专利名称：一种电晕放电检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统电气设备绝缘检测技术领域，尤其涉及一种电暈放 电检测装置，适用于对输变电运行设备电晕检测和故障判断进行检测和分析。
背景技术：
电力系统大部分高压电气设备外绝缘结构具有不均匀电场特征。在极不均匀 电场中，当外施电压高到一定程度后，在空气间隙完全击穿前，大曲率电极(高 压端)附近会有薄薄的发光层，像"月晕"，在黑暗中看得较为真切，这种放电 现象称为"电晕"放电，其特殊的晕光是电离区的放电过程造成的。爆发电晕时， 有时需要描述电流脉冲及其频度。
高压电气设备在正常运行状态下，其表面电晕放电较弱，电磁干扰水平低。 但由于设计不合理(如存在终端锐角区域)、设备质量问题(如电极表面粗糙) 或受环境影响(如降雨、降雪、结冰、污秽等)，以及运行中设备表面出现缺陷 (如导线断股，复合绝缘子伞裙破裂等)都会引起电场集中而发生电晕放电。对 于超高压、特高压电气设备，电晕放电特征明显，并由此带来无线电干扰、可听 噪声等相关效应。
紫外成像仪可以较好地检测带电设备表面的放电状况，其基本原理是局部 放电过程中带电粒子复合时会发出紫外线。紫外成像技术就是利用紫外成像仪接 收放电产生的紫外信号，经处理后成像并与可见光图像叠加，达到确定电晕放电 位置和程度的目的。
近年来，国外倾向于用紫外成像仪直接观察设备放电情况。紫外成像仪能直 接检测出设备异常放电之前的放电过程，是国际上放电检测的主要方法。
以往利用紫外成像仪在试验研究或现场进行电晕放电检测的过程中，是根据 仪器所显示的单位时间内紫外光子数对电晕放电强度进行量化的。这种量化手段 的特点是可以实时显示单位时间内目标电晕发生时所产生的紫外光子，并以此为参量表征电晕放电的强度。但是，随着试验研究的深入，我们发现，紫外成像 仪检测出的电晕放电单位时间内光子数变化范围较大，难于统计分析，且测试结 果与实验人员的现场使用经验有关，容易产生测量误差，特别是不利于对电气设 备放电过程进行量化，因而不易于预测设备故障的发展趋势。
本实用新型在以往紫外成像技术电晕放电检测应用研究的基础上，提出电晕 放电紫外成像的数字处理流程，并以此为手段对模型的电晕放电发展规律以及电 晕放电过程中紫外线在大气中的衰减规律进行了探索，提出电晕放电紫外成像检 测的现场测试技术及判据。
紫外成像技术是对输变电一次设备外绝缘状态检测的重要补充，属于典型的 离线检测在线状态的检测手段；紫外成像技术更适于现场测试，使电气设备的外 绝缘状态检测更加方便、可靠、安全。因此，作为一种有效和直观地观测高压放 电的手段，紫外成像技术为运行设备带电检测提供了新的诊断手段，有着重大的 实践意义；而基于紫外图像数字处理的电晕放电测试和分析系统，则是这一诊断 手段的新的补充和重要发展。
发明内容
本实用新型的目的就是在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供了一种电 晕放电检测装置，其操作简便，测试稳定，数据可靠，并且用户可以直观的得到数据。
本实用新型的目的是这样实现的
一种电晕放电检测装置，包括紫外成像模块；图像采集模块；图像处理模块; 显示模块，其特征在于图像采集模块分别与紫外成像模块、图像处理模块相连， 图像处理模块分别与图像采集模块、显示模块相连。所述的紫外成像模块采用 CoroCAMIV+紫外成像仪，在CoroCAM系统中，设有镜头和滤镜系统，用于将 紫外线投射到一个光电设备即一个带图像转换的黑白摄像机。所述的图像采集模 块采用接受标准彩色、黑白相机的模拟视频输入、并附带图像采集驱动软件的 PCI-1411图像采集卡，图像采集卡PCI-1411通过PCI插槽与图像处理模块上的 装载了图像处理程序的计算机连接；所述的图像处理模块通过VGA显卡接口与显 示模块上的终端液晶屏连接。其中
