繼電保護開關狀態機器視覺識別系統解析

路 垚 劉曉東 李士雅 王 匡 徐清軒

（河南省電力公司淅川供電公司）

0 引言

電力系統在工作中會受到故障的影響而引起電氣設備出現故障，威脅電力系統的功能和作用，可應用繼電保護開關，實現對電氣設備的保護，促使電氣設備維持較好的運行狀態。而繼電保護開關的狀態也會影響其功能和作用。在電力系統運行時，可對繼電保護開關狀態機器視覺識別系統進行研究，分析機器視覺識別系統的詳細情況［1］，保障電力系統繼電保護開關能發揮相應作用，使電力系統能穩定運行。

1 繼電保護開關狀態

繼電保護開關在工作時可以有三種狀態，主要包括正常狀態、故障狀態和巡檢狀態。現對這三種狀態進行研究，具體如下：

（1）正常狀態。電力系統在服務時，繼電保護裝置會處于穩定的工作狀態，這種狀態下，繼電保護裝置會起到監控和保護的作用，能使電氣設備保持穩定的工作狀態。其可以對電力系統的運行狀態信息進行采集，提高電力系統的運行效果，降低故障帶來的影響。在正常狀態下，繼電保護裝置是平穩運行的，其會對系統的信息進行采集，如果采集到故障信息，則會展開相應保護動作，使電力設備得到保護。如果其處于安全運行狀態，能推動電力系統的穩定健康發展。

（2）故障狀態。在電力系統工作時，繼電保護系統在進入故障狀態時，不能完成相應保護動作，如果這時沒有采取相應措施，就容易出現故障后設備受到影響的問題。另外，在電力系統服務中，繼電保護開關處于故障狀態后，若要進行故障保護，要防止電力系統的過載或是短路問題，并對自動采取預定的保護措施，再對斷路器跳閘、電源切斷等問題進行控制，讓電力系統能保持穩定工作狀態［2］。

（3）巡檢狀態。這個狀態是繼電保護系統的又一個狀態，在巡檢狀態下，繼電保護開關能展開巡檢工作，以提高系統電力系統穩定工作的能力。這種狀態下，檢測系統會完成相應記錄工作，借助這些數據能實現對電氣設備的維護和分析。通過繼電保護開關的巡檢狀態可實現電路中隱藏故障的分析，再針對問題做出相應改進措施，使電氣設備保持穩定運行的狀態。

結合上述三種狀態的研究可保障繼電保護開關處于穩定的工作狀態，從而推動電力企業各項設備處于穩定的工作狀態，減少故障帶來的影響。

2 繼電保護開關狀態機器視覺識別系統

針對繼電保護開關狀態機器視覺識別系統展開研究，發揮繼電保護開關狀態機器視覺識別系統的功能，推動繼電保護開關作用的提升，詳細分析如下。

2.1 開關狀態識別算法

為了滿足繼電保護開關狀態機器視覺識別系統的需求，要對開關狀態識別算法進行研究，具體如下：

（1）灰度二值化處理。先對每個像素的灰度值進行獲取，要對閾值（R＋G＋B）／3進行選擇，一般可將一個像素點灰度值和周圍8個灰度值相加并除以9，再將其與閾值進行對比，一般大于閾值的要設置為255，小于閾值時，可將其設定為0。

（2）獲取邊緣開關，外接長方形。定位開關邊緣外接長方形四個頂點坐標，左上角為（x0，y0），而左下角為（x0，y1），右上角可按照（x1，y2）進行描述，右下角可按照（x1，y3），可以按照公式（1）進行描述。

按照公式（1）能完成開關邊緣的順利提取，促使繼電保護開關的功能和作用得以體現。

（3）開關方向標志區域的提取。繼電保護開關工作時，可對開關方向標志區域進行提取，一般要對內部小區域邊緣特征進行獲取，再對小區域邊緣周長進行獲取，展開鑒別周長閾值判別開關方向標志位。

（4）定位區域的位置獲取。在工作中，還要對定位區域位置進行獲取，再完成計算開關方向標志區域重心的坐標（xk，yk），其中k＝0，…，N，然后能得到公式（2）：

按照公式（2），能實現開關方向標志區域重心坐標的順利獲取，能順利構建繼電保護開關狀態機器視覺識別系統，可保障系統的穩定運行。

再對開關狀態進行定義，可定義為0、UAB、UBA幾種狀態，重心所處的位置確定開關的狀態。再對繼電保護開關狀態機器視覺識別系統檢測的情況進行研究，借助繼電保護開關狀態機器視覺識別系統，能獲取相應檢測結果，其中開關狀態識別算法能將開關狀態定義為0、UAB、UAB、UBC狀態等內容，重心所處的位置就能對應繼電保護開關的狀態，保證繼電保護開關狀態機器視覺識別系統穩定發揮作用，使其順利為電力系統提供服務。如圖1所示為機器視覺識別系統下開關檔位在UAB狀態下的基本情況。

圖1 機器視覺識別系統下開關檔位在U AB狀態下的基本情況

在繼電保護開關狀態機器視覺識別系統工作時，能夠實現對繼電保護開關狀態信息的獲取，發揮繼電保護裝置的作用，在電力系統故障時，繼電保護開關能完成對設備的保護，減少對設備的影響。

