SF6帶電測試儀器一體化智能校驗系統設計

吳培偉　孫付華　赫樹開　薛　冰

(廣州供電局有限公司電力試驗研究院1，廣東 廣州　510620；河南日立信股份有限公司2，河南 鄭州　450001)

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SF6帶電測試儀器一體化智能校驗系統設計

吳培偉1孫付華2赫樹開2薛冰2

(廣州供電局有限公司電力試驗研究院1，廣東 廣州510620；河南日立信股份有限公司2，河南 鄭州450001)

針對目前SF6帶電設備校驗工作存在的檢定校準手段落后、工作效率低、校驗裝置自動化水平低等問題，研究了一種一體化智能校驗技術。考慮到儀表種類繁多且通信協議不統一，提出了基于圖像識別技術的儀表讀數方法，并設計了一套SF6帶電測試儀器一體化智能校驗系統。該一體化智能校驗系統以圖像識別系統和自動校驗系統代替人工操作，在提高檢定效率的同時，減小了人為誤差；系統通用性強，具有很大的應用價值和市場潛力。

SF6動態配氣濕度圖像識別一體化智能校驗實時監測

0　引言

隨著電力系統的大容量、高參數發展，SF6高壓電器設備日益增多，而SF6絕緣氣體的狀態參數正常與否，嚴重影響著SF6高壓電器的工作性能[1]。因此，精確、穩定、高效地實現SF6氣體狀態監測工作迫在眉睫。目前采用的SF6帶電檢測手段主要有SF6氣體微水測試、SF6氣體純度測試、SF6泄漏測試以及SF6氣體分解產物測試[2]。因此，儀表測量的準確性至關重要，需定期對檢測儀表進行校驗，以確保儀表性能、測試的準確度和可靠性。

然而，目前對SF6帶電測試儀表的校驗存在勞動強度大、工作效率低的問題，導致現階段SF6帶電測試儀器校驗耗時長，生產單位經常因儀器送檢而影響帶電測試工作的及時開展。因此，研制集成化、自動化水平較高的一體化智能校驗系統具有重要意義。

1　系統構成

SF6帶電測試儀器一體化智能校驗系統主要由八通道標準氣體發生裝置、標準濕度發生裝置、圖像識別系統、智能校驗信息管理系統、氣體泄漏監測系統、通風系統等模塊組成。其可以實現對SF6氣體的組分分析儀、純度儀、檢漏儀和露點儀的自動校驗，適用范圍較廣。

系統結構如圖1所示。

圖1　系統結構圖Fig.1　Structure of the system

1.1八通道標準氣體發生裝置

動態配氣裝置憑借其高效、便捷的特性，已廣泛應用于氣體儀表的智能檢定。其基于質量流量混合法控制稀釋氣體及組分氣體流量的工作原理，使用盡可能少的標準氣體，自動配制出校驗所需的單組分或多組分標準氣體。然而，目前應用最多的二組分或四組分動態配氣裝置，在同一配氣裝置上，無法同時滿足SF6純度儀、檢漏儀和SF6氣體組分分析儀的自動校驗[3-4]。針對這一需求，本設計開發了一套八組分的動態配氣儀。

該裝置由A、B、C、D、E、F、G、H八個通道組成，通道A、B和C可分別作為稀釋氣通道或被稀釋氣通道使用，其他通道則只能作為被稀釋氣體通道。稀釋氣體可采用高純SF6氣體、高純氮氣和純凈空氣等，組分氣可為SF6、SO2、H2S、CO純氣或已知濃度的標氣。在智能校驗信息管理系統軟件中進行必要的參數設置，便可自動控制配氣裝置輸出不同濃度的混合氣體。其不僅滿足SF6氣體組分分析儀、純度儀和檢漏儀的檢驗對比需要，還滿足對SF6氣體進行相關研究和試驗的需要。

八通道標準氣體發生裝置主要由主控MCU、顯示模塊、時鐘模塊、串口通信模塊、數據存儲模塊、電源模塊等構成，其功能框圖如圖2所示。

圖2　八通道標準氣體發生裝置功能框圖Fig.2　Functional block diagram of eight-channel standard gas generator

1.2標準濕度發生裝置

標準濕度發生裝置的主要功能是為SF6露點儀的自動校驗提供所需的不同濕度標準氣源。分流式濕度發生器是目前應用最為廣泛的二級標準濕度設備之一。與傳統的滲透膜法等其他原理的濕度發生器相比較，分流法濕度發生器能快速、準確地產生相對濕度恒定并且連續可調的恒濕氣流。它通過質量流量控制器，將一股干氣源(一般是干燥的空氣或氮氣)精確地按不同比例分為兩股。在一定溫度下，其中一股干氣源通過飽和器增濕，成為相對濕度為100%RH的飽和氣體；另一股干氣源仍保持干燥，調節飽和濕氣和干氣的混合流量，即可得到具有一定溫度的氣體[5-6]。結合高精度的鏡面露點儀，測量精度可達±0.1 ℃，可滿足氣體濕度儀表校驗各種濕度氣體的需要。