紫外成像模块为CoroCAM IV+紫外成像仪，紫外成像仪通过NI PCI-1411 4图像采集卡与图像处理模块计算机连接，显示模块显示处理结果。在CoroCAM 系统中，有一个小巧的镜头和滤镜系统，将紫外线投射到一个光电设备上(一个 带图像转换的黑白摄像机)。在射线转换器(将射线从一个波长转换成另外一个) 的帮助下，这样的黑白摄像机可以用于探测太阳盲区的电晕。普通图像则通过一 个光学设备，投射到彩色摄像机上。这两个图像应用DSPs配准、融合，即在输 出图像上既有背景又有紫外信号，呈现一个彩色图像给使用者。这个图像在取景 器中可实时看到。图像可传送到一个监视器或者视频记录仪器或者计算机，便于 进一步分析。
图像釆集模块
图像采集模块利用图像采集卡将紫外成像模块获取的成像数据采集到计算 机的图像处理模块，其使用的是NI公司的PCI-1411图像采集卡。用RCA视频 线能够将紫外成像仪连到PCI-1411图像采集卡，在图像处理模块上进行数据处 理。NI 1411板卡可以接受标准彩色、黑白相机的模拟视频输入，可以实现高质 量模拟彩色图像采集，并附带易用的图像采集驱动软件。与多媒体"画面撷取器" 不同，NI PCI-1411具有更强的图形采集数据吞吐和处理能力，还包括了彩色到 HSL的动态转换和带有可编程感兴趣区的局部图像采集等特性。
图像处理模块
图像处理模块以虚拟仪器编程环境Labview8. 0为技术手段的自行编写的程 序，来实现对紫外数字图像的处理、控制及显示。图像处理的主要步骤有，截取 视频中的图片，提取图像，对图像进行图层提取，空间滤波处理，然后经过阔值 化，最后分别统计出图像中的发光面积与总面积，然后相比较得到发光面积比。 得到的这个发光面积比就是用来表征电晕强度的。
显示模块
显示模块为该装置的计算机终端设备，主要由数据存储器和终端液晶屏组成。
紫外成像模块为CoroCAM IV+紫外成像仪，通过其获得紫外成像数据，由 图像采集模块的图像采集卡将成像数据采集到计算机中，经过图像处理模块的图 像处理程序进行处理，再由显示模块显示处理结果。
图像采集模块为图像采集卡，将紫外成像模块获得的成像数据的成像数据采集到计算机中。
图像处理模块以虚拟仪器编程环境Labview8. 0为技术手段的自行编写的程 序。通过对图像采集模块采集到计算机的电晕放电紫外数字图像进行一定流程的 处理，提取出可以表征电晕放电强度的特征量对高压电气设备外绝缘的电晕放电 和放电过程进行分析研究。
由显示模块的PC显示器显示出经过图像处理模块的图像处理程序处理的结 果，包括视频截图及量化后的电晕放电强度。
在CoroCAM IV+紫外成像仪系统中，有一个小巧的镜头和滤镜系统，将紫 外线投射到一个光电设备上(一个带图像转换的黑白摄像机)。在射线转换器(将 射线从一个波长转换成另外一个)的帮助下，这样的黑白摄像机可以用于探测太 阳盲区的电晕。普通图像则通过一个光学设备，投射到彩色摄像机上。这两个图 像应用DSPs配准、融合，即在输出图像上既有背景又有紫外信号，呈现一个彩 色图像给使用者。这个图像在取景器中可实时看到。图像可传送到一个监视器或 者视频记录仪器或者计算机，便于进一步分析。
