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1、湖南大学毕业设计(论文)2HUNAN UNIVERSITY毕业论文论文题目基于图像处理的复合绝缘子表面绝缘老化性能判断方法研究学生姓名学生学号专业班级电气工程及其自动化（3）班学院名称电气与信息工程学院指导老师学院院长2015年5月21日湖南大学毕业设计(论文)第29页摘要复合绝缘子具有良好的憎水性和憎水迁移性，能有效防止污闪事故的发生，使得它在高压和超高压输电方面得到了广泛的应用。而运行过久的绝缘子受紫外线等因素的影响存在表面老化的问题，增水性下降，影响其绝缘性能。复合绝缘子的表面老化主要表现为憎水性与憎水迁移性下降，所以检测复合绝缘子的表面老化问题可转为憎水性检测问题。本文采用基于图像处理
2、的方法来研究复合绝缘子的憎水性，进而确定复合绝缘子表面老化性能。为满足憎水性图像的随机性和模糊性的要求，本文采用了一系列算法对复合绝缘子憎水性图像进行处理：对憎水性图像的基于自适应直方图均衡的增强、基于小波变换的憎水性图像滤波与分割、基于支持向量机（SVM）的复合绝缘子憎水性等级分类。以最大水珠形状因子、面积比等特征参数为输入，复合绝缘子表面绝缘老化性能为输出，建立特征参数与绝缘老化性能间的关系。结果表明该方法能将复合绝缘子表面绝缘老化性能判断出良好、正常、差三种状态，尤其以最大水珠面积比为输入时，分类正确率到达了93.33%。关键词：复合绝缘子，憎水性，图像处理，小波变换，支持向量机Stud
3、y on the evaluation method of insulation aging performance of composite insulator surface based on digital image processingAbstractThe composite insulator has good hydrophobicity and hydrophobicity migration, which can effectively prevent the pollution flashover accident, which makes it widely used
4、in high-voltage and ultrahigh voltage transmission. And the influence of ultraviolet light on the surface of the insulator is the problem of the surface aging, and the water degradation is decreased, which affects the insulation performance. The surface aging of composite insulators mainly shows tha
5、t hydrophobicity and hydrophobicity decrease, so the surface aging of composite insulators can be converted to hydrophobicity detection.In this paper, the hydrophobicity of composite insulators is studied by image processing method, and then the aging property of composite insulators is determined.
6、Requirements for the meet of hydrophobic image randomness and fuzziness, this paper adopts a series of algorithm of composite insulator hydrophobic image processing: of hydrophobic image based on adaptive histogram equalization enhancement, based on wavelet transform of hydrophobic image filtering a
7、nd image segmentation based on support vector machine (SVM) composite insulator hydrophobic grade classification.With the maximum bead shape factor, area characteristic parameters such as the ratio of input, composite insulator surface insulation aging properties as output, the establishment of char
8、acteristic parameters and relationship between the performance of insulation aging.Results show that this method can help the composite insulator surface insulation aging properties determine good, normal and poor in three states, especially in the area of the largest drops than as input, the correc
