SF6带电测试仪器一体化智能校验系统设计

吴培伟　孙付华　赫树开　薛　冰

(广州供电局有限公司电力试验研究院1，广东 广州　510620；河南日立信股份有限公司2，河南 郑州　450001)



SF6带电测试仪器一体化智能校验系统设计

吴培伟1孙付华2赫树开2薛冰2

(广州供电局有限公司电力试验研究院1，广东 广州510620；河南日立信股份有限公司2，河南 郑州450001)

针对目前SF6带电设备校验工作存在的检定校准手段落后、工作效率低、校验装置自动化水平低等问题，研究了一种一体化智能校验技术。考虑到仪表种类繁多且通信协议不统一，提出了基于图像识别技术的仪表读数方法，并设计了一套SF6带电测试仪器一体化智能校验系统。该一体化智能校验系统以图像识别系统和自动校验系统代替人工操作，在提高检定效率的同时，减小了人为误差；系统通用性强，具有很大的应用价值和市场潜力。

SF6动态配气湿度图像识别一体化智能校验实时监测

0　引言

随着电力系统的大容量、高参数发展，SF6高压电器设备日益增多，而SF6绝缘气体的状态参数正常与否，严重影响着SF6高压电器的工作性能[1]。因此，精确、稳定、高效地实现SF6气体状态监测工作迫在眉睫。目前采用的SF6带电检测手段主要有SF6气体微水测试、SF6气体纯度测试、SF6泄漏测试以及SF6气体分解产物测试[2]。因此，仪表测量的准确性至关重要，需定期对检测仪表进行校验，以确保仪表性能、测试的准确度和可靠性。

然而，目前对SF6带电测试仪表的校验存在劳动强度大、工作效率低的问题，导致现阶段SF6带电测试仪器校验耗时长，生产单位经常因仪器送检而影响带电测试工作的及时开展。因此，研制集成化、自动化水平较高的一体化智能校验系统具有重要意义。

1　系统构成

SF6带电测试仪器一体化智能校验系统主要由八通道标准气体发生装置、标准湿度发生装置、图像识别系统、智能校验信息管理系统、气体泄漏监测系统、通风系统等模块组成。其可以实现对SF6气体的组分分析仪、纯度仪、检漏仪和露点仪的自动校验，适用范围较广。

系统结构如图1所示。

图1　系统结构图Fig.1　Structure of the system

1.1八通道标准气体发生装置

动态配气装置凭借其高效、便捷的特性，已广泛应用于气体仪表的智能检定。其基于质量流量混合法控制稀释气体及组分气体流量的工作原理，使用尽可能少的标准气体，自动配制出校验所需的单组分或多组分标准气体。然而，目前应用最多的二组分或四组分动态配气装置，在同一配气装置上，无法同时满足SF6纯度仪、检漏仪和SF6气体组分分析仪的自动校验[3-4]。针对这一需求，本设计开发了一套八组分的动态配气仪。

该装置由A、B、C、D、E、F、G、H八个通道组成，通道A、B和C可分别作为稀释气通道或被稀释气通道使用，其他通道则只能作为被稀释气体通道。稀释气体可采用高纯SF6气体、高纯氮气和纯净空气等，组分气可为SF6、SO2、H2S、CO纯气或已知浓度的标气。在智能校验信息管理系统软件中进行必要的参数设置，便可自动控制配气装置输出不同浓度的混合气体。其不仅满足SF6气体组分分析仪、纯度仪和检漏仪的检验对比需要，还满足对SF6气体进行相关研究和试验的需要。

八通道标准气体发生装置主要由主控MCU、显示模块、时钟模块、串口通信模块、数据存储模块、电源模块等构成，其功能框图如图2所示。

图2　八通道标准气体发生装置功能框图Fig.2　Functional block diagram of eight-channel standard gas generator

1.2标准湿度发生装置

标准湿度发生装置的主要功能是为SF6露点仪的自动校验提供所需的不同湿度标准气源。分流式湿度发生器是目前应用最为广泛的二级标准湿度设备之一。与传统的渗透膜法等其他原理的湿度发生器相比较，分流法湿度发生器能快速、准确地产生相对湿度恒定并且连续可调的恒湿气流。它通过质量流量控制器，将一股干气源(一般是干燥的空气或氮气)精确地按不同比例分为两股。在一定温度下，其中一股干气源通过饱和器增湿，成为相对湿度为100%RH的饱和气体；另一股干气源仍保持干燥，调节饱和湿气和干气的混合流量，即可得到具有一定温度的气体[5-6]。结合高精度的镜面露点仪，测量精度可达±0.1 ℃，可满足气体湿度仪表校验各种湿度气体的需要。

智能校验信息管理系统软件通过串口控制标准湿度发生装置，将两种气体按照一定比例进行配比、混合并输出设定湿度的气体。标准湿度发生装置功能框图如图3所示。

图3　标准湿度发生装置系统功能框图Fig.3　Functional block diagram of standard humidity generating system

1.3图像识别系统

图像识别系统是实现仪表全自动校验的关键技术环节。目前仪表读数的获取方式主要依靠人眼读取。要实现仪表示数的自动读取，必须提供被检仪表的通信接口和通信协议，但是现阶段不同厂家生产的SF6带电测试仪器所采用的通信协议不统一，且个别进口仪器通信协议不公开，这就造成一套校验系统只能实现对某种特定型号仪表的全面校验，通用性差。