图像采集模块的图像采集卡将紫外成像模块获取的成像数据采集到计算机 中，其使用的是NI公司的PCI-1411图像采集卡。NI 1411板卡可以接受标准彩 色、黑白相机的模拟视频输入，可以实现高质量模拟彩色图像采集，并附带易用 的图像采集驱动软件。与多媒体"画面撷取器"不同，NI PCI-1411具有更强的 图形采集数据吞吐和处理能力，还包括了彩色到HSL的动态转换和带有可编程 感兴趣区的局部图像采集等特性。
图像处理模块通过图像处理程序处理图像采集模块采集的数据；图像处理的 主要步骤有，截取视频中的图片，提取图像，对图像进行图层提取，空间滤波处 理，然后经过阀值化，最后分别统计出图像中的发光面积与总面积，然后相比较 得到发光面积比。得到的这个发光面积比就是用来表征电晕强度的。
显示模块将图像处理模块的结果通过前面板界面显示给用户。通过图像处理 程序处理过后的图像和得到的发光面积比通过电脑屏幕显示给用户，让用户可以 直观地得到需要的数据。
本实用新型包括包括紫外成像仪模块、图像采集模块、图像处理模块和显示 模块。其特殊之处在于将获得的紫外成像图像进行图层提取，空间滤波处理，然后经过阀值化，将图像变为二值图，凡是在阈值区间内的像素值均被赋值为1， 在阈值区间外的像素值被赋值为0，统计二值图中的"1"值面积之和，其与整 幅图像的总面积之比作为电晕放电强度大小的表征参数。 其原理为-
紫外线的波长范围是10nm 400nm，太阳光中也含紫外线，波长小于280nm 的部分称为UV-C，几乎全部被大气中的臭氧所吸收，可以通过大气传输的98% 是315~400nm的UV-A， 2%是280nm 15nm的UV-B，低于280mn的波长区间 称为太阳盲区。高压电气设备放电产生的紫外线大部分波长在280nm 400nm内， 也有小部分波长在230nm 280nm内，探测这部分波长的紫外线，可作为判断电 气设备放电的依据。
当电力系统输变电运行设备上电晕放电时，应用紫外成像仪CoroCAM IV+， 利用这一段太阳盲区，通过安装特殊的滤镜，使仪器工作在紫外波长240nm— 280nm之间，从而，避免太阳光中紫外线的干扰，在白天也能观测电晕，实现对 电晕的检测和定位。
使用图像采集卡采集紫外成像仪CoroCAM IV+所观测到的电晕放电视频，每 幅视频截图为32-bit彩图；接着，分离提取出饱和度图层，图像变为8-bit灰 度图，使用中值滤波器(Median filter)对提取出来的8-bit灰度图进行空间 滤波处理，消除噪声干扰；对经过空间滤波处理的灰度图进行聚类阈值 (Clustering threshold),图像这时变为二值图，凡是在阈值区间内的像素值 均被赋值为1，在阈值区间外的像素值被赋值为0;最后，统计二值图中的"1" 值面积之和，其与整幅图像的总面积之比作为电晕放电强度大小的表征参数。
再将所得到的"放电区域紫外成像面积百分比"用滑动条显示，得到的截图 也显示在前面板上，让用户一目了然，直观的看到现象与结果。
由上述技术措施可知，电晕放电检测和故障分析方法及装置能够对电力系统 输变电运行设备进行电晕检测和故障判断，适用于对输变电运行设备电晕检测和 故障判断进行现场分析和判断。
本实用新型具有以下优点和积极效果
(1) 推动了紫外成像技术在检测领域的发展；
(2) 定义"放电区域紫外成像面积百分比"作为优化了的量化电晕放电强度的表征参数，解决了故障点的电晕放电强度的紫外成像量化这一业内非 常关注的问题；为进一步判断电晕放电发展阶段提供了依据； (3)采用虚拟仪器编程环境Labview 8.0，让测量结果直观地展现在用户面
前，使用户判断更方便、快捷。 电晕放电检测装置操作简便，测试稳定，数据可靠，并且用户可以直观的得 到数据。


