智能化配电柜的接线快速检测方法

张翠文

（国网江苏省电力有限公司 苏州供电分公司，江苏 苏州 215000）

0 引 言

现阶段，配电柜接线检测主要以人工检测为主，该方式不仅检测效率低，而且极易受到人员因素的影响，如主观判断、视觉疲劳等，配电柜接线检测结果的误差较大。除此之外，配电柜接线的人工检测方式受限于配电柜结构、人眼视线以及光线照射位置等，极大影响了配电柜接线检测作业的效率。因此，在智能化背景下，实现配电柜从设计到维护检测阶段每一步工作向智能自动化方向发展，利用计算机设备代替人工操作，对于提高工作效率具有重要作用，同时利用计算机设备代替人工作业还可以减少人工成本，从而实现配单柜接线质量的高效率、低成本检测。

1 智能化配电柜接线快速检测系统设计

1.1 接线快速检测系统总体设计方案

接线快速检测系统主要由配电柜接线编号识别模块、接线编号区域定位模块以及接线编号判断模块组成。首先，用户需要在检测系统中导入配电柜接线图像信息，包括接线类型、接线编号等；其次，启动检测系统，利用图像处理技术对输入图像进行二值化、灰度化和形态学处理，进而获得符合检测系统定位算法的配电柜接线边缘轮廓图；再次，采用最小外接矩形检测方法对边缘轮廓图进行检测和筛选，获得配电柜接线编号；最后，通过截取和保存定位结果，并将其传输至检测系统识别模块中，对配电柜接线编号和电器模块预设接线编号进行匹配，进而判断配电柜接线是否存在异常。

1.2 检测系统应用流程

配电柜接线快速检测系统的应用流程如图1所示，主要由3部分组成，包括检测人员、管理人员以及技术人员。其需要完成自身工作任务，然后与其他人进行协作，进而完成整个接线检测流程。

图1 配电柜接线快速检测系统的应用流程

1.2.1 技术人员

技术人员需要根据设计要求对配电柜进行总体布局，然后绘制接线图和接线表，进而获取仿真的配电柜设计方案[1]。接线表主要包括配电柜的所有接线信息，包括接线编号、接线类型、接线颜色以及接线标签等信息。技术人员完成配电柜设计工作后，需要将配电柜实物图、接线图、接线表等交由管理人员，以便管理人员开展后续管理工作。

1.2.2 管理人员

管理人员接收到配电柜实物图、接线图和接线表后需要对配电柜进行维护，在检测系统中导入配电柜实物图、接线图和接线表等信息，如果缺少文件则需要及时联系技术人员进行索要。利用检测系统人机交互界面绘制配电柜各器件实物图，包括器件坐标信息、接线信息等，以此来为检测人员提供参考。

1.2.3 检测人员

检测人员需要根据配电柜实物图和接线图创建相应的配电柜接线检测任务，如果缺少配电柜布局图则需要联系管理人员对配电柜布局图进行绘制。在配电柜接线检测过程中，检测系统会判断配电柜接线编号信息是否与器件接线信息相匹配，同时检测系统也会通过人机交互界面显示配电柜接线端与对应接线器件的位置，为检测人员定位目标器件提供参考。

1.3 检测系统硬件设计

检测系统硬件部分主要由数据采集模块、图像处理模块以及检测结果显示模块组成，其中结果显示模块和数据采集模块集成于手持平板电脑中，检测人员需要利用平板电脑摄像头采集配电柜的接线图像，然后利用无线网络将采集图像传输至检测系统终端机中，由计算机对采集图像进行分析和处理。检测系统终端机中的图像处理模块主要由接线标签判断模块、目标定位模块和图像预处理模块组成，系统检测完成后会将检测结果反馈至显示模块，进而将检测结果直观呈现在用户眼前[2]。检测系统的原理如图2所示。

图2 检测系统的原理

配电柜接线检测系统图像采集设备采用微软surface pro3，该设备的分辨率为2 160×1 440像素，可以在满足检测系统图像识别像素要求的同时，实现图像自动对焦，同时该设备还支持多点触控，可以为用户带来更好的图像浏览体验。

1.4 检测系统软件设计

配电柜接线检测系统主要通过对采集图像进行处理和分析，根据配电柜接线编号和配电柜接口编号差异特征，利用图像处理获取配电柜的特征信息，进而提取出配电柜接线的编号区域，经过对编号进行识别和判断，分析配电柜是否存在接线错误等情况。检测系统软件算法主要具备以下功能：（1）读取配电柜的接线图像；（2）根据图像处理结果突出配电柜接线区域的信息，并排除图像背景噪声对处理分析结果的影响；（3）根据配电柜接线编号标签的轮廓信息提取标签区域；（4）对配电柜接线标签区域进行预处理，并识别字符；（5）比较配电柜接线标签识别结果与预设编号信息，判断配电柜是否存在异常连线情况[3]。检测系统的软件设计流程如图3所示。

