数字图像处理在电力工业中的应用

数字图像处理技术在电力
工业中的应用
摘要综述数字图像处理技术在我国电力工业各个领域的应用情况，分析这些应用的技术优势和意义，提出一些亟待解决的问题! 展望今后的应用与发展方向。

关键词数字图像处理、电力工业、计算机
数字图像处理技术即用计算机或其他数字技术对图像进行处理。

近年随着计算机的运算速度大幅提高和价格大幅降低，困扰数字图像处理技术的处理量大、速度慢、价格高的问题得到了有效解决，因此该技术在军事、工业、医学、公安、农业、交通、金融、测绘、气象、地质等领域得到了广泛应用，在国民经济中发挥着越来越大的作用。

为提高电力生产和传输过程中的安全性和经济性，新技术在电力工业中的应用一直备受重视，数字图像处理技术是这些新技术中的一员，正逐渐应用到电力工业的各个环节中。

1锅炉应用
1.1火焰诊断
为保证锅炉的安全运行，锅炉必须安装火焰检测器。

但由于多种原因，传统火焰检测方法可靠性不高，且不提供火焰燃烧图像信息。

基于数字图像处理技术的火焰图像检测系统采用火焰图像传感器，将火焰图像采集到计算机中进行处理。

由于图像检测的视角大，同时采用了有效的火焰检测算法，使火焰检测可靠性有了显著提高。

系统不仅具有“有火/无火，检测功能，还有燃烧稳定性判别和燃烧状况监测功能。

火焰图像检测系统使火焰检测技术产生了质的飞跃，并已在一些电厂得到应用，为锅炉安全运行提供了可靠保障。

随着计算机和数字信号处理器（DSP）技术的不断发展，火焰图像检测系统最终将成为火焰检测的主流设备。

1.2燃烧诊断
燃烧火焰温度场分布是反映锅炉燃烧状况的一个重要参量，将数字图像处理技术和热辐射原理相结合，测量炉膛内火焰动态温度场及相应参数，对锅炉燃烧监控与诊断有重要意义。

目前有2种技术路线进行温度场测量：一种是建立在对单个燃烧器火焰图像检测基础上的温度场测量，温度场分布反映了燃烧器组织燃烧是否合理，在此基础上进行火焰是否偏移等燃
烧器在线诊断；另一种是全炉膛火焰图像监测系统，在炉膛上方通过特殊潜望镜获得炉内火焰图像，经CCD摄像机变成视频信号，再通过采集送到计算机中!经计算可获得二维温度场。

通过温度场分析，可进行火焰中心是否偏斜、火焰是否刷墙、是否结焦及是否局部熄火等一些燃烧诊断。

除建立在温度场上的燃烧诊断外，还有基于图像灰度复杂性测度的炉膛燃烧状况诊断和神经网络燃烧诊断，但如何充分利用图像信息，并与其它信息相融合，开发出更好、更综合全面的燃烧诊断技术还需继续研究。

1.3氮氧化物估计
煤燃烧会产生气态污染物——氮氧化物（NO x）。

随着电力工业的发展，我国NO x的排放量逐年增加，积极开展治理NO x排放的研究工作已刻不容缓。

NO x的生成是一个复杂过程，因而预测和控制NO x的排放是一个难题，现在很多电厂对锅炉运行中NO x的排放还没有有效的监测系统。

影响煤粉燃烧过程中生成NO x的主要因素有：温度场分布、煤粉着火时间、过量空气系数、燃煤性质、空气预热温度等。

温度场分布和煤粉着火时间可通过对火焰图像处理获得；过量空气系数、空气预热温度可在线测量获得；燃煤性质可经煤质分析得到。

因此将数字图像处理技术和其它测量技术相结合，通过研究NO x的生成情况，预测NO x的排量，找到一条降低NO x的途径，其意义很大。

1.4燃烧控制
燃烧控制系统的主要任务是维持主汽压力的稳定，影响汽压稳定的主要因素有以燃料量为代表的燃烧率扰动（内扰）和以汽轮机耗汽量为代表的外界负荷扰动（外扰）。

