新疆巴州国源测绘规划中心 新疆库尔勒 841000
摘要：随着人们生活水平提高，对电力的要求不断提高。输电线路巡检作为电力巡检中最基础也是最重要的部分，对精确度和高效性要求极高。输电线路因其特殊属性，要求非接触、带电、精准、高效检测，而输电线路典型设备及其常见故障大多存在温度特性，因此，无人机搭载红外热成像设备在输电线路巡检中脱颖而出。鉴于此，介绍了输电线路典型设备及其常见故障，并对红外样本优化处理和数据诊断方法进行了分析。
关键词：无人机；电力巡检；红外成像；故障诊断
引言
红外成像技术在电力系统广泛使用，可以非接触且远距离准确获取运行中电力设备表面温度分布情况，利用红外成像仪可以对大型电力变压器存在的潜伏性热缺陷故障进行检测、查找，这样可以帮助现场运维人员准确判断变压器运行状态，为变压器状态检修策略的制定提供重要依据。
1红外测温诊断技术的特点
红外线检测设备通过部位发热产生红外辐射能量，不需要使用其他的装置，因此不会对设备带来不良的影响。在诊断中比较简单，不需要接触与取样。在进行诊断的时候可以通过设备故障引起的异常红外敷设以及异常的温度场来确定，在不改变运行状态的情况下，监测设备的运行情况和状态信息，使设备的操作更加的安全。红外技术的使用范围比较广，效益也比较高，在发电厂以及变电站之中适用，能够对高压电气设备的故障进行检测，并且能够实现快速成像，状态显示的效率高，具有灵敏性，同时检测的准确性比较高。同时，红外技术能够与计算机分析结合，实现智能化特点，通过红外成像诊断设备以及微机图像分析系统、处理软件等能够对设备的状态进行检测，并且进行处理，还能够根据设备红外图像的参数进行分析，对设备故障属性、故障部位进行明确，判断故障的程度。
2基于红外成像的无人机故障诊断
2.1红外样本预处理方法
由于无人机应用于电力巡检时，大多在恶劣的自然环境下飞行，且无人机相对于输电线路处于一种相对运动的状态，所以电力巡检中无人机的红外图片需要进行优化处理，才能高效准确地判断线路故障。
通常红外样本预处理的主要步骤包括图像灰度化、图像去噪、图像增强、边缘检测等技术。图像灰度化就是将原来五彩斑斓的图片中各个R=G=B的像素点表示成一种灰色。图像去噪就是去除容易造成干扰的因素。图像增强就是将原本图片中存在的有用信息最大化。边缘检查是从边缘提取检测所需要锁定的目标区域。
2.2高压套管故障的红外诊断
高压套管的故障问题主要为内外接头接触不良、套管缺油、套管绝缘性差以及管芯存在问题，进而导致局部产生了放电的情况或者末屏引线对地放电。（1）内外接头故障的红外诊断。与设备连接的套管外部接头由于暴露在环境中产生了问题，因此热像特征是以连接头为中心的热像图。针对变压器套管进行故障判断，由穿缆引线接头故障导致的发热通常会通过接线鼻子传到将军帽上，所以热像特征为是以将军帽的顶端为中心的热像图。在35kV的变压器套管之中，与热圈连接起来的内部接头一般在下端部分，同时浸入到箱体油之中，产生故障的时候，发出的热量需要通过油和套管散发出来，套管比较长，在热量传导道路套管外部的时候的产生温度不高。但是当三相套管不是同等热鼓掌的时候，三相套管的热像特点具有较大的温差。在内外接头都存在的接触不良的问题在热像中呈现出内外接头发热区叠加的情况。在绝缘介质受到环境影响而产生问题的时候，会导致绝缘故障，在热像图中为套管整体发热的特点。（2）套管缺油问题的红外诊断。高压套管的缺油故障中包括套管油与变压器油相连通，套管油与变压器油之间分开，由于一些因素导致套管的缺油情况产生。第一种情况下，在安装或者充油的时候没有将套管中的气体排出去，导致故障问题，因此可以将套管的气体排出去。第二种情况是油和空气分界上下介质热物性参数不同，导致油面处产生了温度差异，在油面的位置形成了一个具有明显的温度突变的清晰的热像特点。
2.3红外诊断方法
电气设备的发热缺陷通常可以采用红外热成像技术鉴别出来，但恶劣的自然条件，例如温度、湿度、风速、污秽都有可能对红外诊断带来不利影响。所以不能采用单一的方法直接进行故障诊断得出结论。红外诊断方法通常分为四种：同类设备对比、表面温度判定、相对温差比较、热图谱分析法。电力无人机搭载红外热成像传感器，采集输电线路各设备的红外图片，尤其是导线、绝缘子、杆塔、金具、接地类和拉线类设备，然后通过以上方法进行对比分析，可以实现非接触不断电检测，并对输电线路电力故障作出诊断。
2.4红外成像发现变压器消防管通过环流过热烧蚀
某核电厂3号机组500kV主变投运不久（该主变高压侧采用高压GIS出线，消防采用闭式喷头传动控制系统），巡检过程中发现主变A相消防管与出口GIS母线支撑钢架接触，导致GIS母线支撑钢架两点接地，进而在支撑钢架、消防管和大地之间形成环流，造成支撑钢架与消防管接触产生局部过热烧蚀现象，红外成像测量最高温度达450℃，如图1所示。由于机组处于刚商运期间无法对变压器相邻设备进行大范围调整，现场临时对烧蚀处进行了清理并在支撑钢架与消防管间临时增加5mm绝缘板以防止环流经过造成消防系统的再次烧蚀。后通过红外成像技术对变压器区域相关设备进行了红外成像普查，另发现了几处变压器区域消防管隐蔽缺陷，并得到了妥善处理，为新投运机组变压器的安全可靠运行提供了技术保障。除此，红外成像技术还可以用于空气侧充油式套管油位诊断、冷却器冷却能力下降诊断、铁芯局部热点吊罩检查、变压器接地回路异常等方面的检测和判断。
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图1 主变消防管与GIS母线支撑钢架接触烧蚀
3使用红外成像技术应注意的事项
通过现场红外成像的应用和实践，总结了现场使用红外成像技术应注意事项如下：（1）在安全距离允许的条件下，红外成像仪器宜尽量靠近被测部位，要求与被测部位表面垂直，各次测量方位基本不变。（2）红外成像可结合电平、跨度、等温线、热梯度等理论的综合应用，更好地得出变压器某部位的真实温度，能够更准确地找出设备缺陷。（3）红外成像仪对变压器金属导体部分进行测温时，由于材料反射率的不确定性，有时无法直接获得准确的温度测量值，可通过刷黑色油漆等辅助措施获得精确的测温结果。（4）当变压器相关设备存在过热、程度较重、温度场分布梯度较大、温差较大的缺陷时应尽快处理。对电流致热型缺陷，应采取必要的措施，如加强监测等，必要时降低负荷电流。
结语
本文基于无人机电力巡检推广普及的背景，归纳总结输电线路典型设备及其常规故障，针对其故障时的温度特性，提出采用红外热成像设备进行故障诊断，同时总结红外样本优化处理方法和红外诊断方法，为以后输电线路红外故障诊断的研究奠定了基础。
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