“日盲”紫外电晕探测系统定标

"日盲"紫外电晕探测是电力设备检修与维护的主要手段之一。为了提供更为准确和客观的评价依据,需要对"日盲"紫外电晕探测系统进行辐亮度定标,从而确定目标辐亮度与增益控制电压、系统输出灰度值之间的关系。为此构建了由高稳定氘灯光源、积分球、光纤光谱仪等组成的定标装置。采用可溯源美国NIST的紫外标准氘灯对光纤光谱仪进行光谱辐照度标定,并以光纤光谱仪作为标准探测器对电晕探测系统进行定标。通过实验拟合出ICCD增益控制电压与系统增益之间的关系曲线,并给出了系统的标定方程。随后进行了三组不同增益的验证实验,实验结果表明在线性区内辐亮度推算值与测量值之间的最大相对误差为6.11%,均方根为3.22%。经分析,文中所采用的系统定标方案的不确定度为9.1%,基本可以满足了"日盲"紫外电晕探测系统的需求。此外,不同增益条件下的系统响应特性可以为"电晕"探测过程中进行自动增益调整算法的设计提供参考依据。

三波段电晕检测光学系统的设计

为了对电晕放电进行全天候的检测,设计了一套包含日盲紫外、可见光和长波红外的三波段电晕检测光学系统。为了减小系统体积,提高系统性能,日盲紫外和可见光波段采用共光路结构;长波红外段采用独立光路,利用衍射面特殊的色散特性和非球面技术对系统进行单色像差和色差校正,减少系统的镜片数量。系统采用单镜片调焦设计来保证其在-40～60℃内清晰成像。对设计的系统进行了像质评价,结果表明,在空间频率60lp/mm处,20℃时全视场内日盲紫外波段系统的MTF>0.37,可见光波段系统的MTF>0.35;在空间频率20lp/mm处,全视场内长波红外波段系统的MTF>0.6,3个波段均能清晰成像,满足电晕检测的要求。

极不均匀电场中电晕放电紫外成像图像参量变化特性研究

根据放电紫外成像的原理,利用数字图像处理算法分割提取了紫外图像中放电光斑区域,定义了"光斑面积"参数,利用该参数用于量化放电。研究了棒-板间隙电晕放电时的紫外图像,得到了光斑面积与紫外成像仪的观测距离、仪器增益两者之间的关系曲线并进行了理论上的分析,研究了光斑面积与放电电信号之间的关系,得到了光斑面积与放电脉冲幅值、累计放电量之间的关系曲线。分析表明光斑面积随观测距离、仪器增益和放电强度有着较好的变化规律,为量化放电提供了一种新的思路和方法。

单通道双谱紫外电晕放电检测方法

为了防止电晕产生的危害,电力部门需要实时地检测并定位电晕放电故障点。而用于电晕检测的传统双通道紫外检测设备结构复杂,图像处理难度大,研发成本高。基于日盲紫外检测技术,设计了一种新结构的单通道双谱紫外检测系统,其结构简洁,图像处理简便,研发成本较低。系统以PC为主要硬件架构,实现单片机驱动步进电机控制前端滤光片切换,从而能对故障点进行准确的定位,并通过仿真实验验证了系统定位故障点的准确性。

电晕放电紫外成像图像参量变化特性的研究

观测距离和紫外成像仪的增益会影响到紫外成像仪的检测结果,笔者根据放电紫外成像仪的工作原理,利用数字图像处理算法分割提取了紫外图像中放电光斑区域,定义了"光斑面积"参数,利用该参数用于量化放电。研究了棒—板间隙电晕放电时的紫外图像,得到了光斑面积与紫外成像仪的观测距离、仪器增益两者之间的关系曲线并进行了理论上的分析。研究表明光斑面积与距离之间近似为平方反比关系,光斑面积与增益之间近似为指数关系,论文的研究结论为放电的量化提供了一种新的量化参数。

