變電站斷路器動作次數(shù)智能管理系統(tǒng)的研制

王劍平　韓玉龍

摘要：變電站內(nèi)高壓斷路器承擔(dān)著運行方式轉(zhuǎn)換、設(shè)備停電、故障切除等重要作用，事關(guān)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。根據(jù)變電運行規(guī)范要求，運行人員需要每月對現(xiàn)場運行中的斷路器動作次數(shù)進(jìn)行抄錄，形成報表，但其存在工作效率低、數(shù)據(jù)管理難等問題。為此，開發(fā)了一套基于計算機(jī)圖像識別技術(shù)的變電站斷路器動作次數(shù)智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對斷路器動作次數(shù)的智能識別、智能管理、智能預(yù)警，能大大提高運行人員的工作效率，更好地分析斷路器的運行情況。

關(guān)鍵詞：斷路器;圖像識別;智能管理

中圖分類號：TM63;TM561 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號：1671-0797（2022）02-0012-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.02.004

0 ? ?引言

建設(shè)智能化、數(shù)字化電網(wǎng)是未來我國電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。越來越多的智能變電站已建成，智能變電站配置了各種用于遠(yuǎn)程監(jiān)控的在線監(jiān)測裝置，與此同時，傳統(tǒng)變電站中正更多地運用智能化運維技術(shù)，從而逐漸向智能化電網(wǎng)邁進(jìn)。傳統(tǒng)變電站中存在大量的模擬量儀表，需要人工去巡視、抄錄，在工作任務(wù)繁重、巡檢項目多的情況下，人工巡檢時運行人員的疏忽可能會導(dǎo)致某些儀表漏檢、誤檢，還可能存在對儀表讀數(shù)的誤讀和誤判，導(dǎo)致工作質(zhì)量差。為減少傳統(tǒng)變電站巡視工作中的失誤，提高工作效率，同時進(jìn)一步推進(jìn)與巡檢機(jī)器人的深度融合，有必要開發(fā)一套能實現(xiàn)對傳統(tǒng)模擬量儀表中斷路器動作次數(shù)進(jìn)行智能識別、智能管理、智能預(yù)警的系統(tǒng);同時為配合電網(wǎng)智能化和數(shù)字化，本文探討了該系統(tǒng)用于變電站其他傳統(tǒng)模擬量儀表管理和大數(shù)據(jù)分析動作次數(shù)對斷路器健康程度影響的可行性。

1 ? ?計算機(jī)圖像識別原理

隨著變電站智能化運維的深入，越來越多的變電站采用巡檢機(jī)器人和視頻監(jiān)控等智能技術(shù)對設(shè)備進(jìn)行智能巡視，各類智能巡視技術(shù)都是以計算機(jī)圖像識別技術(shù)為載體，實現(xiàn)對各類模擬式表計的識別。

計算機(jī)圖像識別主要包括圖像預(yù)處理、圖像分割、目標(biāo)描述、樣本匹配算法等幾個步驟[1]。首先對圖像進(jìn)行灰化處理及噪聲濾波等預(yù)處理;再根據(jù)需識別表計的特點，在圖像中匹配相同的形狀，可以快速定位數(shù)字區(qū)域;然后對得到的數(shù)字區(qū)域使用一種方便的水平和垂直投影方法，將單個數(shù)字分割開;最后，由于圖像的標(biāo)準(zhǔn)化基本排除了干擾，因此使用相同或近似的數(shù)字字體制作的模板對分割開的字符采用匹配算法進(jìn)行模板匹配，可以得到數(shù)字讀數(shù)的結(jié)果。流程如圖1所示。

1.1 ? ?圖像預(yù)處理

圖像預(yù)處理的目的是對斷路器動作次數(shù)表進(jìn)行灰度預(yù)處理，消除干擾因素，突出識別對象。具體流程主要是對儀表進(jìn)行黑白化，再截取圖片，獲得目標(biāo)儀表圖像數(shù)字區(qū)域，此時讀取儀表中的數(shù)字存在許多電信號的噪聲干擾，無法直接進(jìn)行識別，因此必須對圖像實行濾波去噪。在儀表圖像去噪的過程中，二值噪聲對圖像的干擾最大，采用中值濾波的方式處理儀表圖像中的二值噪聲，效果十分顯著。

