基于视频监控智能识别的变电站一键顺控技术研究

游鑫，田维文，范富江，仇德万，徐闯

(南方电网超高压输电公司贵阳局,贵州 贵阳 550081)

0 引 言

国内外专注于变电站顺控操作，即根据变电站实际运行情况，设定顺控倒闸操作程序，当变电站需要调整运行顺序、检修和处理故障时，根据顺控倒闸操作设置的顺序操控变电站设备，从而减轻变电站员工压力，提高变电站倒闸操作效率[1-6]。文献[7]以某区域的变电站为例，基于该变电站的功能，设计远程一键顺控技术。文献[8]将物联网和一键顺控技术相结合，设计一键顺控操作系统。

然而，传统技术已经难以满足变电站对顺控技术的需求，存在顺控操作效率偏低问题。为此,本文引入视频监控智能识别技术，识别变电站设备运行状态，操作顺控程序，提出基于视频监控智能识别的变电站一键顺控技术研究。

1 研究基于视频监控智能识别的变电站一键 顺控技术

1.1 分析变电站一键顺控装置布置方式

目前变电站采用一键顺控进行倒闸操作的过程中，将一键顺控装置与一键顺控主机与监控主机、变电站设备间隔装置和智能防误主机等设备，通过变电站控制层的MMS网络相连接，形成的变电站一键顺控运行架构图如图1所示。

图1中，变电站一键顺控功能由操作者通过操控顺控主机实现，包含顺控和智能防误两个主机的控制过程，同时，监控一键顺控程序运行，进入双层防误校验状态。一键顺控程序只有在校验成功后，才会继续执行预设程序；校验成功后，顺控程序操作间隔层装置完成倒闸操作。

1.2 变电站一键顺控网络结构

本文依据变电站对一键顺控功能的需求，结合图1的变电站一键顺控运行架构，优化一键顺控网络结构。优化结果如图2所示。

图1 变电站一键顺控运行架构图

图2 变电站一键顺控网络结构

图2中，针对变电站设备多和操作复杂的特性，设计了多个导轨式传感器联结和不同类型设备远程同步的一键顺控网络结构，即在导轨式传感器的基础上，设置了状态采集器，采集变电站设备位置状态，进而检测设备运行状态。此外，安装控制变电站设备运行的控制器，在图1所示的变电站一键顺控运行架构图基础上，与变电站总线相连接，形成变电站一键顺控网络结构。

1.3 设计变电站一键顺控程序交互方式

一键顺控程序与变电站巡检设备之间的交互步骤如下：

(1) 一键顺控程序服务器向变电站巡检机发送操作设备。

(2) 变电站巡检机向一键顺控程序服务器回复选择。

(3) 变电站巡检机结束其他任务，执行一键顺控程序服务器任务。

(4) 变电站巡检机向一键顺控程序服务器下达任务位置方向移动。

(5) 一键顺控程序服务器遥控操作变电站巡检机，执行一键顺控程序下达的命令。

(6) 电站巡检机回复操作与执行。

（二）文化氛围不浓。重庆人饮茶之风俗，历史悠久，自古重庆城就有“城门多，寺庙乡、茶馆多”之说。今天，永川大街小巷却鲜见地道的茶馆，所谓的茶楼只沦为打牌娱乐的低档场所，茶文化没有融入市民日常生活，茶元素也没有与城市形象有机融合。城市重要节点，如高速路口、商圈、广场、公园、酒店、建筑围挡、社会媒介等看不到有关茶文化的标志标识和形象宣传，街头巷尾听不到有关茶文化的故事，感受不到有关茶文化的传承。

(7) 电站巡检机识别当前所处位置，前往一键顺控程序服务器任务位置，执行操作。

综合上述过程，即完成变电站一键顺控程序的交互设计。

1.4 基于视频监控智能识别控制一键顺控操作

将视频监控智能识别技术用于识别变电站设备运行状态，依据视频监控采集到的变电站设备视频，通过预处理-提取特征-判别等步骤，达到识别、判断和研究变电站设备状态的目的。智能识别过程如下：

1) 预处理

图片的基本色是指红色、绿色、蓝色。红色对应的频率为428.6 THz，绿色对应的频率为549.3 THz，蓝色对应的频率为688.4 THz。预处理需要依据图片的基本色，获取视频亮度的平均值，作为视频灰度值像素点，其计算公式如下：

