基于图像识别技术的电缆中间接头质量检测.pdf

2023 年 7 月基于图像识别技术的电缆中间接头质量检测史加奇袁董勋袁张亚楠袁王云鹏（国网上海市电力公司市南供电公司，上海 200233）【摘要】电缆中间接头是电缆稳定运行的关键部分袁要做好电缆中间接头质量检测袁确保其具备良好的工作状态袁从而减少电缆产生故障的频次遥 基于此袁首先袁介绍了电力电缆的主要构成与电缆故障及其修复工作遥其次袁分析了图像识别技术与其在电力系统运维检修工作中的应用遥最后袁针对电缆中间接头质量检测袁提出了基于图像识别技术的检测方法袁以确保电力电缆稳定安全运行遥【关键词】电力电缆曰电缆故障曰中间接头曰图像识别技术【中图分类号】TM73【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）07-0055-030 引言电缆埋于地底下，相对于架空线路，其能在一定程度上减少对外界环境的干扰和地上空间占用。现阶段，电力系统中，电力电缆因其不用立杆、不占用地上空间以及具备较高可靠性等优点，逐渐替换掉部分架空线路，并普遍运用于城市电力系统之中。但是，一旦低压电缆本体或中间接头部分发生故障，其故障修复时间较长。因此，随着电缆化率逐年提升以及人们对供电可靠性的要求越来越高，减少电力电缆故障、提升电力电缆中间接头的质量检测水平尤为关键。1 电力电缆及其故障概述1.1 电力电缆的主要构成电力电缆主要由本体部分、电缆附件部分、附属设备以及电缆通道等构成。其中，电缆本体由内至外由以下 3 大关键部分构成：淤电缆线芯。其作用是传导电流，该部分主要由铜线或铝线经绞合工艺形成。常见的电缆主要为单芯、3 芯或 4 芯电缆。电缆线芯的截面面积主要包括 35 mm2、70 mm2、120 mm2、240 mm2、400 mm2以及630 mm2等。于绝缘部分。该部分的功能是保障电缆线芯与外界环境或相邻导体形成绝缘分隔。其主要由特定的绝缘材料构成，如油纸绝缘、聚氯乙烯绝缘和交联聚乙烯绝缘等，当下运用较多的为最后一种。盂电缆的保护层。该部分的作用主要是保障电缆不被外部因素损害以及阻挡水分的浸入，主要有聚氯乙烯护套等。电缆附件即中间接头与终端头，电缆中间接头和终端头能够连通电缆与电缆以及电缆与其他电气设备。1.2 电缆故障1.2.1 故障类型电力电缆故障总体可以分为外力破坏故障和运行故障。淤外力破坏故障主要是指低压电缆受到外力的影响而造成损伤，从而发生故障。电缆通常通过直埋敷设或穿管敷设的方式敷设于地下，当电缆路径沿途发生地面开挖施工时，施工器械很容易对电缆绝缘乃至线芯造成损伤，从而发生故障。于发生运行故障的原因包括绝缘部分受潮、绝缘部分老化以及附件制作工艺不合格。其中，绝缘部分受潮的原因主要有电缆质量较差、敷设工艺不到位以及外护套被损坏等，一旦电缆绝缘部分受潮，电缆的绝缘属性将大幅下降，长时间运行就可能会致使其发生短路故障。电缆绝缘部分老化，一方面是因为电缆运行年数较长；另一方面，电缆长期处于超负荷运行的状态下，会产生发热现象，若异常发热问题未被及时发现或处理，发热的电缆持续运行，其绝缘电阻将会降低，绝缘部分被击穿的可能性将会增大，其运行寿命会因此降低。1.2.2 中间接头故障当电缆附件的制作工艺不合格时，易在中间接头处或终端头处发生故障1。油纸绝缘电缆运行故障主要发生在终端处与本体处。另外，交联聚乙烯电缆因其铺设方便、维护便捷、耐高温和绝缘性能较佳等特点，被大范围运用于电力系统各电压等级的输配电线路中，并逐步取代油纸绝缘电缆和架空线路，成为电网发展的主流。交联聚乙烯电缆则主要在电缆本体与中间接头处发生运行故障。某供电公司 2022 年10 kV 与 35 kV 电缆运行故障（图 1）中，设备运行故障共 29 起，其中油纸绝缘电缆故障共 13 起，交联聚电力信息552023 年 7 月乙烯电缆故障 16 起，包括 9 起本体故障与 7 起中间接头故障，中间接头故障占比达 24.1%。