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摘要：特高压直流输电系统作为国家电网的重要组成部分，发挥着跨区域调配电力资源的战略作用。因此，保证其正常、平稳、安全运行是国家电网长期以来关注的焦点问题。其中，针对阀厅设备的巡检与维护是保证特高压直流输电系统正常运行的核心任务。但目前的巡检手段仍以人工现场凭经验检查为主，效率低且局限性强。亟需引入新的先进技术来提高巡检效率，从而满足国家电网的巡检与维护需求。
关键词：红外测温；特高压；机器人巡检；阀厅
引言
近年来，随着我国经济的快速发展，整个社会对电力能源的需求越来越大，架空电力线路网络覆盖范围也越来越广。而架空电网分布地域广且地形复杂，不少都经过高山、森林、湖泊和水库等，长期暴露在恶劣的自然环境中，再加上材料老化、持续机械张力等因素，容易出现线路断股、磨损和绝缘子损坏等缺陷，导致严重的电力故障，给人们生产、生活带来巨大损失，因此对架空电网进行定期的巡检巡查尤为重要。但输电线路所经区域往往地形复杂，交通不便且气候恶劣，导致传统的人工巡检方式存在着难度大、耗时长和作业强度大等问题，工作人员的人身安全在特殊地形的巡检中也难以得到保障。
1红外辐射原理
红外波段根据波长范围可分为：远红外（15~1000μm）、长波红外（8~15μm）、中波红外（3~8μm）、短波红外（1.4~3μm）与近红外（0.75~1.4μm）。因此，红外辐射的波长覆盖了可见光与微波之间的波长区域[6]。在绝对零度之上，任何物体均能向外辐射出红外能量，这是红外测温得以实现的基础。普朗克黑体辐射定律利用光谱特征描述黑体的电磁波辐射，其表达式如式（1）所示[7]。Mb（λ，T）=C1λ-5[exp（C2/λT）-1]-1（1）其中，C1与C2分别代表第一和第二辐射常数。易知，电磁波对外的辐射能量与其波长、温度有关，且在波长一定时，温度越高，电磁波辐射的能量越大。因此，利用普朗克辐射定律，即可实现阀厅设备的红外测温，表现在热成像图像上，即设备温度越高，图像上的亮度越亮。
2红外测温系统的研发思路
由于智能运检管控平台搭载的手机采用专用内部网络，难以直接与红外仪通过移动网络或无线等方式进行信息交换。考虑到系统的智能性、功能性和便携性，将红外测温镜头与智能手机直接通过USB端口进行连接，把USB端口作为红外镜头的电源输入通道以及智能运检管控平台与红外镜头之间数据的传输通道。再利用智能运检管控平台实现红外图像的有效提取，及时将过热情况反馈到后台服务器，并利用后台大数据为设备过热情况提供辅助判断。综上，基于该研发思路就能解决现有红外仪内图谱难以上传到管控平台的难题。
3测温分析方法概述
本方法主要通过检测输电线路中的异常高温，尤其是绝缘子、线夹等关键部位，来发现线路缺陷或隐患。搭载双光热成像相机的无人机可以拍摄可见光图和原始红外Ｒ－ＪＰＥＧ图像，原始红外图像采用辐射测温法来计算物体各部位温度，通过接收目标各部位辐射的红外能量，利用接收到的辐射能量值计算相对应的温度。而红外成像设备通常是采用黑体辐射源（发射率近似为１，发射率为物体表面单位面积上辐射出的辐通量与同温度下黑体辐射出的辐通量的比值）分度的，单实际被测量物体的发射率往往小于１，甚至远偏离１，这就导致红外成像设备生成的热度图像中温度的测量值将不同程度地偏离辐射体的实际表面温度。针对发射率引起的辐射测温法温度失准问题，本文提出了一种利用相机校准参数和原始红外图像对被测物体温度测量值进行校准的测温分析方法，应用在无人机电力巡检系统之中，以此来提高无人机电力巡检的准确度，减少缺陷错判漏判的概率。
4巡检系统分析和设计
4.1整体设计
整体而言，文中巡检系统分为基站层、外部系统层及终端层。其中外部系统层包括OWS与辅助系统，主要用于辅助系统和操作站的接入；基站层包括后台智能分析控制软件与后台机，主要用于后台控制机器人接收现场巡检的数据，并进行分析与处理；终端层包括巡检机器人及该机器人工作的轨道与配套通信控制系统。此外，文中系统借助网络线缆、交换机、无线模块等设备构建网络，从而实现各层间的快速、稳定通讯。为了满足阀厅设备的巡检需要，文中巡检系统提供了定点、遥控与自主巡检等多种巡检方式。借助视频服务器，系统的检测模块可将阀厅内采集到的红外图像、可见光图像、声音等信号传输给系统后台，供其分析处理后实现对阀厅内设备的模式识别与外观、温度判断。系统的巡检机器人采用数字脉冲的方式进行驱动，系统软件基于Windows系统进行开发设计，数据库选用了SQL数据库。
4.2 IIC总线读取AMG8833模块数据
AMG8833模块通过IIC总线和主控制器进行通信，在快速模式下通信速率可达400kb/s。IIC总线是PHLIPS公司在80年代推出的一种双线式串行总线，最主要的优点是其简单性和有效性。在物理连接上，分别由SDA（串行数据线）、SCL（串行时钟线）及上拉电阻组成。IIC总线在传送数据过程中共有3种类型信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变表示起始信号，开始传送数据；SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变表示终止信号，结束传送数据；应答信号在第9个时钟上出现，SDA输出低电平为应答信号，输出高电平则为非应答信号。数据传输的过程如图4所示。
4.3终端层设计
文中巡检机器人搭载的可见光摄像机，能够对风扇是否停滞、气体压力是否出现异常、设备附近是否出现异物等故障进行实时识别，从而实现对阀厅设备运行状态的监控与检测。此外，为了高效、准确地识别发热故障的设备和具体位置，文中设计了红外测温图像与可见光图像融合的方法，供系统后台处理、评估和检测。该方法利用可见光电耦合元件对阀厅画面与红外热成像图像进行获取，经预处理、图像信息校正、增强和降噪后得到初步图像。利用图像识别、分割、滤波、特征提取与分类，进一步得到发热区域出现在设备的具体位置。其相关信息会被存储在数据库并发出警报。图像融合的流程可描述为：建立坐标系（包括待配准和原始图像）；对对应控制点进行确定；建立畸形模型；重采样偏移图像；几何纠正后并进行进一步分析。
结束语
本文提出的测温分析方法针对辐射测温法的缺陷进行温度校准，通过对双光热成像相机所得的原始红外图像进行分析、计算，得到温度信息更加接近真实值的红外热度图像。该方法应用到无人机电力巡检系统中，有效提高了电力巡检任务中故障检测的准确度及巡检的质量和效率。
参考文献：
[1]崔庆傲，杨武亚，刘盼，伏箭文.基于红外测温技术的变压器在线监测系统设计[J].电工技术，2019（24）：43-44.
[2]蔡玉珍，杨文思.电气设备红外在线测温技术探讨与应用[C].江西省电机工程学会.2019年江西省电机工程学会年会论文集.江西省电机工程学会：江西省电机工程学会，2019：158-159.
[3]杨熹.变电站智能机器人红外测温应用研究[J].科技风，2019（32）：10.
[4]孙海铭，曹桐滔，代作晓，彭鹏.基于双通道图像的电力设备智能监测技术研[J].激光与红外，2019，49（11）：1338-1343.
[5]戴志军.变电运维中红外测温技术的实践[J].中国新技术新产品，2019（20）：38-39.