图1为电晕放电检测装置结构框图2为电晕放电检测装置的主程序工作流程图3为电晕放电检测装置的用户应用程序工作流程g巾-
1- 紫外成像模块；
2- 图像采集模块；
3- 图像处理模块；
4- 显示模块。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详细说明 实施例l
电力系统输变电运行设备电晕放电检测装置，包括紫外成像模块l，图像采 集模块2，图像处理模块3，显示模块4，其特征在于图像采集模块2分别与 紫外成像模块l、图像处理模块3相连，图像处理模块3分别与图像采集模块2、 显示模块4相连。所述的紫外成像模块1采用CoroCAM IV+紫外成像仪，在 CoroCAM系统中，设有镜头和滤镜系统，用于将紫外线投射到一个光电设备即 一个带图像转换的黑白摄像机。所述的图像采集模块2采用接受标准彩色、黑白 相机的模拟视频输入、并附带图像采集驱动软件的PCI-1411图像采集卡，图像 采集卡PCI-1411通过PCI插槽与图像处理模块3上的装载了图像处理程序的计 算机连接；所述的图像处理模块3通过VGA显卡接口与显示模块4上的终端液晶 屏连接。其中紫外成像模块为CoroCAM IV+紫外成像仪，紫外成像仪通过图像 釆集卡与图像处理模块3计算机连接，显示模块4显示处理结果。
8(一) 总体结构
如图l，本系统包括紫外成像仪CoroCAMIV+l、图像采集模块2、图像处理模块3，显示模块4;
其连接关系及其功能是
紫外成像仪CoroCAM IV+ 1通过图像采集模块2将数据采集到计算机中，通过图像处理模块3进行处理，并将结果通过显示模块4界面显示给用户。本实用新型操作简便，测试稳定，数据可靠；用户可以直观的得到数据。
(二) 各大功能块的结构
1、 紫外成像仪CoroCAM IV+1
紫外成像仪CoroCAM IV+ 1为外购的南非CSIR公司CoroCAM IV+型紫外
线成像仪。
2、 图像采集模块2图像采集模块2为外购常规产品
3、 图像处理模块3
图像处理模块3是以虚拟仪器编程环境Labview8.0为技术手段的自行编写的程序。通过对成像仪拍摄的电晕放电紫外数字图像进行一定流程的处理，提取出可以表征电晕放电强度的特征量对高压电气设备外绝缘的电晕放电和放电过程进行分析研究。
4、 显示模块4
显示模块4是通过PC的显示器显示出来的包括视频截图及量化后的电晕放电强度。
紫外成像模块1为CoroCAM IV+紫外成像仪，紫外成像仪通过NIPCI-1411图像采集卡与图像处理模块3计算机连接，显示模块4显示处理结果。在CoroCAM系统中，有一个小巧的镜头和滤镜系统，将紫外线投射到一个光电设备上(一个带图像转换的黑白摄像机)。在射线转换器(将射线从一个波长转换成另外一个)的帮助下，这样的黑白摄像机可以用于探测太阳盲区的电晕。普通图像则通过一个光学设备，投射到彩色摄像机上。这两个图像应用DSPs配准、融合，即在输出图像上既有背景又有紫外信号，呈现一个彩色图像给使用者。这个图像在取景器中可实时看到。图像可传送到一个监视器或者视频记录仪器或者计算机，便于进一步分析。图像采集模块2
图像采集模块2利用图像采集卡将紫外成像模块获取的成像数据采集到计算机的图像处理模块3，其使用的是NI公司的PCI-1411图像采集卡。用RCA视频线能够将紫外成像仪连到PCI-1411图像采集卡，在图像处理模块2上进行数据处理。NI 1411板卡可以接受标准彩色、黑白相机的模拟视频输入，可以实现高质量模拟彩色图像采集，并附带易用的图像采集驱动软件。与多媒体"画面撷取器"不同，NI PCI-1411具有更强的图形采集数据吞吐和处理能力，还包括了彩色到HSL的动态转换和带有可编程感兴趣区的局部图像采集等特性。