电晕紫外成像检测技术及其应用

利用输电线路和变电站设备电晕可以进行缺陷定位、分析判断绝缘的真实状况。描述了基于日盲滤光片和MCP探测器研制的电晕紫外成像仪,并与可见光摄像机进行同视场检测,实现了电晕的高灵敏检测和定位。为验证紫外成像检测的性能,利用高压尖端放电设备进行了不同放电强度的实验以及电晕放电的现场检测,结果表明:研制的电晕紫外成像仪能够用于高压电晕的检测和故障定位。

紫外相机在电晕检测中的应用研究

高压输电线的电晕放电现象消耗大量的电能,而目前的电晕检测技术,如远红外望远镜、超声电晕探测器及人工目视检查都有一定的不足。日盲紫外探测因为背景干扰微弱、可靠方便而具有独特的优势。经比较分析提出了一种紫外探测方案,给出了一种系统结构。

基于日盲紫外成像检测的复合绝缘子电晕放电光子数变化特性

为将光子数参数用于放电强度的量化分析,以10、35、110 kV的复合绝缘子为研究对象,利用CoroCAM504紫外成像仪研究了电晕放电时,紫外光子数随放电强度、仪器增益和观测距离的变化特性。结果表明：光子数和电流脉冲峰值具有近似线性关系,且都随着电压的增加而增大;但上述3种复合绝缘子的光子数与电流脉冲峰值之间的比例系数不同。随着仪器增益的增大,光子数一般呈现出先增加后减小、在高增益时又增加的变化特性,且观测距离越近,仪器增益对光子数的影响越显著。光子数随观测距离的增大而减小,2者之间具有幂函数关系,幂指数在1.1~1.6之间。

双通道电晕放电紫外检测及其图像融合方法

电晕放电对电力系统的危害日益引起人们的重视。检测电力设备电晕放电可有助于及时发现电力设备故障的类型和严重程度。利用双通道紫外检测系统对紫外日盲波段(240～280 nm)的电力设备的电晕放电进行检测,并研究了系统的图像融合。针对可见光和紫外光双光谱的图像融合问题,提出了适合于双通道紫外检测系统融合的IHS空间变换图像融合算法。通过实例验证了算法的正确性,并且与几种经典的融合算法比较,突出了所用算法的优点。得到的融合图像的放电点和背景图像均清晰、可识别。该方法对提高系统实时检测的可靠性有重要的理论意义和实用前景。

高压电网电晕放电实时监测系统

高压电网中的电晕放电会加剧电能损耗,同时对于电网运行安全以及居民正常生活有重大威胁。分析电晕放电原理以及带来的各种现象,对比现有各种电晕放电检测手段并阐述各自不足,提出了基于日盲紫外传感器的电网电晕放电实时监测系统方案,并给出具体结构,通过对比测试实验证明其有效性,分析实际挂网实验数据,得出天气情况尤其是相对湿度对电晕放电强度具有正向影响的结论,最后分析系统的意义以及广阔的应用前景。

电晕放电紫外图像参数变化特性及距离修正

日盲紫外成像仪的增益和观测距离影响紫外图像中放电光斑区域大小,以棒-板间隙模型和绝缘子为研究对象,利用CoroCAM504紫外成像仪,在高压实验室研究了不同放电强度下光斑面积随增益和观测距离的变化特性并进行了拟合分析。研究表明光斑面积与增益之间近似满足指数函数关系,增益每增加10%,光斑面积约增加2倍。光斑面积与观测距离之间近似满足幂函数关系,幂指数在1.84左右波动。为将不同距离下的光斑面积修正到统一距离下从而使得检测结果具有可对比性,对增益分别为50%、60%、70%和80%的实验数据建立了基于最小二乘回归支持向量机(LS_SVM)的修正模型,测试表明该模型的具有较高的修正精度,可满足现场放电紫外成像检测的需要。