智能校驗信息管理系統軟件通過串口控制標準濕度發生裝置，將兩種氣體按照一定比例進行配比、混合并輸出設定濕度的氣體。標準濕度發生裝置功能框圖如圖3所示。

圖3　標準濕度發生裝置系統功能框圖Fig.3　Functional block diagram of standard humidity generating system

1.3圖像識別系統

圖像識別系統是實現儀表全自動校驗的關鍵技術環節。目前儀表讀數的獲取方式主要依靠人眼讀取。要實現儀表示數的自動讀取，必須提供被檢儀表的通信接口和通信協議，但是現階段不同廠家生產的SF6帶電測試儀器所采用的通信協議不統一，且個別進口儀器通信協議不公開，這就造成一套校驗系統只能實現對某種特定型號儀表的全面校驗，通用性差。

基于上述問題，本設計把圖像識別技術引入SF6帶電測試儀器一體化智能校驗系統中，實現了對被測儀表示數的自動讀取，并且不受通信協議、儀表種類的限制。

利用工業攝像頭采集儀表顯示界面，為了保證儀表讀數的正確性，在進行圖像分割和識別之前，進行了圖像預處理、圖像灰度化、圖像濾波去噪、圖像二值化、圖像腐蝕與膨脹等處理工作，以提高識別率。同時，為了兼顧識別準確率及識別時間，本系統采用基于改進的BP網絡的數字識別算法，實現了對不同數顯儀表示值的精確識別[7-9]。

該系統能有效識別不同的儀表界面，通用性強、精度高，能夠實現對目前不同類型電力儀表的數據讀取，避免了人眼觀察儀表時由于觀測角度不當等造成的誤差。以某鏡面式SF6氣體分析儀為被檢對象，進行字符分割算法試驗。攝像頭采集的儀表界面圖像為“17、27”，則分割后可得到“1”、“7”、“.”、“2”、“7”這五個字符圖像，重新組合后即得到要識別的數字。

1.4氣體泄漏監測及通風系統

SF6帶電測試儀器一體化智能校驗系統在校驗SF6帶電測試儀器時，需要使用SF6、CO、H2S、SO2等氣體，其中大多數氣體都是有毒有害氣體，一旦發生泄漏，將對工作人員的生命安全造成嚴重威脅。因此，氣體泄漏監測及通風系統，是保證工作人員人身安全所必不可少的一部分。該系統采用高靈敏度氣體傳感器，實時監測工作環境中的氣體泄漏情況。當有泄漏發生時，系統立即切斷氣體管路進行聲光報警并啟動排風裝置，提醒工作人員及時查找泄漏源并進行故障處理或及時脫離現場。

2　系統軟件設計

智能校驗信息管理系統軟件是SF6帶電測試儀器一體化智能校驗系統的控制中樞。該系統運行在工控機上，控制著整個系統的受控設備，同時讀取硬件設備的數據信息。SF6帶電測試儀器一體化智能校驗信息管理系統可實現實時監測(實時信號的采集處理)、自動配氣、自動檢定、多點漏氣監測和報警、圖像識別、設備控制、配置及用戶權限設置這七個功能。

以SF6檢漏儀的檢定為例，點擊系統軟件“儀表檢定”圖標，勾選儀表類型為檢漏分析儀，系統會自動根據《JJF 1263-2010六氟化硫檢測報警儀校準規范》5.2.2條的方法，對0 μL/L、15 μL/L、30 μL/L、50 μL/L、80 μL/L這五個點的校驗濃度依次進行檢定，并自動計算示值誤差。重復性、響應時間的檢定同理，檢定結束后自動生成檢定報告，按需存儲或打印。

3　結束語

本文設計了一套SF6帶電測試儀器一體化智能校

驗系統，以工控機為主控制器，控制八通道動態配氣儀和標準濕度發生裝置配置SF6氣體組分分析儀、純度儀、檢漏儀和露點儀所需的標準氣體。引入圖像識別技術，無需通信接口和通信協議，即可實現被檢儀表示值的自動讀取。

該技術可同時檢定多臺SF6帶電測試儀器，在減輕工作負擔的同時，大大提高了工作效率。氣體泄漏監測及通風系統有效降低了測試人員接觸有毒有害氣體的機率。該系統魯棒性好，具有國內領先水平，其成果不僅可以用于電力儀表的校準，而且可以推廣、應用到其他行業氣體儀表的出廠檢驗和周期檢定校準。

[1] 吳君健.SF6氣體狀態智能監測系統研制[D].武漢:華中科技大學,2007.

[2] 李正明,王振華,趙嵐.提高SF6充氣設備帶電檢測效率的方法及實施[J].浙江電力,2014,33(10):21-22.

[3] 趙建華,蘭華永,陳滋健，等.基于質量流量控制器的多組分動態配氣系統研究[J].自動化儀表,2008,29(2):44-48.

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[5] 朱江.雙壓法濕度發生器和分流法濕度發生器簡介[J].山西科技,2006(6):102-103.

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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

吳培偉(1988—)，男，2011年畢業于廣東工業大學應用化學專業，獲學士學位，助理工程師；主要從事電力試驗方向的研究。

TH-39;TP23

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

修改稿收到日期：2016-03-24。