电光斑的最大横向直径可以估计其放电脉冲峰值，根据式（1)，其估计的归 回表达式为：
[0114] I = 〇.873Dd〇-74.03 (5)。
【主权项】
1. 一种高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法，其特征是，所述方法首先 对紫外成像仪拍摄的绝缘子串的紫外图像进行处理，提取其最大横向光斑直径D，所述横向 光斑是指放电紫外图像在与绝缘子串相垂直方向上的像素点的个数;然后通过归一化处 理，将最大横向光斑直径D修正到某统一拍摄距离do下的光斑直径Dd〇,最后将Dd〇代入放电回 归方程I=K ? Dd〇+L(K、L为常数），得到放电脉冲峰值I。2. 根据权利要求1所述的一种高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法，其 特征是，所述统一拍摄距离do选定为14米，放电回归方程为I = 0.873Dd〇-74.03。3. 根据权利要求1或2的一种高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法，其特 征是，绝缘子串图像的最大横向光斑直径D修正到拍摄距离为14米时的光斑直径D 14时，所采 用的归一化函数表达式为： Dw=0.088 ? D ? d0-921 其中，d为拍摄距离。4. 根据权利要求3述的一种高压绝缘子沿面放电脉冲峰值的非接触式测量方法，其特 征是，绝缘子串的紫外图像进行处理的具体步骤如下： a. 图像灰度化 将紫外成像仪输出的原始RGB彩色图像转换为灰度图像，其灰度变换的公式如下： Y = 0.299R+0.587G+0.114B 其中Y为灰度值，其范围为0-255; R、G、B分别为原始彩色图像的红、绿、蓝三个颜色的分 量值； b. 图像分割 采用阈值分割算法将灰度图像变换为二值图像，其算法为：式中T为像素点灰度值的阈值;g (x，y)为二值化后的灰度值;f (x，y)为二值化前的灰度 值； c. 数学形态学滤波 采用数学形态学的开启、闭合运算构成级联滤波器对图像进行滤波处理，其运算定义 如下：其中A为待处理的图像，B为结构元素，符号?和?分别代表腐蚀和膨胀运算，符号〇和《 分别表示开运算和闭运算； d. 小区域面积消除 首先对图像中各个白色的连通区域进行标记，将每个连通区域内的像素点赋予相同的 标签值;然后统计各连通区域内所包含的像素点的个数;再将各连通区域所包含的像素点 的个数与设定的面积阈值进行比较，大于面积阈值的区域内的各像素值保持不变，而小于 面积阈值的区域内各像素值设置为〇、即置黑； e. 依次统计该图像矩阵每一行所包含的像素为"1"的个数，提取所统计数据的最大值， 得到该绝缘子串的沿面放电的最大横向光斑直径D。
【文档编号】G01R31/12GK106054032SQ201610130107
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月8日 公开号201610130107.7, CN 106054032 A, CN 106054032A, CN 201610130107, CN-A-106054032, CN106054032 A, CN106054032A, CN201610130107, CN201610130107.7
【发明人】王胜辉, 詹振宇, 谢志新
【申请人】华北电力大学（保定）