基于视频图像技术的变电站智能化应用系统研究

戴 亮，张 维，吴 昊

（江苏祥泰电力实业有限公司，江苏泰州 225300）

“互联网+”时代的到来，视频分析识别技术和大数据技术的不断发展，使得大量的视频数据智能化应用已经成为各个领域的研究重点。随着视频采集装置在人们日常生活中使用逐渐增多，视频影像数据每时每刻都在产生；而影像资料处理技术在影像资料应用中的地位日益凸显。在电力企业的经营和运行等方面，以往都是建立一个基于视频影像的实时监测体系，以达到实时这一效果，所构建的视频图像监控系统实现远程场景在线，主要集中在防盗等安全防范领域。随着智能设备、视频图像技术的发展以及变电站辅助监控系的统建设和进一步完善，当前变电站存储了海量的视频图像信息，因此，如何结合变电站日常工作要求，利用好这些视频图像数据成为当前变电站智能化运维管理的一项重要内容。

1 传统运维方式存在的问题

变电站分布范围广，设备类型多样，运行维护较困难。由于现有的监测体系还不完善，目前的运行检测工作还存在如下问题：①设备巡视是检测设备运行故障的主要方法，按照设备的重要程度，巡维中心规定每天/隔天/每周安排运行人员到现场巡视设备，对设备的外观、表计、二次压板等进行巡视。目前变电站的巡视方式与技术发展有很大差距，很多工作仍然采取人工巡视、人工记录、频繁往返等方式，不仅耗费人力、物力，而且运行人员技能、责任心等参差不齐，难以及时发现设备缺陷。②SCADA 系统的投入使用，对整个电网、变电站的模型、实时数据、图形进行监测。包括设备位置信息，保护管理系统辅助设备信息，SOE 信号；常见的报警信号，故障信息等。变电站终端的遥视系统，消防安全系统，巡检机器人，其中，门禁等附属系统的大部分资料都没有远程传输，缺乏一个统一的平台。各系统的管理水平较低，综合运用水平较低，存在着“孤岛”的问题。多个监测接口的存在极大地影响了运维人员监视和查看预警的工作效率；各个附属系统之间缺乏信息交流，各个模块相互独立，操作和维护都不方便。③当电力设备出现重大异常时，往往会出现温度升高、电压和电流异常引起发热等现象。目前，一、二次装置的温度测量多依赖于操作人员定期手持红外热像仪进行，操作人员对设备的温度测量不能保证，不能及时了解设备的工作状态，存在温度盲区；对设备的安全、稳定运行不利。④在控制集成模式中，当调度中心遥控变电站内的设备下达指令时，仅能确定操作对象操作前后的位置状况，而不能直接看到现场的设备，也不能判断是否分合到位，需要运维人员在现场确认操作是否到位、有没有异常发生等，无法一键顺控到底，需要人工干预。近几年，大批无人值守站投入运行，使变电站的运行工作量大大增加。尤其是500 kV及以上的变电站，很多地方都很偏僻，若不能一键控制，就得由维保中心的运营人员坐车到变电站，浪费大量的人力和物力，停机复用的时间并不能缩短。

2 功能需求分析

2.1 一键顺控功能

倒闸作业是变电站作业人员的一项重要工作，设备停电检修、新设备投运等，都要进行倒闸作业，且作业量呈几何倍数增长，运行人员短缺的矛盾也越来越突出，而顺控操作可以有效地解决这一矛盾。顺控操作是指一次设备和二次设备，通过使用变电站自动化系统中的程序控制模块，根据操作单的运行次序，并对其进行检查；实现电气设备智能运行。如果在进行了连续控制后，仍然要求操作人员到现场检查设备状况，确认无误后再运行，人为干预会使顺控作业的优越性发挥不出来，不能实现一次顺控。智能化的变电站运检与监视系统，通过与视频监控、巡视机器人进行交互，获得相关设备的运行录像，对切换装置的位置进行智能识别，并将判定结果反馈至自动控制系统。顺序控制无须人力介入，真正实现了一次顺控、一键完成，操作人员不必与高压设备直接接触，基本杜绝了人员伤亡。在后台进行遥控操作，无需安排人员前往变电站，不会受到距离和交通状况的限制，大大提升了工作效率，减少控制开关的时间，尤其是涉及到主变、母线的大规模运行，减少送电和延迟送电的可能性，从而提高用户满意度。

2.2 智能视频监视功能

通过配置高清晰摄像机，可以实时、清晰、流畅地显示变电现场的实时监控录像，并将历史监视视频保存起来，方便随时查看。监控系统涵盖了变电站的全部电气设备，其范围包括：一次设备的外观、主变本体、油位表；油温计，GIS 开关设备位置状态，SF6气压计、主控室内各个防护屏上的指示灯、压板、电容器、避雷器的工作次数、漏电计等。可将摄像机在顺控下进行联动，智能地对切换装置的位置状况进行识别，并可实现对设备状态的异常信号的确认。

