输电线路红外图像检测研究

杨波

摘要：针对传统的输电线路检测方法灵敏度较低的问题，提出了红外热成像检测技术。根据红外热成像检测原理，并采用具有红外辐射模块、红外热成像模块和热递模块的红外热成像检测模型作为示例，融了数学模型，形象直观地阐述了红外热成像检测的原理。还通过提取输电线路特征，进行故障分析，构设出红外热成像检测系统，实现输电线路缺陷的深度分析。试验表明，本方案相比传统的超声波检测方法，反应快，误差低。

关键词：输电线路；缺陷检测；红外热成像检测技术

引言

输电线路作为运输电力的介质，其重要性相当于人类生产生活中的“血管”，在国民经济中具有“举足轻重”的作用。在线路处，通常采用架空运输的方式。但是在长期使用过程中发现，由于输电线路设置的环境不同、输电线路工作人员操作水平的限制以及输电线路材料和结构的不同，在使用期间容易存在线路异常及病害故障，这些现象直接导致输电线路材料的可靠性下降，这很容易导致后果不堪设想的事故发生，严重时导致电力运输安全隐患。因此，对输电线路缺陷的检测关乎到国民经济的命脉和人类自身的安全。在输电线路中，由于其内异物等因素，误差较大。通超声波检测虽然对于缺陷敏感性不太高，但是其应用过程中通常采用脉冲回波法对结构的界面特性进行检测分析，由于超声波在各层介质之间发生多次反射和透射，很不容易分辨出各界面的回波，尤其对于厚度较小（甚至于几百微米的厚度）的结构界面质量的检测问题，缺陷特征信号的提取变得非常棘手。因此这就需要一种新型的输电线路检测方法。

１ 红外热成像检测技术的提出及探测原理

1.1 红外热成像检测技术的提出

红外热成像技术通常能够将红外技术融合高分辨红外探测设备实现物体的高精度检测，该技术采用非接触检测技术，由于输电线路设置的环境通常为地下或者人为很难接近的场合，环境恶劣，而红外热成像技术具有较高的空间分辨率，检测速度快，检测结果比较直观、明显，基于这些技术优势，本研究将该技术应用到输电线路缺陷检测中比较适合。在红外热成像技术的应用范围内，其通常使用热激励技术、热成像技术和热图像处理技术。

1.2 红外热成像检测原理

在利用红外热成像检测中，通常需要红外辐射模块、红外热成像模块和热递模块３种不同的模块。更具体地说在热传递模块中，通过热量散发，在输电线路件内部进行热传播，利用热传递规律将输电线路件中的缺陷信息反映到该件表面的温度信息上。表面的温度信息又通过利用红外辐射模块，将该温度情况通过电磁波扩散的方式，将该热信息辐射到大气中。然后通过由红外热成像模块感应大气中的热辐

射，根据辐射能量与温度之间的函数关系，将辐射能量换算成温度信息，然后该信息通过各种色泽信息呈现在计算机显示屏上，供用户分析、使用。

２ 缺陷特征分析及检测方案

2.1 输电线路件缺陷特征分析

当输电线路出现缺陷时，输电线路会发生变化，进而影响输电线路件的动态响应。为提高对输电线路缺陷的检测效率，对输电线路缺陷进行识别，确定线路缺陷出现的位置。当输电线路出现缺陷时，线路成像的动态响应会出现变化，确定缺陷的局部出现范围。

２.２ 红外热成像检测系统设计

在本系统设计中，在计算机的控制下，控制器控制红外热成像仪工作，在工作时，需要在被测线路加热，通过加热线路，提取其内的缺陷信息特征。通过电磁感应发生器产生激励信号，在激励线圈中，加载高频交流电，当加有该信号的激励线圈被放置在输电线路件的表面上时，利用电磁感应原理，在激励线圈中产生的交变电流将在其导体材料中感应出涡流信息号，由此产生电阻热。将其产生的电阻热通过热源加热，进一步激发输电线路具有的损伤和缺陷信息。同时，通过红外热成像仪采集到缺陷表面的热响应信息，并通过图像采集单元将该热响应传递到计算机中进行分析、处理和显示。当图像采集单元采集到红外热成像仪输出的图像时，通过构建有限元模型实现输电线路损伤和缺陷信息。