而中间接头故障中最常见的是由于施工质量不合格而引起的。1.3 电缆故障修复工作一旦电缆产生故障，需要立即对其进行修复，从而确保电网安全稳定运转。修复电缆故障的工作主要包括以下 4 个环节：淤确定故障的性质。通过万用表、绝缘摇表等工具测量电缆的绝缘电阻，根据测量得到的电阻值确定电缆故障性质，可以将电缆故障主要分成低阻型故障和高阻型故障。于故障点的距离粗测。在确定了故障的性质后，需要通过行波法或电桥法测量故障点距测试端子的间距，根据测得的距离对故障点位置进行初步确定2。盂故障点的精准定位。可以采用声测法等方法精准定位故障点。在初步确定的故障点周边电缆路径上用电子听棒听放电声，若能听到明显的放电声，则将地面挖开或将井盖移开，寻找准确的故障点。榆修复工作。确定故障点后，需根据具体情况对电缆进行修复，包括制作中间接头、更换部分电缆或全线电缆等。由于电力电缆深埋在地下，其故障测寻工作较为繁杂，且需要消耗大量时间与人力。某供电公司 2022 年各电压等级电缆故障平均修复时长如表 1 所示。因此，需要加强电缆的验收与运维水平，通过新兴技术来提升电缆中间接头的验收质量，从而减少电缆故障发生。2 图像识别技术2.1 技术简介图像识别技术是计算机视觉技术的一个分支，通过结合人工智能技术与机器学习技术来学习目标图像中的特征，从而达到准确识别的目的。图像识别技术的突出优势是能准确识别目标物体的颜色与形状尺寸。利用图像识别技术，可以实现标准、精确的识别，比人工识别更为高效、精确和迅速。如今，图像识别技术已经逐步发展成为实用性和准确性极强的技术，其作为一种新兴技术，应用时间虽不长，但已经在各个行业与领域中得到不同程度的应用，如农业、工业、零售业以及医学等领域。伴着计算机科技的飞速发展，图像识别技术的发展前景将更加广阔，将会给人类社会带来全方面、更大的便捷性。2.2 图像识别的流程图像识别的流程如下。（1）获取数据信息。通过传感器等装置，将研究对象的基本信息转换为机器可以识别的信息。（2）预处理。对图像进行去噪等操作，消除噪声等干扰并加强关键特征，提升图像识别的辨识准确度与效率。（3）提取特征值。从经过预处理的图像信息中，提取所需的有用特征，此步骤也是图像识别技术的关键。（4）模型的训练与测试。获取有用特征后，可对算法开展训练，并测试训练后的算法功能，验证其精准度。（5）应用。经过多次训练与测试后，即可将模型投入应用。2.3 图像识别技术在电力系统运维检修工作中的应用图像识别技术可以大幅提升电力系统运维检修工作的便捷性与高效性，如今该技术已广泛渗透在电力系统的各个环节3。例如，在重要的变压器测温工作中，利用图像识别技术可以实时监控变压器的发热情况，保证变压器安稳运行。又如，输电架空线路易受到塑料袋、风筝等异物缠绕，此时可能会造成线路跳闸，从而导致停电事故。通过图像识别算法，结合无人机等先进设备，可以方便快捷地巡视输电线路并进行异物清理工作4。另外，由于图像识别技术可以准确辨识不同部件的颜色与形状尺寸等特点，因此，图像识别技术极其适合应用于电缆中间接头的质量检测工作。例如，运用图像识别技术可以针对电缆接头特定场景的测距偏差建立误差模型，通过对误差模型进行仿真，得到三维测量中的高精度长度数据，进行矫正后能满足实际测量需要。又如，可以采用图像识别技术自动电压等级/kV2022 年电缆故障平均修复时间/h0.45.03108.833512.41表 1 某供电公司 2022 年各电压等级电缆故障平均修复时长图 1 某供电公司 2022 年 10 kV 与 35 kV 电缆运行故障油纸绝缘电缆故障，44.8%交联聚乙烯电缆中间接头故障，24.1%交联聚乙烯电缆本体故障，31.1%电力信息562023 年 7 月测量各部分长度，代替传统人工量尺方式，降低人工方式导致的效率低下和精度不高风险。3 电缆中间接头质量检测3.1 电缆中间接头制作工艺及其问题制作电缆中间接头时，需要精确测量内半导电层、主绝缘层、外半导电层、外护层、铜屏蔽层等的尺寸，并且需要打磨反应力锥处5。