继电保护开关状态机器视觉识别系统解析

2024-04-01刘晓东李士雅徐清轩

电气技术与经济 2024年3期

路垚刘晓东李士雅王匡徐清轩

（河南省电力公司淅川供电公司）

0 引言

电力系统在工作中会受到故障的影响而引起电气设备出现故障，威胁电力系统的功能和作用，可应用继电保护开关，实现对电气设备的保护，促使电气设备维持较好的运行状态。而继电保护开关的状态也会影响其功能和作用。在电力系统运行时，可对继电保护开关状态机器视觉识别系统进行研究，分析机器视觉识别系统的详细情况［1］，保障电力系统继电保护开关能发挥相应作用，使电力系统能稳定运行。

1 继电保护开关状态

继电保护开关在工作时可以有三种状态，主要包括正常状态、故障状态和巡检状态。现对这三种状态进行研究，具体如下：

（1）正常状态。电力系统在服务时，继电保护装置会处于稳定的工作状态，这种状态下，继电保护装置会起到监控和保护的作用，能使电气设备保持稳定的工作状态。其可以对电力系统的运行状态信息进行采集，提高电力系统的运行效果，降低故障带来的影响。在正常状态下，继电保护装置是平稳运行的，其会对系统的信息进行采集，如果采集到故障信息，则会展开相应保护动作，使电力设备得到保护。如果其处于安全运行状态，能推动电力系统的稳定健康发展。

（2）故障状态。在电力系统工作时，继电保护系统在进入故障状态时，不能完成相应保护动作，如果这时没有采取相应措施，就容易出现故障后设备受到影响的问题。另外，在电力系统服务中，继电保护开关处于故障状态后，若要进行故障保护，要防止电力系统的过载或是短路问题，并对自动采取预定的保护措施，再对断路器跳闸、电源切断等问题进行控制，让电力系统能保持稳定工作状态［2］。

（3）巡检状态。这个状态是继电保护系统的又一个状态，在巡检状态下，继电保护开关能展开巡检工作，以提高系统电力系统稳定工作的能力。这种状态下，检测系统会完成相应记录工作，借助这些数据能实现对电气设备的维护和分析。通过继电保护开关的巡检状态可实现电路中隐藏故障的分析，再针对问题做出相应改进措施，使电气设备保持稳定运行的状态。

结合上述三种状态的研究可保障继电保护开关处于稳定的工作状态，从而推动电力企业各项设备处于稳定的工作状态，减少故障带来的影响。

2 继电保护开关状态机器视觉识别系统

针对继电保护开关状态机器视觉识别系统展开研究，发挥继电保护开关状态机器视觉识别系统的功能，推动继电保护开关作用的提升，详细分析如下。

2.1 开关状态识别算法

为了满足继电保护开关状态机器视觉识别系统的需求，要对开关状态识别算法进行研究，具体如下：

（1）灰度二值化处理。先对每个像素的灰度值进行获取，要对阈值（R＋G＋B）／3进行选择，一般可将一个像素点灰度值和周围8个灰度值相加并除以9，再将其与阈值进行对比，一般大于阈值的要设置为255，小于阈值时，可将其设定为0。

（2）获取边缘开关，外接长方形。定位开关边缘外接长方形四个顶点坐标，左上角为（x0，y0），而左下角为（x0，y1），右上角可按照（x1，y2）进行描述，右下角可按照（x1，y3），可以按照公式（1）进行描述。

按照公式（1）能完成开关边缘的顺利提取，促使继电保护开关的功能和作用得以体现。

（3）开关方向标志区域的提取。继电保护开关工作时，可对开关方向标志区域进行提取，一般要对内部小区域边缘特征进行获取，再对小区域边缘周长进行获取，展开鉴别周长阈值判别开关方向标志位。

（4）定位区域的位置获取。在工作中，还要对定位区域位置进行获取，再完成计算开关方向标志区域重心的坐标（xk，yk），其中k＝0，…，N，然后能得到公式（2）：

按照公式（2），能实现开关方向标志区域重心坐标的顺利获取，能顺利构建继电保护开关状态机器视觉识别系统，可保障系统的稳定运行。

再对开关状态进行定义，可定义为0、UAB、UBA几种状态，重心所处的位置确定开关的状态。再对继电保护开关状态机器视觉识别系统检测的情况进行研究，借助继电保护开关状态机器视觉识别系统，能获取相应检测结果，其中开关状态识别算法能将开关状态定义为0、UAB、UAB、UBC状态等内容，重心所处的位置就能对应继电保护开关的状态，保证继电保护开关状态机器视觉识别系统稳定发挥作用，使其顺利为电力系统提供服务。如图1所示为机器视觉识别系统下开关档位在UAB状态下的基本情况。