1.2 ? ?二值化和圖像分割

針對經(jīng)過預(yù)處理的儀表圖像，利用神經(jīng)算法對數(shù)字式顯示盤中的數(shù)字字符進(jìn)行二值化處理和圖像分割。讀數(shù)區(qū)域已經(jīng)二值化，因此只有黑白兩種灰度值，首先必須判斷數(shù)字是否傾斜，若傾斜需增加傾斜調(diào)整步驟，不傾斜則通過采用水平和垂直像素投影的方法，得到類似于直方圖的水平和垂直方向的灰度值統(tǒng)計圖，并在波谷進(jìn)行分割，最終實現(xiàn)數(shù)字字符的定位和分割[2]。

1.3 ? ?識別結(jié)果

樣本匹配算法具有使用范圍廣、匹配效率高、便于操作等優(yōu)點，適用于數(shù)字式表盤的圖像識別。樣本匹配算法的關(guān)鍵是在標(biāo)準(zhǔn)圖像中選取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字，建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫，保證樣本的選取和待識別的數(shù)字大體一致，且儀表圖像數(shù)字結(jié)構(gòu)沒有變化、非常穩(wěn)定。變電站內(nèi)斷路器動作次數(shù)表計的圖像中數(shù)字顯示方式大致一樣，結(jié)構(gòu)基本相同，因此符合該算法的基本要求。識別過程如下：由于圖像的標(biāo)準(zhǔn)化基本排除了干擾，因此使用分割開的字符與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫進(jìn)行模板匹配，可以得到斷路器動作次數(shù)表計上的讀數(shù)結(jié)果。

2 ? ?功能設(shè)計

本系統(tǒng)的主要功能是對斷路器動作次數(shù)進(jìn)行圖像識別、自動讀數(shù)、自動填表、自動預(yù)警，并通過可視化技術(shù)將斷路器動作次數(shù)以曲線圖的方式呈現(xiàn)，實現(xiàn)對斷路器動作次數(shù)的智能管理。系統(tǒng)的框架包括數(shù)據(jù)抄錄、查詢統(tǒng)計、智能分析、設(shè)備臺賬、系統(tǒng)管理等五大模塊，如圖2所示。

2.1 ? ?設(shè)備臺賬

該模塊主要功能是建立相應(yīng)的變電站和電壓區(qū)域斷路器臺賬，能根據(jù)現(xiàn)場實際情況新增和刪除設(shè)備臺賬，便于后續(xù)圖像識別時一一對應(yīng)，如圖3所示。

2.2 ? ?智能抄錄

該模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，主要用于實現(xiàn)斷路器動作次數(shù)智能識別，如圖4所示。該模塊能將已拍攝或?qū)崟r拍攝的斷路器動作次數(shù)表計的圖片智能識別成動作次數(shù)，并按廠站、年月保存，建立動作次數(shù)數(shù)據(jù)庫，用于后續(xù)的查詢、分析、預(yù)警等功能。

2.3 ? ?查詢統(tǒng)計

該模塊的功能是將已識別的斷路器動作次數(shù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計，以曲線圖的形式可視化展出，如圖5所示。斷路器動作次數(shù)的抄錄周期是1次/月，該模塊可以實現(xiàn)縱向?qū)Ρ?，對同一斷路器不同月份的動作次?shù)進(jìn)行對比，能清晰地了解該斷路器在一個月的定期維護(hù)周期內(nèi)的相對動作次數(shù)，核對其是否與實際相符，查找其次數(shù)過多的原因;還可以實現(xiàn)橫向?qū)Ρ?，對同一電壓等級、同一類型的斷路器進(jìn)行對比，實現(xiàn)對變電站內(nèi)所有斷路器的全了解、全管理。