2.2 機器識別系統的分析

結合上述研究，在完成開關狀態識別算法分析的基礎上，要進行機器識別系統的研究，發揮機器識別系統的功能，具體如下［3］。

2.2.1 基本構造

機器視覺識別系統可以包括光源、鏡頭、相機、圖像處理單元、監視器和圖像處理軟件，還有通訊和輸出單元等內容。

2.2.2 系統劃分

可對機器識別系統進行進一步研究，一般包括主端PC、影像擷取卡、影像處理器、影像攝像機、定焦鏡頭、顯微鏡頭和LED光源、其他光源、LCD、私服運動機臺、精密桌臺等內容，使系統在工作時有較好的應用價值。

另外，系統部分還可以分為采集和分析系統，其中采集部分主要以傳感器和攝像頭為基礎，而分析部分主要由PC完成，通過繼電保護開關狀態信息的獲取完成繼電保護開關狀態的研究。經過繼電保護開關狀態機器視覺采集開關，能進行繼電保護開關的研究，使繼電保護開關能發揮相應作用。

除此之外，繼電保護開關機器視覺識別系統還有五部分，主要的典型結構分別為照明部分、鏡頭部分、高速相機、圖像采集卡、視覺處理器等內容，通過這幾個部分的控制，能符合繼電保護開關機器視覺識別系統作業需求，推動電力企業穩定健康的發展。具體系統情況如圖2所示。

圖2 繼電保護開關機器視覺識別系統

2.2.3 工作原理

機器視覺識別系統在工作時，要對CCD照相機進行應用，將其采集到的目標轉化成圖像信號，然后，將其傳遞到圖像處理系統中，再根據像素分布、顏色和亮度等信息進行獲取，并將其轉化為數字信號，實現數字信號的傳遞，圖像處理系統可將這些應用到運算當中，獲取目標的特征，這些特征包括面積、數量、位置和長度等信息。

結合機器識別系統的基本情況能得到允許度和其他條件的輸出結果，還能得到尺寸、角度是否合格等信息，使機器識別系統在工作時可對繼電保護開關的狀態進行獲取。

機器視覺識別系統在工作時，主要包括圖像獲取和視覺處理兩部分，圖像處理主要是由照明系統、視覺傳感器、模擬、數學轉換器和幀存儲器等構成，能保障機器視覺識別系統發揮作用。而且在視覺傳感器獲取二維圖像時，要應視覺處理器進行視覺信息的獲取，再將視覺信息轉化為符號信息，完成對繼電保護開關狀態信息的獲取。使繼電保護開關工作時，能發揮相應功能和作用。

2.2.4 機器識別系統的進一步分析

在機器識別系統分析時，包括圖像的獲取、圖像的處理和輸出與顯示等內容，圖像獲取主要以傳感器或攝像頭為基礎，能獲取有效的信息，要求獲取可視化的繼電保護開關信息，使機器識別系統能符合繼電保護開關的作業需求。視覺信息技術主要依靠圖像處理方法，可對圖像進行增強，使數據編碼實現傳輸，促使工作人員獲取經過視覺信息技術處理后的數據信息，使數據信息符合機器識別系統的應用需求［4］。

至于輸出圖像的質量，受到上述技術的影響，再利用計算機進行圖像的分析和識別，使計算機符合機器識別系統的工作需求。機器識別系統主要依靠顏色、形狀等信息獲取環境信息，再對繼電保護開關的狀態信息進行獲取，其主要對顏色進行識別，其中包括目標顏色和背景顏色兩個部分，再對RGB顏色實現分量的匹配，為了減少環境光強度的影響，可將RGB顏色域空間轉化為HIS顏色空間。工作時，顏色分類的方法包括線性色彩閾值法，另外鄰域法和閾值向量等方法也要得到合理運用。

對于閾值向量的顏色識別，可對如下內容進行分析，具體如下：

（1）色彩空間的選擇。要先做好色彩空間的選擇。可選擇適宜的顏色空間，常用的顏色空間包括RGB、YUV和HSV、CMY等內容，顏色空間的選擇會給圖像分割、目標識別帶來影響，能夠保證識別水平。其中RGB是常用的顏色空間，對同一顏色屬性，在不同條件下其RGB值相對分散，所以能從中獲取亮度分量的顏色空間，也就是YUV和HSV顏色空間。

（2）應用。在繼電保護開關狀態機器視覺識別系統應用后，可實現對繼電保護開關狀態的獲取，能夠對繼電保護開關的狀態信息進行明確，促使工作人員根據狀態信息完成對繼電保護開關的管理。另外，借助繼電保護開關狀態機器視覺識別系統，能為配網設備網格化管理的實現奠定基礎，提高配網的管理能力。

3 結束語

本文以繼電保護開關機器視覺識別系統為研究對象，對繼電保護開關狀態和繼電保護開關的識別進行分析，可發揮繼電保護開關機器視覺識別系統作用，對系統的基本情況，包括構成、原理等內容進行介紹，使系統在工作時，能發揮相應作用，推動繼電保護開關能發揮作用，實現配網設備網格化管理，促使電力系統穩定發展。