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。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,同時進一步推進與巡檢機器人的深度融合,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器人和視頻監(jiān)控等智能技術(shù)對設(shè)備進行智能巡視,各類智能巡視技術(shù)都是以計算機圖像識別技術(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。首先對圖像進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,并在波谷進行分割,最終實現(xiàn)數(shù)字字符的定位和分割。
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)字數(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)字數(shù)據(jù)庫進行模板匹配,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。
圖2系統(tǒng)主界面
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。
圖3設(shè)備臺賬模塊
圖4智能抄錄模塊
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數(shù)進行對比,能清晰地了解該斷路器在一個月的定期維護周期內(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行對比,實現(xiàn)對變電站內(nèi)所有斷路器的全了解、全管理。
圖5查詢統(tǒng)計模塊
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)達到或接近極限次數(shù)時,應(yīng)及時對其進行更換,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,便于運維人員進行管理及重點關(guān)注。
圖6智能分析模塊
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)限進行管理,如圖7所示。
圖7系統(tǒng)配置模塊
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1h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,采用智能巡檢機器人和無人機對傳統(tǒng)變電站中大量存在的模擬量儀表進行巡視拍照、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,進一步與巡檢機器人數(shù)據(jù)對接,實現(xiàn)變電站智能運檢管理擴大化。
（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,并擴展到其他全數(shù)字的儀表識別,符合"機器代人"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)進行診斷,實現(xiàn)設(shè)備全過程管理。
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