电缆中间接头的制作工艺流程主要包括剥切、砂纸打磨、清洁、中间接头压接和绝缘及护层绕包等步骤，每一个步骤都有相应的严格作业要求与标准。任何一个步骤出现不符合要求的情况，都可能会在电缆中间接头处留下程度不一的缺陷。电缆中间接头部分制作工艺不达标的典型特征主要如下：淤电缆绝缘部分若打磨不到位，会留下刀痕等划伤的痕迹。于内半导电层、主绝缘层、外半导电层、外护层、铜屏蔽层等的尺寸不够精准。盂反应力锥处打磨不到位。榆中间接管的压接不合格等。若存在以上不符合要求的情况，就可能会导致电场分布不均匀、局部场强较为集中，从而导致产生放电乃至击穿现象。3.2 电缆中间接头验收过程中存在的问题目前，在完成电缆中间接头制作后，验收人员通常通过目测、游标卡尺测量以及用手感受其平整度等方法来进行验收。而电缆中间接头型号复杂，验收精度要求高，该类方法具有较大的误差性，缺乏有效的智能化、标准化检测手段，则无法对电缆中间接头的制作质量进行精准确认，导致验收质量无法得到保证，从而可能导致电缆带缺陷运行。电缆中间接头制作工艺复杂且要求极高，任何一处留下隐患，都有可能导致电力电缆产生运行故障。3.3 图像识别技术在电缆中间接头质量检测中的运用方法根据上述内容，有必要在电缆中间接头制作时及验收过程中使用图像识别技术，对电缆中间接头的制作工艺进行质量检测。使用图像识别技术对电缆中间接头进行质量检测时，首先，需要对目标电缆中间接头进行全角度多方位照片拍摄，并对照片进行相应处理，从而得到所需的特征值。由于电缆中间接头的尺寸与电缆截面积、绝缘材料及生产厂商等都有一定关系，因此，需要结合电缆中间接头材料包装盒内的尺寸要求卡，确认外半导体层、绝缘层以及内半导电层的剥削长度。其次，需要精准测量反应力锥及电缆绝缘的尺寸，并检测其剥削平整度与打磨程度。再次，需要确定中间接管的压接程度与压接方式是否符合要求，识别是否存在经压接后形成的毛刺及锐边等瑕疵。最后，需要检测绕包带尺寸，包括检测半导电带、应力控制带、绝缘带的厚度及长短。此外，通过图像识别技术，可以定位识别电缆中间接头主绝缘部分的划伤及脏污部分，再结合图像分割技术以及边缘检测算法等方法，识别半导电层的剥离不齐等缺陷。利用图像识别技术对电缆中间接头制作工艺进行监管后，将有效提升现场电缆中间接头制作的精度及其验收效率与效果。4 结语电力电缆稳定运行是确保电网系统可靠运行的前提条件。随着电力电缆投运量的逐步提升，电力电缆故障造成的影响也更大。电缆中间接头是电缆稳定运行的关键部分，但同时由于其对尺寸、打磨程度等要求较高，电缆中间接头也成为发生运行故障的薄弱点。电缆中间接头在制作时所留下的缺陷与隐患通常是电缆发生运行故障的关键原因，故严格把握电缆中间接头的制作与验收工作，是减少中间接头处制作质量不达标造成的故障的关键。使用图像识别技术判别电缆中间接头制作进程中可能存在的缺陷，能够高效准确地解决电缆中间接头制作人员技术水平不高引起的尺寸误差或打磨不到位等问题，降低验收人员检测电缆中间接头施工质量的难度，所以，今后应加强该技术在电缆中间接头质量检测中的运用。参考文献1 乔丕凡，张玉，曹华明，等.10 kV 电力电缆中间接头施工工艺缺陷的研究J.山东电力技术，2019，46（7）：33-37，65.2 王纪东，周宁，代聪，等.中压配电网电力电缆的故障定位方法J.电工技术，2023（7）：121-123.3 陈卯，梁祖辉.电力运维中的图像识别技术应用J.电子技术，2023，52（4）：74-75.4 徐龙，李茂，徐涛，等.一种用于高压电缆中间接头的质量检测方法：CN113358661AP.2021-09-07.5 管必萍，吴爱军，顾艳，等.新型 35 kV 及以下预制绕包式电缆中间接头关键技术研究与产品研发J.电力与能源，2020，41（4）：470-475.作者简介院史加奇（1994），男，汉族，安徽安庆人，硕士研究生，助理工程师，主要从事电力电缆运维检修工作。电力信息57