一种输电设备故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种输电设备故障诊断方法，包括以下步骤：A：建立输电网设备正常图谱库，输电网设备包括输电导线、金具和绝缘子；B：采集输电网设备运行图像，对采集到的输电网设备运行图像进行预处理并进行图像特征提取；C：通过图像对比模块，利用采集到的输电网设备运行图像与输电网设备正常图谱库中的图像，分析输电网设备运行图像中输电网设备所发生的变化和缺陷特征，与输电网设备正常图谱库中设备正常状态下的图谱差别，对输电网设备进行故障辨识诊断。本发明专利技术能够通过结构模板分析与缺陷特征模式匹配相结合的方法，及时发现输电线路可能存在的故障隐患，大幅降低故障判决误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种输电设备故障诊断方法，尤其涉及一种基于结构模板分析与缺陷特征模式匹配的输电设备故障诊断方法。
技术介绍
高压架空输电线一般采用钢芯铝绞线。输电线路在巨大的交变张力、由振动引起的弯曲应力和气温急剧变化引起的长期疲劳共同作用下导致材质脆变,在雷击、电气闪络的作用下引起表面损伤,从而不可避免地造成高压架空输电线产生散股缺陷,严重威胁导线本身及其送变电设备和人身安全。各地因为施放风筝、气球等社会行为，导致电网出现安全隐患的事件时有发生。此时，输电线路上悬挂的异物不仅影响线路的正常供电，还会使高压电的极限放电距离变短，严重危及电力线下的行人与车辆安全，进一步而言，若造成线路跳闸，则会导致片区大面积停电，给社会造成巨大的经济损失。目前输电线路检测的方式主要采用监测设备量测采集等技术对线路进行故障的监测，但由于输电网分配较广其故障的判断有很大的一部分成份需要人为来完成，且对于存在的一些还没有发生的隐患还不能及时的发现，如绝缘子、金具等表面损坏，在很大程度上降低了高压输电线路故障监测系统的可靠性。现有基于图像分析的自动检测方法，大多数依赖纹理斜率分布的判决模
型，这类检测方法不仅能够在复杂背景中提取导线边缘，能得到边缘较宽的图像，保存了更多的边缘信息，同时也为输电线路安全运行提供一种新的手段，提高了在线监测系统的利用效率。然而，这类检测方法的问题在于：一方面，采用简单的sobel等灰度梯度算子来定位边缘，在光照和背景噪声干扰下鲁棒性有所降低。另一方面，采用纹理斜率分布的判决模型时，简单地通过观测斜率的正负取值来判决设备故障，数值的不稳定性易造成误判断，而且无法提供故障的置信度度量。本专利技术的技术背景涉及视频图像处理
，尤其涉及设备图像数字化处理和图像信息精确比对两方面。根据输电网的各种正常设备图谱信息建立设备信息库，采集设备运行状态图谱信息，用智能进化算法进行信息比对，正确快速地生成故障定位、故障诊断、故障处理的方案，最终迅速解决故障问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种输电设备故障诊断方法，能够通过结构模板分析与缺陷特征模式匹配相结合的方法，对采集到的输电网设备图谱进行进行分析，然后与标准库中正常图像的数据进行比对，及时发现输电线路可能存在的故障隐患，大幅降低故障判决误差。本专利技术采用下述技术方案：一种输电设备故障诊断方法，包括以下步骤：A：建立输电网设备正常图谱库，输电网设备包括输电导线、金具和绝缘子；B：采集输电网设备运行图像，对采集到的输电网设备运行图像进行预
处理并进行图像特征提取；C：通过图像对比模块，利用采集到的输电网设备运行图像与输电网设备正常图谱库中的图像，分析输电网设备运行图像中输电网设备所发生的变化和缺陷特征，与输电网设备正常图谱库中设备正常状态下的图谱差别，对输电网设备进行故障辨识诊断。步骤A中，按照不同电压等级和不同设备型号分别采集各个输电网设备在正常运行状态下的图谱信息，从而建立输电网正常图谱库。步骤A中，各个输电网设备在正常运行状态下的图谱信息包括：输电导线：输电线宽度、输电线的灰度值、输电线表面平整度和电力线的边缘点梯度变化；金具：金具表面颜色；绝缘子：绝缘子尺寸。步骤B中，首先利用图像处理系统，对采集到的输电网设备运行图像进行图像预处理，包括图像降噪、边缘检测、图像压缩和图像分割，以及对采集到的输电网设备运行图像进行对比度增强、运动模糊图像的复原和图像降噪；然后再利用图像处理系统，对预处理后的输电网设备运行图像进行滤波，采用图像去噪方法去除前景中的背景干扰，最后对电力设备特征进行提取。在图像预处理过程中，采用空间域图像去噪算法、变换域去噪方法和/或偏微分方程去噪方法进行图像降噪；采用Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子、Isotropic Sobel算子和/或Laplacian算子进行边缘检测；采用统计冗余度的压缩方法、空间冗余度的压缩和/或视觉冗余度的压