2.4 ? ?智能分析

該模塊的主要功能是對斷路器健康狀態(tài)的智能預(yù)警，如圖6所示。斷路器存在極限動作次數(shù)，當(dāng)次數(shù)達(dá)到或接近極限次數(shù)時，應(yīng)及時對其進(jìn)行更換，消除電網(wǎng)、設(shè)備、人身等安全風(fēng)險。根據(jù)不同斷路器的出廠參數(shù)設(shè)置了對應(yīng)的極限動作次數(shù)，并以極限動作次數(shù)的80%為門檻值，本模塊能統(tǒng)計實際動作次數(shù)達(dá)到對應(yīng)門檻值的斷路器。另外，本模塊還能分析出每個月變化次數(shù)最多的10個斷路器，便于運維人員進(jìn)行管理及重點關(guān)注。

2.5 ? ?系統(tǒng)配置

該模塊的功能主要是根據(jù)不同的需求，對本管理系統(tǒng)的用戶權(quán)限進(jìn)行管理，如圖7所示。

3 ? ?功能驗證

采用本套系統(tǒng)對采集回來的斷路器動作次數(shù)圖像進(jìn)行了千余次識別，正確率很高，如圖8所示。除此之外，本套系統(tǒng)還能與巡檢機(jī)器人采集到的圖片對接，在線識別并統(tǒng)計，免去人工抄錄和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，平均節(jié)省工時1 h以上。

4 ? ?應(yīng)用前景

隨著智能化變電站建設(shè)和變電站智能運檢的推進(jìn)，采用智能巡檢機(jī)器人和無人機(jī)對傳統(tǒng)變電站中大量存在的模擬量儀表進(jìn)行巡視拍照、圖像識別、智能預(yù)警已成為當(dāng)下的熱門趨勢。本文提出了一套變電站斷路器動作次數(shù)智能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對斷路器動作次數(shù)表計的智能識別、智能預(yù)警，具有一定的實踐意義，在將來的智能化運維中還可以橫、縱向延伸覆蓋到更多的表計類定期維護(hù)中。

（1）橫向方面：當(dāng)前變電站內(nèi)仍存在許多像斷路器動作次數(shù)一樣的數(shù)據(jù)，例如避雷器動作次數(shù)、變壓器有載調(diào)壓開關(guān)動作次數(shù)等需要人工去抄錄、統(tǒng)計，本套管理系統(tǒng)可以延伸到上述表計抄錄的管理中，進(jìn)一步與巡檢機(jī)器人數(shù)據(jù)對接，實現(xiàn)變電站智能運檢管理擴(kuò)大化。

（2）縱向方面：通過變電站斷路器動作次數(shù)智能管理系統(tǒng)對斷路器動作次數(shù)數(shù)據(jù)的管理，建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，在斷路器足夠多、時間足夠長，形成大量數(shù)據(jù)的情況下，可以通過大數(shù)據(jù)分析出各類、各型斷路器的使用年限、動作次數(shù)等對斷路器健康程度的影響等信息，實現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備的數(shù)字化管理。

5 ? ?結(jié)語

變電站斷路器動作次數(shù)智能管理系統(tǒng)對斷路器動作次數(shù)實現(xiàn)智能識別、智能管理，并擴(kuò)展到其他全數(shù)字的儀表識別，符合“機(jī)器代人”的智能化趨勢，大大提高了工作效率，同時還能與大數(shù)據(jù)分析結(jié)合對斷路器的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，實現(xiàn)設(shè)備全過程管理。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 何智杰，張彬，金連文.高精度指針儀表自動讀數(shù)識別方法[J].計算機(jī)輔助工程，2006，15（3）：9-12.

[2] 文凱.面向智能運檢的變電站避雷器監(jiān)視器識別系統(tǒng)研究[D].成都：西華大學(xué)，2019.

收稿日期：2021-10-14

作者簡介：王劍平（1991—），男，湖南衡陽人，助理工程師，長期從事變電運行管理與維護(hù)工作。

韓玉龍（1984—），男，安徽蕪湖人，高級技師，長期從事變電運行管理與維護(hù)工作。