基于上述问题，本设计把图像识别技术引入SF6带电测试仪器一体化智能校验系统中，实现了对被测仪表示数的自动读取，并且不受通信协议、仪表种类的限制。

利用工业摄像头采集仪表显示界面，为了保证仪表读数的正确性，在进行图像分割和识别之前，进行了图像预处理、图像灰度化、图像滤波去噪、图像二值化、图像腐蚀与膨胀等处理工作，以提高识别率。同时，为了兼顾识别准确率及识别时间，本系统采用基于改进的BP网络的数字识别算法，实现了对不同数显仪表示值的精确识别[7-9]。

该系统能有效识别不同的仪表界面，通用性强、精度高，能够实现对目前不同类型电力仪表的数据读取，避免了人眼观察仪表时由于观测角度不当等造成的误差。以某镜面式SF6气体分析仪为被检对象，进行字符分割算法试验。摄像头采集的仪表界面图像为“17、27”，则分割后可得到“1”、“7”、“.”、“2”、“7”这五个字符图像，重新组合后即得到要识别的数字。

1.4气体泄漏监测及通风系统

SF6带电测试仪器一体化智能校验系统在校验SF6带电测试仪器时，需要使用SF6、CO、H2S、SO2等气体，其中大多数气体都是有毒有害气体，一旦发生泄漏，将对工作人员的生命安全造成严重威胁。因此，气体泄漏监测及通风系统，是保证工作人员人身安全所必不可少的一部分。该系统采用高灵敏度气体传感器，实时监测工作环境中的气体泄漏情况。当有泄漏发生时，系统立即切断气体管路进行声光报警并启动排风装置，提醒工作人员及时查找泄漏源并进行故障处理或及时脱离现场。

2　系统软件设计

智能校验信息管理系统软件是SF6带电测试仪器一体化智能校验系统的控制中枢。该系统运行在工控机上，控制着整个系统的受控设备，同时读取硬件设备的数据信息。SF6带电测试仪器一体化智能校验信息管理系统可实现实时监测(实时信号的采集处理)、自动配气、自动检定、多点漏气监测和报警、图像识别、设备控制、配置及用户权限设置这七个功能。

以SF6检漏仪的检定为例，点击系统软件“仪表检定”图标，勾选仪表类型为检漏分析仪，系统会自动根据《JJF 1263-2010六氟化硫检测报警仪校准规范》5.2.2条的方法，对0 μL/L、15 μL/L、30 μL/L、50 μL/L、80 μL/L这五个点的校验浓度依次进行检定，并自动计算示值误差。重复性、响应时间的检定同理，检定结束后自动生成检定报告，按需存储或打印。

3　结束语

本文设计了一套SF6带电测试仪器一体化智能校

验系统，以工控机为主控制器，控制八通道动态配气仪和标准湿度发生装置配置SF6气体组分分析仪、纯度仪、检漏仪和露点仪所需的标准气体。引入图像识别技术，无需通信接口和通信协议，即可实现被检仪表示值的自动读取。

该技术可同时检定多台SF6带电测试仪器，在减轻工作负担的同时，大大提高了工作效率。气体泄漏监测及通风系统有效降低了测试人员接触有毒有害气体的机率。该系统鲁棒性好，具有国内领先水平，其成果不仅可以用于电力仪表的校准，而且可以推广、应用到其他行业气体仪表的出厂检验和周期检定校准。

[1] 吴君健.SF6气体状态智能监测系统研制[D].武汉:华中科技大学,2007.

[2] 李正明,王振华,赵岚.提高SF6充气设备带电检测效率的方法及实施[J].浙江电力,2014,33(10):21-22.

[3] 赵建华,兰华永,陈滋健，等.基于质量流量控制器的多组分动态配气系统研究[J].自动化仪表,2008,29(2):44-48.

[4] 李舒.一种动态配气方法的设计与实现[J].计量与测试技术,2014,41(4):86-89.

[5] 朱江.双压法湿度发生器和分流法湿度发生器简介[J].山西科技,2006(6):102-103.

[6] 祁炯,赵跃,韩慧慧，等.一种SF6气体湿度传感器检验系统[J].电气制造,2008,29(2):52-53.

[7] 田自君.数显仪表数字字符快速识别系统的研究[D].成都:电子科技大学,2007.

[8] 王晓雪,苏杏丽.数字图像处理在车牌识别中的应用[J].自动化仪表，2010,31(7):22-25.

[9] 牛洁.字符识别算法研究[D].北京:北京邮电大学,2011.

Design of the Integrated Intelligent Verification System for SF6Charged Test Instrument

Aiming at the problems existing in current verification work for SF6charged equipment,e.g.,backward means of verification and calibration,low working efficiency,and low automation level of the devices,etc.,a kind of integrated intelligent verification technology is researched.Considering there is variety of instruments and the communication protocol is not unified,the meter reading method based on image recognition technology is put forward,and an integrated intelligent verification system is designed for SF6charged test instruments.The manual operation is replaced by the image recognition system and automatic verification system,improving test efficiency while reducing artificial error.The system is highly versatile ,is of great application value and latent of capacity in marketing share.

SF6Dynamic gas distributionHumidityImage recognitionIntegrationIntelligenceVerificationReal time monitoring

吴培伟(1988—)，男，2011年毕业于广东工业大学应用化学专业，获学士学位，助理工程师；主要从事电力试验方向的研究。

TH-39;TP23

ADOI:10.16086/j.cnki.issn 1000-0380.201610027

修改稿收到日期：2016-03-24。