绝缘子电晕放电日盲紫外检测技术及日盲感知信号分析方法

绝缘子电晕放电是电力系统重大安全隐患的来源之一。为实时监测和获取绝缘子状态信息,选取第四代紫外锑铯微光图像传感器技术作为在日盲紫外检测的核心技术,给出日盲紫外传感器的技术方案。提出日盲感知信号光感强度、光感频次和光感能量三大特征值提取方法。给出增益、检测距离、观测角度、环境风速对检测结果的影响,给出增益等因素的最佳取值区间和影响因素的处理方法。通过搭建试验系统,对绝缘子紫外电晕放电在线监测系统的有效性进行验证。试验结果表明:本文所研制的绝缘子电晕放电在线监测系统能够全方位监测绝缘子的状态信息,准确、及时地识别故障,保证绝缘子安全运行的同时最大限度的利用零部件的价值,将事后维护和预防维护提升到预测性维护层面。研究成果可进一步促进绝缘子电晕放电检测技术的发展,为电力设备和电力系统的安全稳定运行提供有力保障。

日盲型MgZnO紫外光传感器研制及性能分析

紫外探测虚警率低,不受热噪声影响,可以与红外探测及雷达探测相结合,在火力探测及预警领域有广阔的应用前景。该文采用分子束外延法,通过控制Mg源、Zn源和蓝宝石衬底的温度变化,制备一种MgZnO日盲型紫外探测传感器。对其紫外光谱透光率、响应率和响应时间进行测量。在实验室内利用氘灯作为紫外光源,对MgZnO紫外探测传感器进行探测实验,得到响应电压和日盲波段响应率。通过进一步优化探测器制备工艺,提高探测器响应面积和响应率,有望实现远距离的火力探测和预警。

微弱日盲紫外电晕自动实时检测方法

针对目前商用日盲紫外/可见光双谱段电晕探测仪对故障的判定效率低且容易受噪声干扰问题,本文提出了一种微弱日盲紫外电晕自动实时检测方法。在分析电晕目标和噪声时间域统计特性的基础上,该方法利用电晕目标在时间域连续的特点,首先完成灰度图像二值化、形态学膨胀等预处理,其次将N帧连续图像累加后阈值化,最后进行特征提取,获取电晕位置、面积等特征信息,实现电晕的自动实时检测。在完成设备辐射标定的基础上,可立即回溯得到故障的光子计数参考值。建立了该方法的探测概率、虚警率数学模型。将其在高速数字处理平台TMS320DM642上实现并输入测试视频,结果表明:在典型参数情况下该方法单次检测虚警概率为2.85×10-5,处理时间小于120 ms,可实现微弱日盲紫外电晕的实时检测。

悬式复合绝缘子电晕放电紫外图像光斑面积

笔者采用数字图像处理算法提取了紫外图像中的放电光斑区域并定义了"光斑面积"参数,试验研究了10、35、110 kV复合绝缘子高压侧电晕放电时的紫外图像和放电量的变化特性,得到了光斑面积与视在放电量之间的关系曲线。获得了光斑面积随仪器增益和观测距离变化时的试验数据并利用MATLAB的CFTOOL工具箱函数进行了拟合分析,研究表明光斑面积与增益之间近似满足于指数变化规律,光斑面积与距离之间近似满足于幂函数变化规律。在此基础上论文给出了50%、60%、70%、80%4种增益,不同放电强度下的光斑面积随距离的变化曲线,利用最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LS-SVM)回归算法建立了放电量强度预测模型,该模型具有良好的预测精度。

紫外像增强器用于电力安全检测的研究

随着日盲紫外探测技术的快速发展,紫外电晕探测成为电力设备安全检测的主要手段之一。测试了国产碲铯阴极紫外像增强器的光谱响应特性曲线,并计算了太阳辐射照射下,配备有深截止日盲紫外滤光片的紫外像增强器所产生的光电子数,验证了国产碲铯阴极紫外像增强器在深截止日盲紫外滤光片的滤光作用下,可以满足强烈阳光背景下电晕检测的需求。