图3 测系统软件设计流程

1.5 检测系统接线编号定位模块设计

首先，配电柜接线编号定位模块会分析配电柜接线图像，通过对图像预处理，获取配电柜接线区域的轮廓图像；其次，根据图像边缘轮廓特征，去除图像干扰信息，然后获取完整的配电柜接线区域边缘线；最后，采用二值化对图像进行处理，使配电柜接线区域边缘轮廓更加完整和清晰。通过对轮廓区域设置筛选条件，进而准确获取配电柜接线编号区域[4]。配电柜接线区域定位流程如图4所示。

图4 配电柜接线区域定位流程

1.6 检测系统接线编号识别模块设计

针对已经训练完成的网络，配电柜接线编号识别就是网络重复训练信息的过程，在配电柜接线识别过程中，首先需要向检测系统输入识别制度特征向量，其次利用已经完成训练的权值进行循环传播，经过筛选和分析后最终获取配电柜接线识别结果向量。检测系统输出层共包含36个节点，经过初分类后，每个节点均有对应的待识别字符。节点经过初分类后，当待识别字符节点输出结果为1，其他节点输出结果为0时，系统会判断输入字符为该输出节点对应字符。检测系统采用Sigmoid函数，该函数输出字符会无限趋近于1或0。考虑到配电柜接线编号识别率，当输出结果小于1时，系统默认该值为0；当输出结果大于9时，系统默认该值为1[5]。

1.7 检测系统操作界面设计

配电柜接线检测系统的应用界面采用微软基础类库（Microsoft Foundation Classes，MFC） 和OpenCV，功能结构如图5所示。

图5 检测系统用户界面功能结构

其中，判断输出模块根据配电柜接线的识别需要，自动选择配电柜接线路径，同时输出配电柜接线电器模块的编号。识别图像显示模块主要用于显示配电柜接线图像、检测结果报告、电器模块等。接线编号定位模块根据配电柜识别图像，定位配电柜接线编号区域。识别模块根据配电柜接线编号区域识别图像中的接线编号字符，将图像区域中的字符分割为单一字符并利用神经网络进行识别，同时将识别结果传输至检测系统。编号判断模块判断识别后的接线编号与预设电器模块接线编号，查看是否存在接线错误等情况，然后将判断结果通过显示模块直观呈现在用户眼前[6]。

2 配电柜接线检测系统测试

为验证本文设计系统的有效性，选取3台配电柜进行测试。该配电柜主要包括断路器、接触器、中间继电器、指示灯、万能转换开关、热继电器以及行程开关等[7]。

本文设计了2组实验对设计的检测系统进行验证，然后通过对比2组试验结果来评价本文设计系统的应用效果。第1组实验采用人工检测方法对配电柜接线质量进行检测；第2组实验采用本文设计检测系统对配电柜接线质量进行检测，结果分别如表1和表2所示。

表1 人工检测结果

表2 配电柜接线检测系统的检测结果

从表1可以看出，3台配电柜接线检测作业中，位置检测精度最高为92%；定位精度最高为95%；接线异常识别精度最高为96%；平均检测时间为30 min左右。从表2可以看出，利用本文设计的检测系统对配电柜接线异常情况进行检测时，位置检测精度可以达到98%，与人工检测结果相比提高了6%；定位精度最高为99%，比人工检测结果提高了4%；接线异常识别精度最高为99%，比人工检测结果提高了3%；平均检测时间为10 min，与人工检测相比节省了20 min。由此可见，本文设计的配电柜接线检测系统无论是在位置检测精度、定位精度、接线异常识别精度还是检测时间方面，都比人工检测的结果好，且提升幅度较高，具有良好的应用价值。

3 结 论

本文主要介绍了配电柜接线检测的设计方案，检测系统可以通过配电柜接线标签轮廓实现对接线标签的快速定位，在定位的同时记录检测结果，然后输出配电柜接线标签图像。利用顺利完成的神经网络对配电柜接线编号进行识别，通过应用界面直观显示配电柜接线检测结果。为验证本文设计检测系统的有效性，选取3台配电柜，采用人工检测方法和检测系统开展检测作业，检测结果表明，本文设计的检测系统在位置检测精度、定位精度、接线异常识别精度方面均比人工检测的高，且提高幅度较大，同时检测效率较快，可以节省20 min，进一步提升了配电柜接线检测作业的效率。