9、t classification rate reached 93.33%.Keywords：Composite insulator, hydrophobicity, image processing, wavelet transform, support vector machine目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题背景及意义11.2 国内外研究现状21.3 论文主要工作3第2章复合绝缘子憎水性传统检测方法及检测技术现状42.1静态接触角测量法42.2 表面张力法52.3 喷水分级法52.4 憎水性指示函数法72.4.1 均熵法72.4.2形状因子法82.5本文复合绝缘子憎
10、水性的诊断方法9第3章复合绝缘子憎水性图像预处理113.1自适应直方图均衡化113.2 基于Haar小波变换的憎水性图像滤波123.2.1Haar小波尺度函数和Haar小波函数133.2.2基于小波变换的憎水性图像滤波153.3 基于最大类间方差的自适应分割17第4章基于支持向量机的憎水性等级分类方法研究204.1 SVM训练分类基本原理204.1.1 SVM两类问题情况204.1.2SVM多类问题情况224.2 参数归一化及核函数选择234.3实验和分析234.3.1性能划分234.3.2参数选择234.3.3结果分析24结论与展望26参考文献27致谢29第1章绪论1.1 课题背景及意义改革
11、开放后，我国电力工业发展非常迅速，但缺电情况依然存在。我国地域辽阔，发电资源分布与需求十分不均衡，因此,国家从战略的高度上实行了“西电东送”伟大工程。然而要实现远距离、大容量输电,就必须采用高压架空线路。在架空线路上，广泛使用绝缘子来支持导线，从而使得杆塔和导线既有机械上的连接，又有电气上的绝缘。挂网运行中的绝缘子会出现多种的故障类型,数据显示，输电线路出现事故次数最多就是绝缘子的污闪引起的，绝缘子的污闪对输电线路安全稳定运行影响最大。随着我国电力工业快速发展，输电容量和输电电压等级有了很大的提高，在环境污染严重地区，挂网运行的绝缘子处于非常恶劣的工作环境，发生污闪的频率越来越高。 1990年
12、发生在华北地区的大面积污闪事故，2001年发生在华北、河南及辽宁等地的重大污闪事故等等，其特点都是持续的时间长、影响的范围大及经济损失十分严重等关志成，刘瑛岩，贾志东等.绝缘子及输变电设备外绝缘M.北京：清华大学出版社，2006.。据统计，雾天气候条件下污闪事故是电力线路污闪事故的21%。污闪事故通常造成大面积停电，难以检修，恢复时间很长，其影响十分严重。据有些统计，污闪事故造成的电量损失为雷害事故的9.3倍。目前，架空输电线路上主要使用的绝缘子有三大类：玻璃绝缘子、电瓷绝缘子和硅橡胶复合绝缘子（本文以后均简称为复合绝缘子）。传统的玻璃绝缘子和瓷绝缘子受到其自身亲水性的材料性质的限制，在污闪事
13、故中，发生闪络的主要是玻璃绝缘子和瓷绝缘子，而防污闪措施如定期清扫、合理调整设备的爬电比距（简称调爬）及防污伞形设计等技术难以从根本上解决污闪问题吴光亚，钱之银，肖勇等.防污闪技术的现状与发展趋势J.电力设备，2006，6(3)：59.。20世纪60年代，出现了复合绝缘子，复合绝缘子的设计、材料已经成熟，再加上其具有体积小，重量轻，机械强度高，抗震性能优异，质量稳定性高等优点，使用量也日益增加。越来越多的复合绝缘子在架空线路上的使用，打破了玻璃绝缘子和瓷绝缘子的长期统治地位。复合绝缘子具有优越的防污闪性能，最主要的原因是复合绝缘子表面绝缘材质硅橡胶具有良好的憎水性和憎水迁移性。复合绝缘子硅橡胶
14、表面能低，水在表面会形成相互分离的水珠或水滴状态，所以复合绝缘子具有良好的憎水性。处于游离态的低聚物具有向表面扩散的特性，从而使复合绝缘子表面上的污秽层也有了憎水性，因此它还具有憎水迁移性。得益于复合绝缘子的憎水性和憎水迁移性，尤其是憎水迁移性，这使得污秽层被覆盖在聚硅氧烷下面，污秽层中的部分盐被溶解，从而使绝缘子的表面盐密度变低，表现出了非常好的耐污性能。为了尽量减少输电线路频发的污闪事故，复合绝缘子在输电线路中的应用越来越多。现在复合绝缘子的使用主要分布在华北、华东和华中等几大电网，这几个地区是曾经大面积污闪事故的频发地区，在这些大面积污闪事故中，只有相当低的比例是复合绝缘子故障造成的，复
15、合绝缘子表现出了其自身的优越性。据了解，到2010年，全国总共发生了38次复合绝缘子污闪事故，仅占所有绝缘子总故障率的5.30%。尽管复合绝缘子具有很强的防污闪性能，仍然不能完全防止输电线路上挂网运行的复合绝缘子发生污闪事故，因为复合绝缘子在运行过程中受到外界环境的影响，会出现材质老化的现象，它的表面性能特别是憎水性和憎水迁移性会发生变化，其憎水性会慢慢下降甚至消失，憎水性迁移速度也很可能逐渐减慢。复合绝缘子大大降低了电网污闪事故的发生，为电力系统稳定做出了贡献，复合绝缘子大多应用在高压或超高压以及污闪事故较多地区，其自身的运行状态非常关键，在改进材料配方和制造工艺的同时，更要对运行中的绝缘子的表面绝缘状态进行定期检查，所以深入研究复合绝缘子憎水性的检测，确定复合绝缘子表面老化程度，据此及时更换绝缘性能降低的复合绝缘子，对电力网络安全运行有着非常重要的意义。1.2 国内外研究现状复合绝缘子的憎水性也被称为湿润性，是由外绝缘的表面张力所决定的，表征了水分对于复合绝缘子外绝缘的湿润能力。复合绝缘子憎水性的传统检测方法主要有以下几种：静态接触角法、表面张力法、喷水分级法和憎水性指示函数法等。静态接触角法，适合在实验室里测量，并且需要严格的测试环境。瑞典输电研究所提出的喷水分级法，是一种基于肉眼观察的判
