變電站斷路器動(dòng)作次數(shù)智能管理系統(tǒng)的研制

引言

建設(shè)智能化、數(shù)字化電網(wǎng)是未來我國(guó)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(cè)裝置,與此同時(shí),傳統(tǒng)變電站中正更多地運(yùn)用智能化運(yùn)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?jī)x表,需要人工去巡視、抄錄,在工作任務(wù)繁重、巡檢項(xiàng)目多的情況下,人工巡檢時(shí)運(yùn)行人員的疏忽可能會(huì)導(dǎo)致某些儀表漏檢、誤檢,還可能存在對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)模擬量?jī)x表中斷路器動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行智能識(shí)別、智能管理、智能預(yù)警的系統(tǒng):同時(shí)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?jī)x表管理和大數(shù)據(jù)分析動(dòng)作次數(shù)對(duì)斷路器健康程度影響的可行性。

1計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別原理

隨著變電站智能化運(yùn)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(duì)設(shè)備進(jìn)行智能巡視,各類智能巡視技術(shù)都是以計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)為載體,實(shí)現(xiàn)對(duì)各類模擬式表計(jì)的識(shí)別。

計(jì)算機(jī)圖像識(shí)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(gè)步驟。首先對(duì)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(shí)別表計(jì)的特點(diǎn),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(duì)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(gè)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(duì)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(duì)斷路器動(dòng)作次數(shù)表進(jìn)行灰度預(yù)處理,消除干擾因素,突出識(shí)別對(duì)象。具體流程主要是對(duì)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(shí)讀取儀表中的數(shù)字存在許多電信號(hào)的噪聲干擾,無法直接進(jìn)行識(shí)別,因此必須對(duì)圖像實(shí)行濾波去噪。在儀表圖像去噪的過程中,二值噪聲對(duì)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(duì)經(jīng)過預(yù)處理的儀表圖像,利用神經(jīng)算法對(duì)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(jì)圖,并在波谷進(jìn)行分割,最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字字符的定位和分割。

1.3識(shí)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(diǎn),適用于數(shù)字式表盤的圖像識(shí)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(shí)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(dòng)作次數(shù)表計(jì)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(shí)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(dòng)作次數(shù)表計(jì)上的讀數(shù)結(jié)果。

2功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的主要功能是對(duì)斷路器動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行圖像識(shí)別、自動(dòng)讀數(shù)、自動(dòng)填表、自動(dòng)預(yù)警,并通過可視化技術(shù)將斷路器動(dòng)作次數(shù)以曲線圖的方式呈現(xiàn),實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器動(dòng)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(jì)、智能分析、設(shè)備臺(tái)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(tái)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(tái)賬,能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況新增和刪除設(shè)備臺(tái)賬,便于后續(xù)圖像識(shí)別時(shí)一一對(duì)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(shí)現(xiàn)斷路器動(dòng)作次數(shù)智能識(shí)別,如圖4所示。該模塊能將已拍攝或?qū)崟r(shí)拍攝的斷路器動(dòng)作次數(shù)表計(jì)的圖片智能識(shí)別成動(dòng)作次數(shù),并按廠站、年月保存,建立動(dòng)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(tái)賬模塊

圖4智能抄錄模塊

2.3查詢統(tǒng)計(jì)

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

圖5查詢統(tǒng)計(jì)模塊

2.4智能分析

該模塊的主要功能是對(duì)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(dòng)作次數(shù),當(dāng)次數(shù)達(dá)到或接近極限次數(shù)時(shí),應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換,消除電網(wǎng)、設(shè)備、人身等安全風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)不同斷路器的出廠參數(shù)設(shè)置了對(duì)應(yīng)的極限動(dòng)作次數(shù),并以極限動(dòng)作次數(shù)的80%為門檻值,本模塊能統(tǒng)計(jì)實(shí)際動(dòng)作次數(shù)達(dá)到對(duì)應(yīng)門檻值的斷路器。另外,本模塊還能分析出每個(gè)月變化次數(shù)最多的10個(gè)斷路器,便于運(yùn)維人員進(jìn)行管理及重點(diǎn)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(duì)本管理系統(tǒng)的用戶權(quán)限進(jìn)行管理,如圖7所示。

圖7系統(tǒng)配置模塊

3功能驗(yàn)證

采用本套系統(tǒng)對(duì)采集回來的斷路器動(dòng)作次數(shù)圖像進(jìn)行了千余次識(shí)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(duì)接,在線識(shí)別并統(tǒng)計(jì),免去人工抄錄和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),平均節(jié)省工時(shí)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(yùn)檢的推進(jìn),采用智能巡檢機(jī)器人和無人機(jī)對(duì)傳統(tǒng)變電站中大量存在的模擬量?jī)x表進(jìn)行巡視拍照、圖像識(shí)別、智能預(yù)警已成為當(dāng)下的熱門趨勢(shì)。本文提出了一套變電站斷路器動(dòng)作次數(shù)智能管理系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)斷路器動(dòng)作次數(shù)表計(jì)的智能識(shí)別、智能預(yù)警,具有一定的實(shí)踐意義,在將來的智能化運(yùn)維中還可以橫、縱向延伸覆蓋到更多的表計(jì)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(dòng)作次數(shù)一樣的數(shù)據(jù),例如避雷器動(dòng)作次數(shù)、變壓器有載調(diào)壓開關(guān)動(dòng)作次數(shù)等需要人工去抄錄、統(tǒng)計(jì),本套管理系統(tǒng)可以延伸到上述表計(jì)抄錄的管理中,進(jìn)一步與巡檢機(jī)器人數(shù)據(jù)對(duì)接,實(shí)現(xiàn)變電站智能運(yùn)檢管理擴(kuò)大化。

（2）縱向方面:通過變電站斷路器動(dòng)作次數(shù)智能管理系統(tǒng)對(duì)斷路器動(dòng)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(shí)間足夠長(zhǎng),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(dòng)作次數(shù)等對(duì)斷路器健康程度的影響等信息,實(shí)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(dòng)作次數(shù)智能管理系統(tǒng)對(duì)斷路器動(dòng)作次數(shù)實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、智能管理,并擴(kuò)展到其他全數(shù)字的儀表識(shí)別,符合"機(jī)器代人"的智能化趨勢(shì),大大提高了工作效率,同時(shí)還能與大數(shù)據(jù)分析結(jié)合對(duì)斷路器的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷,實(shí)現(xiàn)設(shè)備全過程管理。