(1)

式中：R为红色频率值；G为绿色频率值；B为蓝色频率值。依据式(1)像素灰度处理计算公式，处理视频中设备图像。并在此基础上，针对图像进行平滑去噪处理，降低其他因素对设备特征的提取。其计算公式如下：

(2)

式中:(x,y)为图像像素点；Q(x,y)为平滑去噪后的图像；θ为图像像素点分布情况；e为常数。

2) 特征提取

基于步骤1预处理后的视频图像，提取图像中设备颜色和形状特征。由于变电站设备与变电站背景墙本身存在一定区分度，便于变电站机器人的识别，因此依据色彩基本元素，划分图像区域，从每一个区域中，提取颜色较为突出的部分，作为设备图像特征向量。根据色彩特征向量轮廓，创建设备边框，分割图像，依据分割结果，对线段进行拟合，其拟合公式如下：

a×cosα+b×sinα=c(-90°<α<90°)

(3)

式中:a、b、c分别为分割出的设备图像线段。基于式(3)拟合所有分割出的线段，即可得到完整的变电站设备图像。

3) 判别

设定拟合线段参考线，对拟合线段进行投影，判别拟合线段与参考线之间是否存在重叠部分，当两者之间存在重叠时，将重叠部分记为I，未重叠部分记为J。此次拟合得到的优先线段比例P为：

(4)

定义设备运行状态阈值，如断路器的开合状态，依据确定的阈值，判断设备状态，当OJ时，设备处于关闭状态，反之则处于运行状态。O为位置阈值；E为误差阈值。

依据上述三步，得到变电站设备状态识别结果，按照变电站设备运行所需要的调控，执行相关操作指令，以一键顺控交互方式，操控变电站设备运行。至此，完成变电站一键顺控技术研究。

2 试验分析

2.1 试验准备

此次试验选择的110 kV变电站已经使用了一键顺控操作，但是，该变电站控制系统经过多次改进与更新，电气设备极为复杂。在操作过程中，变电站原本的一键顺控技术，存在以下两个问题：其一为变电站运行态势(接线线路检修、电容器组运行转换)识别困难；其二为一键顺控运行效率较慢，难以满足变电站运行调控需求，因此选择该变电站作为此次试验对象。划分的线带及其主变等参数，如表1所示。

表1 变电站参数

此次试验选择如表1所示的变电站参数，选择如图3所示的接线方式作为此次对比试验的一键顺控对象。

图3 变电站接线图

以文献[7]方法和文献[8]方法为对比组，采用本文方法为试验组，分别操控图3所示的变电站接线线路检修和电容器组运行转换，属于日检修。基于此，让三组技术顺控检修30次，每隔两次记录一次顺控技术检修时间，验证此次研究的一键顺控技术检修效率。

2.2 试验结果

1) 操控接线线路运转

基于此次试验设计的试验过程，采用三组顺控技术分别检修图3所示的接线线路运转情况，完成线路检修时间如表2所示。

从表2可以看出，本文方法检修接线线路的检修时长较两组常规检修时间分别少170 s和256 s左右。

2) 操控变电站电容器组由热备用转检修

在第一组试验基础上，采用三组顺控技术分别操控变电站电容器组由热备用转检修，完成电容器组由热备用转检修操作过程，所用时间如表3所示。

从表3可以看出，本文方法操控变电站电容器组由热备用转检修，统计时间一致次数最多的为8 min，且平均操控时间与正常操控时间一致，操控时长较两组常规操控时间分别少2 min、17 min左右。

表2 接线线路运转 情况检修时间 s时间/d本文方法文献[7]技术文献[8]技术26415032046414932066415032586415332010641503191264150320146414932116641503141864150320206415132522641503162464148319266415032628641523203064150318平均时间64150.1320.2表3 电容器组由热备用转检修操作时间 min时间/d本文方法文献[7]技术文献[8]技术28829481025681125881021108142212810251481019168925188102420812262281025248152526810242881025308725平均时间810.424.3

3 结束语

本文充分利用视频监控智能识别技术，远程识别变电站电气设备运行状态，使用一键顺控技术操作变电站设备，提高一键顺控技术工作效率。

但是，此次研究仍然存在不足，如电站隔离开关仍需人工操作和缺少自动校核过程等，在今后研究中，还需对此深入研究。