图像处理模块3
图像处理模块3以虚拟仪器编程环境Labview8. 0为技术手段的自行编写的程序，来实现对紫外数字图像的处理、控制及显示。图像处理的主要步骤有，截取视频中的图片，提取图像，对图像进行图层提取，空间滤波处理，然后经过阀值化，最后分别统计出图像中的发光面积与总面积，然后相比较得到发光面积比。得到的这个发光面积比就是用来表征电晕强度的。
显示模块4
显示模块4为该装置的计算机终端设备，主要由数据存储器和终端液晶屏组成。
紫外成像模块1为CoroCAM IV+紫外成像仪，通过其获得紫外成像数据，由图像采集模块2的图像采集卡将成像数据采集到计算机中，经过图像处理模块3的图像处理程序进行处理，再由显示模块4显示处理结果。
图像采集模块2为图像采集卡，将紫外成像模块1获得的成像数据的成像数据釆集到计算机中。
图像处理模块3以虚拟仪器编程环境Labview8. 0为技术手段的自行编写的程序。通过对图像采集模块2采集到计算机的电晕放电紫外数字图像进行一定流程的处理，提取出可以表征电暈放电强度的特征量对高压电气设备外绝缘的电晕放电和放电过程进行分析研究。
由显示模块4的PC显示器显示出经过图像处理模块3的图像处理程序处理的结果，包括视频截图及量化后的电晕放电强度。在CoroCAM IV+紫外成像仪系统中，有一个小巧的镜头和滤镜系统，将紫外线投射到一个光电设备上(一个带图像转换的黑白摄像机)。在射线转换器(将射线从一个波长转换成另外一个)的帮助下，这样的黑白摄像机可以用于探测太阳盲区的电晕。普通图像则通过一个光学设备，投射到彩色摄像机上。这两个图像应用DSPs配准、融合，即在输出图像上既有背景又有紫外信号，呈现一个彩色图像给使用者。这个图像在取景器中可实时看到。图像可传送到一个监视器或者视频记录仪器或者计算机，便于进一步分析。
图像采集模块2的图像采集卡将紫外成像模块1获取的成像数据采集到计算机中，其使用的是NI公司的PCI-1411图像釆集卡。NI 1411板卡可以接受标准彩色、黑白相机的模拟视频输入，可以实现高质量模拟彩色图像采集，并附带易用的图像采集驱动软件。与多媒体"画面撷取器"不同，NI PCI-1411具有更强的图形采集数据吞吐和处理能力，还包括了彩色到HSL的动态转换和带有可编程感兴趣区的局部图像采集等特性。
图像处理模块3通过图像处理程序处理图像采集模块2采集的数据；图像处理的主要步骤有，截取视频中的图片，提取图像，对图像进行图层提取，空间滤波处理，然后经过阀值化，最后分别统计出图像中的发光面积与总面积，然后相比较得到发光面积比。得到的这个发光面积比就是用来表征电晕强度的。
显示模块4将图像处理模块3的结果通过前面板界面显示给用户。通过图像处理程序处理过后的图像和得到的发光面积比通过电脑屏幕显示给用户，让用户可以直观地得到需要的数据。
本实用新型包括包括紫外成像仪模块1、图像采集模块2、图像处理模块3和显示模块4。其特殊之处在于将获得的紫外成像图像进行图层提取，空间滤波处理，然后经过阀值化，将图像变为二值图，凡是在阈值区间内的像素值均被赋值为l，在阈值区间外的像素值被赋值为0，统计二值图中的"1"值面积之和，其与整幅图像的总面积之比作为电晕放电强度大小的表征参数。
本实用新型的原理为
紫外线的波长范围是10nm 400nm，太阳光中也含紫外线，波长小于280nm的部分称为UV-C，几乎全部被大气中的臭氧所吸收，可以通过大气传输的98%是315~400nm的UV-A， 2%是280nm 15nm的UV-B，低于280nm的波长区间称为太阳盲区。高压电气设备放电产生的紫外线大部分波长在280nm 400nm内，也有小部分波长在230nm 280nm内，探测这部分波长的紫外线，可作为判断电气设备放电的依据。