图1 机器视觉识别系统下开关档位在U AB状态下的基本情况

在继电保护开关状态机器视觉识别系统工作时，能够实现对继电保护开关状态信息的获取，发挥继电保护装置的作用，在电力系统故障时，继电保护开关能完成对设备的保护，减少对设备的影响。

2.2 机器识别系统的分析

结合上述研究，在完成开关状态识别算法分析的基础上，要进行机器识别系统的研究，发挥机器识别系统的功能，具体如下［3］。

2.2.1 基本构造

机器视觉识别系统可以包括光源、镜头、相机、图像处理单元、监视器和图像处理软件，还有通讯和输出单元等内容。

2.2.2 系统划分

可对机器识别系统进行进一步研究，一般包括主端PC、影像撷取卡、影像处理器、影像摄像机、定焦镜头、显微镜头和LED光源、其他光源、LCD、私服运动机台、精密桌台等内容，使系统在工作时有较好的应用价值。

另外，系统部分还可以分为采集和分析系统，其中采集部分主要以传感器和摄像头为基础，而分析部分主要由PC完成，通过继电保护开关状态信息的获取完成继电保护开关状态的研究。经过继电保护开关状态机器视觉采集开关，能进行继电保护开关的研究，使继电保护开关能发挥相应作用。

除此之外，继电保护开关机器视觉识别系统还有五部分，主要的典型结构分别为照明部分、镜头部分、高速相机、图像采集卡、视觉处理器等内容，通过这几个部分的控制，能符合继电保护开关机器视觉识别系统作业需求，推动电力企业稳定健康的发展。具体系统情况如图2所示。

图2 继电保护开关机器视觉识别系统

2.2.3 工作原理

机器视觉识别系统在工作时，要对CCD照相机进行应用，将其采集到的目标转化成图像信号，然后，将其传递到图像处理系统中，再根据像素分布、颜色和亮度等信息进行获取，并将其转化为数字信号，实现数字信号的传递，图像处理系统可将这些应用到运算当中，获取目标的特征，这些特征包括面积、数量、位置和长度等信息。

结合机器识别系统的基本情况能得到允许度和其他条件的输出结果，还能得到尺寸、角度是否合格等信息，使机器识别系统在工作时可对继电保护开关的状态进行获取。

机器视觉识别系统在工作时，主要包括图像获取和视觉处理两部分，图像处理主要是由照明系统、视觉传感器、模拟、数学转换器和帧存储器等构成，能保障机器视觉识别系统发挥作用。而且在视觉传感器获取二维图像时，要应视觉处理器进行视觉信息的获取，再将视觉信息转化为符号信息，完成对继电保护开关状态信息的获取。使继电保护开关工作时，能发挥相应功能和作用。

2.2.4 机器识别系统的进一步分析

在机器识别系统分析时，包括图像的获取、图像的处理和输出与显示等内容，图像获取主要以传感器或摄像头为基础，能获取有效的信息，要求获取可视化的继电保护开关信息，使机器识别系统能符合继电保护开关的作业需求。视觉信息技术主要依靠图像处理方法，可对图像进行增强，使数据编码实现传输，促使工作人员获取经过视觉信息技术处理后的数据信息，使数据信息符合机器识别系统的应用需求［4］。

至于输出图像的质量，受到上述技术的影响，再利用计算机进行图像的分析和识别，使计算机符合机器识别系统的工作需求。机器识别系统主要依靠颜色、形状等信息获取环境信息，再对继电保护开关的状态信息进行获取，其主要对颜色进行识别，其中包括目标颜色和背景颜色两个部分，再对RGB颜色实现分量的匹配，为了减少环境光强度的影响，可将RGB颜色域空间转化为HIS颜色空间。工作时，颜色分类的方法包括线性色彩阈值法，另外邻域法和阈值向量等方法也要得到合理运用。

对于阈值向量的颜色识别，可对如下内容进行分析，具体如下：

（1）色彩空间的选择。要先做好色彩空间的选择。可选择适宜的颜色空间，常用的颜色空间包括RGB、YUV和HSV、CMY等内容，颜色空间的选择会给图像分割、目标识别带来影响，能够保证识别水平。其中RGB是常用的颜色空间，对同一颜色属性，在不同条件下其RGB值相对分散，所以能从中获取亮度分量的颜色空间，也就是YUV和HSV颜色空间。

（2）应用。在继电保护开关状态机器视觉识别系统应用后，可实现对继电保护开关状态的获取，能够对继电保护开关的状态信息进行明确，促使工作人员根据状态信息完成对继电保护开关的管理。另外，借助继电保护开关状态机器视觉识别系统，能为配网设备网格化管理的实现奠定基础，提高配网的管理能力。