斯迪克·塔吉
国网喀什供电公司 新疆 喀什 844000
摘要：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。
关键词：无人机；热红外成像；输电线路故障
引言
随着无人机技术的不断创新突破，无人机的身影逐渐活跃于社会各个行业，涵盖了工农商业、公安系统、物流系统、军事、民用等多个领域，电力系统也不例外。而电力系统故障有其显著的特点，大多故障可以体现在设备表面温度上，基于这样的背景，红外热成像技术在电力巡检中的推广应用势不可当。
1红外检测的基本理论及应用
1.1红外检测的理论基础
自然界中的光本质上是电磁波，根据波长范围分为可见光和不可见光。人们日常看见的色彩斑斓的世界，实际上就是可见光，赤橙黄绿青蓝紫，都能通过人们的眼睛捕捉到。但是自然界中也存在不可见光，红外线就是其中之一。红外线广泛存在于大自然中，本质上也是一种电磁波，人们看不见摸不着，但是物体在正常状态下都会不断产生分子、原子运动，只要物体温度不低于绝对零度，那么物体本身就会辐射出热红外能量，温度越高，能量越大；反之越小。
1.2红外成像的应用原理及方法
红外线本身是一种不可见光，那么如何将这种不可见光释放的信息变成人类可视的，就成为红外热成像需要解决的问题。红外热成像就是将这种不可见光辐射释放的能量信号转变成电信号，然后将红外图谱显示在可视化屏幕上。任何温度高于绝对零度的物体，温度不同，辐射的能量就不同，呈现在红外图谱上的颜色就会不同。且红外热成像是非接触性的，对光线也没有要求，所以应用于电力巡检可以实现带电检测，使用范围广。
2输电线路故障及无人机选型分析
2.1输电线路常见故障归纳
输电线路设备存在缺陷，通常情况下都会出现表面温度过高即异常发热的现象，红外热成像就是针对这种温度缺陷特性工作的传感设备。输电线路的常见典型设备可以归纳为以下几种：一是导线，导线缺陷包括松脱、变形、短路、老化等；二是绝缘子，绝缘子会发生覆冰、受潮、破损、污秽等现象；三是杆塔，存在螺栓脱落、杆塔倾斜、局部发热等缺陷；四是金具，有金具老化、线夹缺损、接触不良等故障；五是接地类和拉线类。这些故障都可以使用红外热成像技术进行检测和诊断。
2.2电力巡检无人机选型分析
随着近些年科技的飞速发展，无人机以其轻型化、智能化、节能化、品质化等优点承担了越来越多的航飞任务。目前市场上比较常见的无人机大致可以分为三类：直升机无人机、固定翼无人机、多旋翼无人机。各种无人机特点不一：
（1）直升机无人机体积和质量较大，因此飞行速度较慢且续航能力差，但是其抗风能力较好，比较稳定，这是无人机应用的第一阶段；（2）固定翼无人机最突出的特点是飞行速度快，适用于大范围的巡检航拍工作，但是其体积依然较大，且对飞行环境要求较高；儿童接触的主要媒体之一是电视。美国著名社会心理学家班杜拉等人的研究表明，儿童对于电视中侵犯题材的模仿更普遍。美国密歇根大学心理系伊伦教授和林斯曼教授用两年多的时间在波兰、芬兰、澳大利亚、以色列和美国测试了3200个儿童，结果显示：儿童收看暴力影片、电视越多，其攻击性越强。因成本较低，且能够满足一般的巡检要求，多旋翼无人机目前应用较多。
2.3无人机红外热斑检测在光伏电站中的具体应用
工程师将无人机搭载可见光、红外双光成像吊舱，将其设置成平稳飞行状态，通过定航轨迹对光伏板多角度拍摄。快速便捷地检查光伏板表面有无破损、污渍。智能无人机还搭载计算机智能终端，可通过热信号的生成来确定太阳能电池板受损情况，在高空实现对光伏组件热斑效应的问题进行查看。根据参考温度进行测量进行多次温度测量，因为随着阳光辐射的强度不同，热板效应也会随之越明显，在电磁组件上的温度也会更高，出现热斑效益的电池片在早上、中午、下午的温度差异会比较大。经测量发现，在上午十点有热斑效应的电池片温度是40℃左右(其正常的是18℃)中午和下午有热斑的会高达80～90℃(周围正常的是42℃)，温度达到70℃以上的则是热斑故障的电池片，需及时进行维修或更换。通过所安装GPS传感器，对所记录的信息进行存储，对生产的视频、照片等信息进行完整记录，以便后期进行热图像分析。
采用无人机红外热斑检测时需要注意的。要拍摄出精确优质的红外热像，需注意以下几点：一是要避免太阳或强辅助光源的反射，拍摄时应该将组件在正常的太阳光或辅助光源下工作，或将组件在上述光源的照射下短路，否则热斑不会出现。二是要选择热敏度比较高的红外装备，并且设备的镜头面轴线需与所要拍摄的目标垂直；焦距要尽量对准。三是设置温感时，可先使用自动模式测量的温度范围；然后手动设置水平及跨度，将温度范围设置在最小，并包含有先前测量的温度范围。四是因搭载成像系统，重量会比较中，所以在实际的运行中会有电池不够用，续航短的情况。此外，在测温过程中应注意一些事项：红外图像力求清晰，其他可用系统调节。图像的调色可在系统设置中选择，例如Rain为为多色板，在温差不大时经常使用，如测套管、避雷器等电压致热型图像；Iron为正常使用的种类，温差较大时效果很好；Grey为灰色调，热电视效果，明亮即是温度高，一般不用此选项等。温度线分析对瓷瓶主变外部温度分布分析很有用，可根据需要选择直线、曲线（点住该功能按钮向下拖即出现）。可使用多温度线分析，温度曲线的链接、颜色可设置（在温度曲线上点右键）。风速大于2米/秒时，检测结果不准，风速2米/秒的标准参照为小旗展开，树梢微动。冬季室外远距离测温时，检测结果经常会大大低于环境温度，这可能是由于导线表面有覆冰、积尘或者风速过大。
3基于红外成像的无人机故障诊断
3.1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。
3.2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。
4结语
红外热成像技术作为一种有效的技术手段，具有简单高效、直观形象、不影响设备运行、安全方便的诸多优点，可以对输变电设备，如绝缘子、导线接头等多种缺陷和故障的检测中发挥积极作用，但部分缺陷的检测需要环境气象条件的配合。红外热成像技术是设备在远行中的真实技术状态，设备运维人员就可以对管辖的所有设备运行状态实施管理，并根据每台设备的状态演变情况进行有目的的维修。红外热成像技术还可以通过仪器的高倍镜头相互配合，获得多方面的信息后综合分析，可以减少检测的不确定性，将获得更好的效果。
参考文献
[1]冯玉辉.红外成像技术在核电电力变压器运维中的应用[J].电工电气，2020（1）：29-32.
[2]王小芳，毛华敏.一种复杂背景下的电力设备红外图像分割方法[J].红外技术，2019，41（12）：1111-1116.