由于从入炉燃料到主汽压的控制通道本身有很大滞后特性，再加上入炉燃料测量有一定困难，这些影响了燃烧控制系统抗扰动能力，也影响了单元机组的动态性能。

因此迫切需要寻找一个能快速反映燃烧工况变化的物理量以组成新的燃烧控制系统。

利用CCD摄像系统获取火焰图像，由计算机完成图像采集与处理后可获得能快速。

直观地反映炉内燃烧状况的炉膛辐射能信号，以此为基础组成以炉膛辐射能为副参数的新型燃烧控制系统，研究证明该控制系统的动态性能显著优于传统系统，抗扰动能力强。

通过火焰图像获得炉膛三维温度场，并以此为控制目标，建立多态燃烧模式控制是一个研究方向，对优化燃烧、提高锅炉经济效益有重要意义。

1.5试验研究
流化床技术得到了广泛应用，但对流化床中气-固运动规律还未完全掌握，以至于流化床的放大设计问题一直没有很好解决。

数字图像处理技术为研究气-固运动规律提供了一种重要的技术手段。

经过图像分析已找到了一些条件下的气-固运动规律。

此外，数字图像处理技术还用于锅炉空气动力场试验中，这为掌握大型煤粉锅炉燃烧器的性能、提高试验效率、改善试验工作环境提供了先进的技术支持。

2燃料管理应用
2.1储煤量侧量
煤场存煤量计量对电厂的经济指标有直接影响。

传统人工丈量方法耗时费力，计量不准确。

采用主动光源的数字图像处理系统较好地解决了这一问题。

它由激光源、计算机图像处理系统、机械转动系统和光学调整系统组成。

由计算机拟合出煤堆表面形状，可快速、准确地测算出煤场存煤量，实现了露天煤场存煤量的自动计量，为火电厂燃煤管理自动化提供了技术基础。

2.2煤位检测
电厂原煤仓煤位测量一直是一个亟待解决的问题，基于辅助光源的原煤仓煤位测量方法较好地解决了这一问题。

其技术关键是重构三维物体的表面，采用辅助光源是获取三维信息的一种技术方法，同时采用激光辅助光源解决了图像锐化和平滑处理的矛盾。

该方法通过对图像处理可得到煤层的边界图像，然后用相关算法可得出原煤仓煤位。

由于没有机械部件，靠性高，是一种全新的煤位测量技术，有很好的应用前景。

3故障诊断应用
红外热像反映了被测物体的温度分布特性，因此可利用这一特性来实现设备的故障检测与诊断。

红外热像技术非接触、高灵敏度、快速、准确、安全地测定物体表面相对温度场分布，在不停运和不解体设备的情况下实现对物体快速成像，并由计算机（或DSP）做相应分析和处理，处理结果多以图像方式显示，具有直观、形象等特点，因此在国内电力行业中得到广泛应用。

电力工业中的各种设备往往会由于故障导致设备温度有异常变化，通过分析设备运行时的红外热像找出这种异常，就可对设备潜伏故障和事故隐患属性及具体位置和严重程度作出判定。

如输热管道漏热，动力机械轴系过热，锅炉水冷壁堵塞，电力设备接头、触头和连接部件过热，电器绝缘性能不好产生过热，电器漏磁或磁饱和等产生放热，油浸高压电器设备由于缺油而产生温度梯度，高压输电线局部断丝和断股等问题，只要设备故障是以温度形式在外部表现出来，都可采用红外热像技术进行故障检测和诊断。

复杂设备需对红外热像进行分析以便故障定位和分类，目前人工分析居多，要求分析人员具有丰富的专业知识和查阅大量设备历史红外热像，通过比较图像间的差异找出故障位置和性质。

这种分析费时、对人员要求高，因此，开发基于红外热像的故障诊断专家系统是未来发展的方向。

4远程监控应用
随着自动化技术的迅速发展，变电站和水电站无人值班（或少人值班）正在逐步广。

除对变电站和水电站遥控、遥测、遥调、信外，现又增加了遥视，即通过数字远程图像监控系统在远方监视其设备运行情况和安全情况。

数字远程图像监控系统具有监控功能强。

占用信道资源少、图像质量好、抗干扰能力强等优点，现场图像可通过各类通道（电话线、微波、扩频、光缆等、进行远程传送）其核心是利用数字图像压缩技术实现视音频通信，现压缩标准很多，具体采用何种压缩标准应视信道资源情况和对图像应用要求而定。

系统中计算机作为核心设备，在能完成图像采集、压缩或解压功能的同时，还能对一些冒烟、起火、非法侵入等引起图像变化的情况进行监测。

当监测图像变化时启动报警和录像，并将图像传到远方调度中心。

报警条件由软件设定，因而自动报警功能可靠性较高。

数字远程图像监控系统还具有设备过热检测功能，它是与红外测温技术相结合的结果，但测的多是点温，由于多种原因，与红外热像技术相结合还不多，还未有基于图像的远程故障诊断功能，数字远程图像监控系统对电力系统安全生产，特别是对无人值班变电站和水电站的安全运行有非常重要的意义，也有显著的经济效益。

5电力建设应用
卫星遥感图像处理是数字图像处理技术的一个重要分支，利用卫星遥感图像在水电调查、规划和工程勘测等应用方面都收到了很好的效果。

水电建设前期，需对水淹损失、库区环境影响、土地资源、工程地质构造等进行调查和分析，这些均可通过卫星遥感图像获得。

在三峡电站工程的论证中，卫星遥感图像资料发挥了重要作用。

同时卫星遥感图像和航空影像的处理也是地理信息系统（GIS）技术的重要组成部分，在GIS中用图像表达和显示某些信息。

GIS已用于输电线路设计、施工和运行维护管理，特别是在三峡电站工程建设中发挥了重要作用。

另外GIS在电网规划、改建工程和用电管理方面也有应用。

6管理应用
长期以来，一些地方电度表的数据登录工作由人工完成，由于各种原因抄录的数据不准，造成用户与电力企业间的矛盾。

准确#全面而又简便地采集各种电量数据，全面实现电费管理的电子化是当务之急。

采用数字图像处理技术是解决这一问题的途径之一。

方法之一是通过摄像机采集电表的电量字符图像，再将图像信息输入到计算机内，通过字符识（OCR）技术将读入的字符图像信息转化为计算机内码。

这大大减轻了输入工作强度，提高了数据录入速度，同时保存每只电度表的图像，减少了过程中的人工干预，方便了用户对电费的查询，以电表的实际图像来增加电费数据的可信度，提高了电费管理的效率和透明度。

此外，在对电力工程图纸管理中也采用了数字图像处理技术。

7结束语
数字图像处理技术的诸多应用给电力工业带来了许多新意，解决了一些以前没能很好解决的问题。

尽管这些应用的具体形式不同，但都采用了计算机对图像进行处理，处理内容涉及到图像数字化、图像增强、图像恢复、图像编码、图像重建和图像分析等各个方面。

由于具有处理精度高、处理内容丰富、适用面广、再现性和灵活性好等优点，在实际应用中表现出强劲的生命力。

随着计算机及其相关技术的进步，数字图像处理技术在我国电力工业中发挥的作用会愈来愈重要，应用范围也会愈来愈广泛。