3输电线路故障识别方法的性能测试

3.1故障识别准确性能测试

为了测试所提方法的识别准确性，采用传统方法与本文方法同时对输电线路的故障进行识别。实验对象为某电力系统输电线路—220 kV 杆塔，该输电线路杆塔上有明显的导线的初伸长，且导线中含有 3 个绝缘子串的高压端各有一处跳线夹明显过热，由于无法人为靠近该杆塔进行故障识别，只能在距离杆塔根开50 m 之外的距离进行故障识别，这无形中会增加红外辐射传输路径过长的衰减和红外辐射发散，减少输电线路红外辐射量，增加了故障识别的难度，致使传统方法识别到的输电线路温度与实际输电线路温度相差较大，甚至不能识别出故障区域。经过反复三次识别，文中方法三次数据相同，识别出 3 个故障区域，传统方法， 在第一次和第三次识别时，识别出 1 个故障区域，第二次识别并未识别出故障区域。根据实际人员检修结果 发现，该杆塔输电线路跳线夹过热是由于跳线夹发生 松动或内部发生氧化反应导致输电线路外部绝缘子击 穿造成过热引起的，一共存在 3 处故障，通知检修人员处理后该故障消失，说明此故障识别方法，识别结果准 确性较高。

3.2 故障定位精度测试

根据电力系统输电线路———220 kV 杆塔，绝缘子跳线夹进行基于红外图像的输电线路故障点定位，得出传统方法和文中方法在噪声条件干扰度的红外图像。

图1 红外图像

从图 中可以看出，传统方法对电力系统输电线路———220 kV 杆塔绝缘子跳线夹红外图像故障点进行定位时，随着定位时间的增加，定位精度数值一直保持在 0 － 20% 之间，其定位精度较低。文章方法对输电线路的故障点进行定位时，随着定位时间的增加，定位精度大幅度上升，定位精度数值高达约 80% ，对比两种结果可得，文章方法的故障定位精度更高。经实验结果证明，文章方法能够实现输电线路故障的准确识别，并且对故障点的定位精度较高。红外图像相比于其他故障识别方法具有明显优越性，由于被识别定位的输电线路多是架空的、电压较高、不易靠近，大大增加了电力系统中各个输电线路故障识别和定位的难度，为工作人员的及时检修带来了巨大的挑战。鉴于此，提出基于红外图像的输电线路故障识别方法，通过实际应用结果显示，文章方法能够实现电力系统输电线路各类故障的准确识别，保证电力系统的正常供电。

４ 结论

基于红外热成像检测技术具有的诸多优点，本文通过该技术对输电线路缺陷进行检测，通过对红外热成像检测原理进行分析，并介绍输电线路件缺陷特征分析方法，构建出红外热成像检测系统，该系统能够实现便携式、小型化以及低成本在线检测，充分利用了其波长为０.７５～１０００μｍ的电磁波探测优势，在输电线路采用的故障检测上具有突出的检测能力，通过与超声波检测方案进行对比，本文研究的方案具有一定的技术进步性，为下一步输电线路缺陷的检测提高了理论参考。对推动整个线路运行的健康发展具有十分重要的意义。

参考文献

［１］王海涛，吴琼，康正亮，超声检测实验研究［Ｊ］.失效分析与预防，２０１６（４）：２０３－２０７.

［２］王寿超.线路缺陷检测方法试验研究［Ｊ］.煤气与热力，２０１７，３７（１２）：７２－７５.

［３］祝新伟，潘金平，谭连江.线路的微波检测和真密度测试研究［Ｊ］.压力容器，２０１３（９）：５４－５９.

［４］邱旭，钟舜聪朱志彬，等.线路缺陷的红外热成像模拟及实验研究［Ｊ］.机电工程，２０１４，３１（１２）：１５１３－１５１７.