2.3 机器人巡视功能

对变电站的设备进行巡视是操作人员的一项重要工作。该系统配备了巡检机器人，可以设计出多种巡检任务，例如全面巡检、特殊巡检。在全面巡检模式下，机器人按照预定的巡检内容、巡检时间、巡检周期、线路等参数，自动开始并完成巡检工作。在特殊的监控模式下，由操作人员确定监控内容，人工开始监控，智能监控机器人自动进行巡视。巡检录像存储在系统后台，方便操作人员查阅，采用智能识别和手动遥控的方法，实现巡检工作。巡检机器人可与顺控操作协同工作，在接到指令时自动抵达巡查所需的设备，并对切换装置的位置进行拍照，并将其上传至背景影像识别模块；智能地辨识切换装置的位置状况。通过机器人巡检，可以节约人工，有效地提高了维护工作的效率和质量，并对电力设备的运行状况进行了全面的了解。

3 系统架构

系统采用层次化设计，软件功能模块化封装，总体架构如图1所示。分为硬件层、操作系统层、通信总线层、数据库层、公共服务层、中间件服务层和应用层。在软件平台的基础上，通过ICE 中间件服务实现了对Web，CS、移动终端等不同类型客户端的支持。

图1 系统软件结构

4 关键技术研究

4.1 ICE中间件

针对跨平台技术的选择特性，结合多语言的混合编程，提出了基于ICE 中间件的中间件服务界面的设计。ICE的体系结构包含了客户端和服务端，ICE内核，ICEAPI，对象适配器，ICE 代理，ICE 框架，ICE 框架，客户ICE 核心，服务器核心，对象适配器，ICE框架，Slice，代理，框架，Slice，Slice。高级应用程序开发人员为异构网络环境下的对象中间件提供一套强有力的特性和功能支撑；由于采用ICE 中间件技术，开发者无需太多地关注跨平台、网络底层通信以及分布对象，因此可以把更多的精力集中在业务逻辑代码的处理上。利用ICE 中间件技术，将平台网络总线信息发送到接收接口、数据库操作接口、信令交互等不同编程语言的调用接口中，而业务代码则仅需要关注业务，完成客户端或服务端的初始化后，按照通用接口调用实现。

4.2 联动方案

利用基于图形的可视化逻辑过程建模，并将脚本驱动技术与编程技术相结合，实现了基于任务、事件、网关等模式的逻辑图表，通过对可视化的逻辑过程进行建模，使其具有柔性，并与脚本驱动技术相结合。本技术具有如下特征：①实现了设备的智能化联动控制。采用基于任务、事件、网关等逻辑模式的联动控制业务，以事件模式为触发条件，任务模式为具体实施行为，网关模式为逻辑分支。②该系统能够实现系统内部和外部设备之间的连接。提出了一种以逻辑图形为基础的联动逻辑模型，并实现了可视化的结构编辑。③系统能通过逻辑关系的结合，实现串、并、混合执行；具有脚本驱动、闭锁判断、动态干涉等多种交互作用。

4.3 视频分析算法

视频图像算法分析仍然采用传统的检测技术，主要包括3个步骤：①针对变电站实际应用的特点，重点研究了特征表达问题，选取了适合特征模型的映射区域作为特征矢量；②将所学到的分类算法进行分类；③采用人工设计和自动学习等方式对样本进行训练，提高了特征模型的表达能力。

5 智能化应用与实现

（1）刀闸识别。在远程“一键操作”命令发出后，系统对应动作设备的多维实时视频进行位置预设，用于采集操作前设备状态、设备动作视频、操作后状态的图像；通过录像，并与图象分析算法相结合，进行状态辨识，对顺控操作的视频源进行确认，对异常报警进行了支持；确保可靠的远程一键操作。

（2）智能连接。在现场监控设备数据出现异常情况时，与SCADA 运行数据和PMS 台账数据结合，应用系统专家库程序，通过设备状态评估分析模型分析结果，向告警服务程序推送异常信息，触发智能联动推理机服务程序启动相应处理流程。通过联动将监控一次设备的视频图像直接形象地展示给用户，用户不但获取了台账数据、监测数据、运行数据和告警数据，还能够实时获取设备场景图像，让运维人员全方位掌控设备的数据信息。

（3）操作行为。变电站员工人数众多，管理难度大。采用变电站智能监控系统，利用视频分析模块，可对现场工作中的违法行为进行自动分析和统计；习惯错误的自动记录。监控人员只要在系统中查看操作，就可以获得操作的状态，并将分析的结果和操作抓图保存起来，以便随时调阅。

6 结束语

在“云，大，物，移”等新技术的持续发展和智能化的需求下，提升智能化系统实用性、创新性和管理性的问题有待深入研究。文章从基础应用开始进行相关的课题研究工作，从海量的视频中自动挖掘包括一次生产设备的健康状况、安全生产业务价值信息等。下一步将通过深度学习等方法进一步研究视频影像技术，通过视频技术的应用做出更加适合变电站智能化应用的优势系统。