缩方法进行图像压缩；采用基于全局阈值或自适应阈值的分割方法进行图像分割；在对图像进行对比度增强时，采用直方图均衡化法增强图像对比度；在对图像进行运动模糊图像的复原时，采用逆滤波法、维纳滤波法和/或有约束最小二乘滤波法进行模糊图像的复原；在对图像进行图像降噪时，采用空间域图像去噪算法、变换域去噪方法和/或偏微分方程去噪方法；对去除前景中的背景干扰时，采用空间域图像去噪算法、变换域去噪方法和/或偏微分方程去噪方法去除前景中的背景干扰。步骤B中，针对颜色特征、纹理特征和/或形状特征对电力设备特征进行提取。提取颜色特征时，采用颜色直方图、颜色矩、颜色集和/或颜色聚合向量表征颜色特征；提取形状特征时，采用包括不变矩和骨架的形状特征，通过Canny算子进行形状特征提取。步骤C中，使用基于图像灰度的匹配方法和基于图像特征的匹配方法，将采集到的输电网设备运行图像与输电网设备正常图谱库中的图像进行匹配即精确化比对，分析输电网设备运行图像中输电网设备所发生的变化和缺陷特征，与输电网设备正常图谱库中设备正常状态下的图谱差别。基于图像灰度的匹配方法采用AbsoluteBalanceSeareh匹配法、归一化互相关匹配法和/或图像矩匹配法；基于图像特征的匹配方法包括以下步骤：a：提取待匹配图像与参考图像中共有的图像特征；b：建立两幅图像中特征点之间对应关系；c：根据待匹配图像与参考图像之间几何畸变的情况,选择拟合两幅图像之间变化的几何变换模型；d：对匹配图像进行参数变换使匹配图像与参考图像处于同一坐标系下，然后进行图像融合或目标变化检测处理；并对待匹配图像在参数变换后坐标不为整像素数进行插值处理。步骤C中，输电网设备所发生的变化和缺陷特征包括：输电导线：输电导线断股、输电导线宽度变细、输电导线的灰度值变低、输电导线凸起及输电导线的边缘点梯度变化；金具：金具锈蚀及颜色发生变化；绝缘子：绝缘子边缘破损以及形状特征发生变化；输电导线悬挂异物。本专利技术能够通过结构模板分析与缺陷特征模式匹配相结合的方法，对采集到的输电网设备图谱进行进行分析，然后与标准库中正常图像的数据进行比对，及时发现输电线路可能存在的故障隐患，大幅降低故障判决误差。附图说明图1为本专利技术的流程示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作以详细的描述：如图1所示，本专利技术所述的输电设备故障诊断方法，包括以下步骤：A：建立输电网设备正常图谱库，输电网设备包括输电导线、金具和绝缘子。按照不同电压等级和不同设备型号分别采集各个输电网设备在正常运
行状态下的图谱信息，从而建立输电网正常图谱库。输电网设备图谱信息建立应保证尽可能全面完整并存储在指定设备，如上位机，以方便后期设备信息维护。其中，各个输电网设备在正常运行状态下的图谱信息包括：输电导线：输电线宽度、输电线的灰度值、输电线表面平整度和电力线的边缘点梯度变化；金具：金具表面颜色；绝缘子：绝缘子尺寸。建立输电网设备正常图谱库的过程为：将航拍采集的视频图像首先进行图像预处理，然后再存储到设备图谱库中。图像预处理流程主要包括图像降噪、边缘检测、图像压缩和图像分割。航拍视频图像背景图像及不同天气条件下拍摄的视频，在图像处理前都需要对图像进行降噪提高故本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电设备故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：A：建立输电网设备正常图谱库，输电网设备包括输电导线、金具和绝缘子；B：采集输电网设备运行图像，对采集到的输电网设备运行图像进行预处理并进行图像特征提取；C：通过图像对比模块，利用采集到的输电网设备运行图像与输电网设备正常图谱库中的图像，分析输电网设备运行图像中输电网设备所发生的变化和缺陷特征，与输电网设备正常图谱库中设备正常状态下的图谱差别，对输电网设备进行故障辨识诊断。

【技术特征摘要】
1.一种输电设备故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：A：建立输电网设备正常图谱库，输电网设备包括输电导线、金具和绝缘子；B：采集输电网设备运行图像，对采集到的输电网设备运行图像进行预处理并进行图像特征提取；C：通过图像对比模块，利用采集到的输电网设备运行图像与输电网设备正常图谱库中的图像，分析输电网设备运行图像中输电网设备所发生的变化和缺陷特征，与输电网设备正常图谱库中设备正常状态下的图谱差别，对输电网设备进行故障辨识诊断。2.根据权利要求1所述的输电设备故障诊断方法，其特征在于：步骤A中，按照不同电压等级和不同设备型号分别采集各个输电网设备在正常运行状态下的图谱信息，从而建立输电网正常图谱库。3.根据权利要求1所述的输电设备故障诊断方法，其特征在于：步骤A中，各个输电网设备在正常运行状态下的图谱信息包括：输电导线：输电线宽度、输电线的灰度值、输电线表面平整度和电力线的边缘点梯度变化；金具：金具表面颜色；绝缘子：绝缘子尺寸。4.根据权利要求1所述的输电设备故障诊断方法，其特征在于：步骤B中，首先利用图像处理系统，对采集到的输电网设备运行图像进行图像预处理，包括图像降噪、边缘检测、图像压缩和图像分割，以及对采集到的输电网设备运行图像进行对比度增强、运动模糊图像的复原和图像降噪；然后再利用图像处理系统，对预处理后的输电网设备运行图像进行滤波，采用图像去噪方法去除前景中的背景干扰，最后对电力设备特征进行提取。5.根据权利要求4所述的输电设备故障诊断方法，其特征在于：在图像预处理过程中，采用空间域图像去噪算法、变换域去噪方法和/或偏微分方程去噪方法进行图像降噪；采用Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子、Isotropic Sobel算子和/或Laplacian算子进行边缘检测；采用统计冗余度的压缩方法、空间冗余度的压缩和/或视觉冗余度的压缩方法进行图像压缩；采用基于全局阈值或自适应阈值的分割方法进行图像分割；在对图像进行对比度增强时，采用直方图均衡化法增强图像对比度；在对图像进行运动模糊图像的复原时，采用逆滤波法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭祥富，张小斐，万迪明，吴博，耿俊成，郭志民，苑司坤，刘枫琪，平燕娜，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41