基于泊松分布的日盲紫外电晕检测

针对日盲紫外电晕探测噪声大、信号微弱等特点,本文提出了一种利用泊松分布的日盲紫外电晕检测方法。为了表征紫外电晕信号的时空域特性,根据光电探测原理,构建了基于泊松分布的紫外电晕目标检测模型。针对紫外图像序列,首先根据暗噪声统计模型进行有无信号的判断,然后利用所建立的紫外电晕目标检测模型得到紫外图像的泊松概率映射图,最后基于改进的最大类间方差法(Otsu)实现紫外电晕目标检测与提取。本文方法在多组紫外图像序列中进行测试与对比,实验证明该方法可以准确地检测出紫外图像中电晕目标,方法结构简单,检测精度高,且性能鲁棒。

基于朗伯散射原理的电晕放电光学定位方法研究

对电力设备和线路外绝缘异常电晕放电的有效检测,是故障预防和运行维护的重要手段。日盲紫外成像是目前外绝缘电晕检测的常用手段,然而其检测仪器成本高、体积重量大、机载性能差,使得其难以在机载平台上大规模应用。该文提出一种基于朗伯散射原理的电晕放电溯源方法。首先,对光电传感器的辐照角响应特性进行分析,然后提出基于朗伯散射体原理和三维辐照平面的电晕放电溯源方法,并给出开放空间中放电源定向解析方法。为了验证该方法的可行性并对定位误差来源进行分析,该文设计具有多法向结构的三维光电传感阵列,通过光路仿真对其定位效果进行综合分析,结果显示定向平均误差角为3.7°。最后,依据仿真研制电晕定位装置样机,对其关键参数和定位性能进行实测,结果表明多组放电位置下的定位平均误差为4.59°,最大误差小于7°,定位距离偏差在0.4m以内,验证了基于朗伯散射原理的放电溯源方法的有效性。

基于紫外脉冲和光学透镜的电晕放电检测技术研究

电晕放电产生的紫外线可作为检测信号用于电晕放电识别。紫外成像仪成本昂贵,目前在输配电设备带电巡检中运用较多,但无法运用于实时在线监测,从而无法及时发现安全隐患。为此提出了一种基于紫外传感器的电晕放电监测方法,通过设计光学透镜以聚集紫外线信号从而抑制外界干扰,研究了传感器运行电压、监测距离对紫外脉冲计数监测结果的影响,并通过开展试验与紫外成像仪电晕放电图谱进行了对比验证。校验结果表明,紫外传感器供电电压设置为500V可以获得最佳检测效果;不同外施电压下紫外脉冲计数结果与紫外成像仪测得的光斑面积测得结果变化趋势基本一致,因此所提出的基于紫外脉冲计数的电晕放电监测方法可有效反应电晕放电的起始和发展。研究结果可以为输配电设备在线监测装备的研制和校验提供重要参考。

“日盲”紫外电晕检测变焦光学系统设计

基于电晕检测过程中要求紫外光学系统大视场搜索、小视场探测的需求,针对工作波长范围为0.24~0.28μm的日盲区紫外波段,设计了＂日盲＂紫外机械补偿变焦光学系统。根据用户要求,其焦距为30~60 mm,F数为3.5,选用PIXIS型1024BUV 1 inch（1 inch=2.54 cm）紫外CCD,像元尺寸为13μm×13μm,对应视场为8°~16°。系统由8片透镜组成,引入两个非球面,使系统具有结构简单、成本低等优点。像质评价表明,在截止频率38 lp/mm处,各视场的光学调制传递函数均在0.7以上,接近衍射极限,畸变小于3%,在整个变焦范围内像质优良,满足用户总体设计的要求。