当电力系统输变电运行设备上电晕放电时，应用紫外成像仪CoroCAM IV+,利用这一段太阳盲区，通过安装特殊的滤镜，使仪器工作在紫外波长240nm—280nm之间，从而，避免太阳光中紫外线的干扰，在白天也能观测电晕，实现对电晕的检测和定位。
使用图像采集卡采集紫外成像仪CoroCAM IV+所观测到的电晕放电视频，每幅视频截图为32-bit彩图；接着，分离提取出饱和度图层，图像变为8-bit灰度图，使用中值滤波器(Median filter)对提取出来的8-bit灰度图进行空间滤波处理，消除噪声干扰；对经过空间滤波处理的灰度图进行聚类阈值(Clustering threshold),图像这时变为二值图，凡是在阈值区间内的像素值均被赋值为1，在阈值区间外的像素值被赋值为0;最后，统计二值图中的"1"值面积之和，其与整幅图像的总面积之比作为电晕放电强度大小的表征参数。
再将所得到的"放电区域紫外成像面积百分比"用滑动条显示，得到的截图也显示在前面板上，让用户一目了然，直观的看到现象与结果。
由上述技术措施可知，电晕放电检测和故障分析方法及装置能够对电力系统输变电运行设备进行电晕检测和故障判断，适用于对输变电运行设备电晕检测和故障判断进行现场分析和判断。
权利要求1、一种电晕放电检测装置，包括紫外成像模块(1)、图像采集模块(2)、图像处理模块(3)、显示模块(4)，其特征在于图像采集模块(2)分别与紫外成像模块(1)、图像处理模块(3)相连，图像处理模块(3)分别与图像采集模块(2)、显示模块(4)相连。
2、 根据权利要求1所述的一种电晕放电检测装置，其特征在于所述的紫 外成像模块(1)采用CoroCAM IV+紫外成像仪，在CoroCAM系统中，设有镜 头和滤镜系统，用于将紫外线投射到一个光电设备即一个带图像转换的黑白摄像 机。
3、 根据权利要求1所述的一种电晕放电检测装置，其特征在于所述的图 像采集模块(2)采用接受标准彩色、黑白相机的模拟视频输入、并附带图像采 集驱动软件的PCI-1411图像采集卡，图像采集卡PCI-1411通过PCI插槽与图像 处理模块(3)上的装载了图像处理程序的计算机连接。
4、 根据权利要求1所述的一种电晕放电检测装置，其特征在于所述的图 像处理模块(3)通过VGA显卡接口与显示模块(4)上的终端液晶屏连接。
专利摘要本实用新型公开了一种电晕放电检测装置，包括紫外成像模块、图像采集模块、图像处理模块、显示模块，图像采集模块分别与紫外成像模块、图像处理模块相连，图像处理模块分别与图像采集模块、显示模块相连。紫外成像模块采用CoroCAM IV+紫外成像仪，设有镜头和滤镜系统，用于将紫外线投射到一个光电设备即一个带图像转换的黑白摄像机。图像采集模块采用接受标准彩色、黑白相机的模拟视频输入、并附带图像采集驱动软件的PCI-1411图像采集卡，图像采集卡PCI-1411通过PCI插槽与图像处理模块上的装载了图像处理程序的计算机连接；图像处理模块通过VGA显卡接口与显示模块上的终端液晶屏连接。该装置操作简便，测试稳定，数据可靠，可以为用户提供直观明了的数据。
文档编号G01R31/12GK201408243SQ20092008578
公开日2010年2月17日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者俊 凃, 周文俊, 喻剑辉, 晓 易, 涛 汪, 斌 马 申请人:湖北省电力试验研究院;武汉大学