基于圖像識別技術斷路器液壓機構壓力信號核對裝置研制

廣東電網有限責任公司中山供電局 曾令誠 梁偉杰 林悅德 廖震杰 湯宇奇 藍翔威 梁 濤

根據斷路器防拒動要求，本公司每年須對500kV變電站開展斷路器防拒動專項檢查，其中核對500kV斷路器液壓機構壓力信號是斷路器防拒動專項檢查重要項目。其目的是檢驗接觸器是否可靠正確動作，同時判斷斷路器重合閘閉鎖（復歸）、合閘閉鎖（復歸）、分閘閉鎖（復歸）等壓力值是否符合標準值。該項工作具體流程如下。

至少需要兩人共同完成，一人站在500kV斷路器機構箱側對機構進行泄壓；另一人站在斷路器匯控箱側觀察壓力接觸器的吸合與復歸情況。斷路器在泄壓過程中，機構的壓力緩慢下降，對應的壓力表數值也隨之下降，當該壓力值下降到斷路器重合閘閉鎖壓力值時，斷路器機構的油壓開關接點導通使斷路器機構匯控箱內的油壓重合閘接觸器線圈得電（線圈由初始狀態迅速切換至吸合狀態），帶動接觸器接點位置狀態發生變化，實現閉鎖斷路器重合閘操作。同理，當壓力值繼續下降至合閘閉鎖壓力值時，將閉鎖斷路器合閘操作（油壓合閘接觸器接點發生變化）。

當壓力值下降至分閘閉鎖壓力值時，將閉鎖斷路器分閘操作（油壓分閘接觸器接點發生變化）。反之，斷路器液壓機構泄壓完成后，對機構進行打壓，壓力值將緩慢上漲，當壓力上漲至斷路器分閘復歸壓力值時，斷路器機構的油壓開關接點復歸，使斷路器機構箱內油壓分閘接觸器接點復歸，確保斷路器可分閘操作，同理，壓力值繼續上升至合閘復歸值、重合閘復歸值。因此，正確記錄重合閘復歸值、重合閘閉鎖值、合閘復歸值、合閘閉鎖值、分閘復歸值、分閘閉鎖值等數值大小并與標準值進行比較是防拒動工作的重要內容。

目前，該信號核對存在以下問題。工作效率低；該項工作至少需要兩人完成，一人在斷路器機構泄壓并觀察與記錄壓力表數值，另一人在斷路器匯控箱旁觀察壓力接觸器的吸合與復歸情況；人機功效差：兩人在進行信號核對時，需使用對講機或大聲喊話告知對方接觸器已吸合（復歸），另一人立馬讀取并記錄當前壓力閉鎖值（復歸值）。由于500kV斷路器采用三相分相結構，最遠相斷路器離匯控箱至少35m，兩人交流較為困難，同時數據存在偏差，影響工作質量。接觸器的吸合及復歸僅依靠工作人員肉眼觀察，長時間的觀察可能導致漏看而影響數據準確性。為解決上述問題，本文研制了基于圖像識別技術斷路器液壓機構壓力信號核對裝置，通過圖像識別技術實現單人對斷路器液壓機構泄壓，即可自動核對并記錄斷路器壓力閉鎖值及復歸值，從而改善人機功效，提升工作效率及質量。

1 基于圖像識別技術斷路器液壓機構壓力信號核對裝置結構設計

基于圖像識別技術斷路器液壓機構壓力信號核對裝置結構框圖如圖1所示，主要由“接觸器動作識別部件、壓力表數值讀取部件”兩部件組成，通過無線/有線通訊進行信息傳遞，實現只須單人對斷路器液壓機構泄壓即可自動核對并記錄斷路器壓力閉鎖值及復歸值的功能。其中，接觸器動作識別部件由“電源模塊、視頻采集模塊、通訊模塊、時鐘模塊、外殼、固定卡扣”等模塊組成，其中“電源模塊、視頻采集模塊、通訊模塊”固定封裝在外殼內，在外殼表面設置有萬向固定卡扣。通過該萬向固定卡扣將接觸器動作識別部件固定在斷路器匯控箱內，實現采集并識別匯控箱內接觸器的動作情況。

圖1 基于圖像識別技術斷路器液壓機構壓力信號核對裝置結構框圖

壓力表數值讀取部件主要由“電源模塊、圖片采集模塊、存儲模塊、數據處理模塊、通訊模塊、時鐘模塊、數據顯示模塊、外殼、固定卡扣”等模塊組成，其中“電源模塊、圖片采集模塊、存儲模塊、數據處理模塊、通訊模塊、時鐘模塊、數據顯示模塊”均固定封裝在外殼內，在外殼表面設置有萬向固定卡扣。通過該萬向固定卡扣將壓力表數值讀取部件固定在斷路器機構箱內，實現采集、讀取并核對壓力表數值。

2 接觸器動作識別部件設計

如圖2所示為接觸器動作識別部件結構圖，其主要有電源模塊、視頻采集模塊，通訊模塊、時鐘模塊、外殼與固定卡扣等組成。其中，電源模塊采用可充電鋰電池供電，輸出DC12V/24V，該模塊與接觸器動作識別部件的視頻采集模塊、通訊模塊采用電氣連接，為上述模塊提供電源，持續續航時長不小于4h。該模塊還可通過外接電源為上述模塊進行供電。

圖2 接觸器動作識別部件結構圖

視頻采集模塊采用一臺高清攝像機，內置有圖像采集與識別算法[1]，該算法為采集并識別斷路器匯控箱內“低油壓閉鎖重合閘、低油壓閉鎖合閘、低油壓閉鎖分閘”對應的三個接觸器動作切換過程及對應時刻，僅采集并識別接觸器從復歸狀態切換成吸合狀態，或從吸合狀態切換成復歸狀態的動作視頻及其對應的時刻。當識別到接觸器從復歸狀態切換成吸合狀態，或從吸合狀態切換成復歸狀態時，通過通訊模塊立即向壓力表數值讀取部件發出脈沖信號。

通訊模塊主要實現接觸器動作識別部件與壓力表數值讀取部件的實時通訊，僅當接觸器動作識別部件識別出接觸器從復歸狀態切換成吸合狀態，或從吸合狀態切換成復歸狀態時，通過該模塊立即向壓力表數值讀取部件的通訊模塊發出脈沖信號。當壓力表數值讀取部件的通訊模塊接收到該脈沖信號時，立即觸發壓力表數值讀取部件對壓力表讀數進行拍照，并將該接觸器動作視頻傳輸至壓力表數值讀取部件進行保存。該通訊模塊可實現無線與有線通訊。

時鐘模塊實現記錄當前日期，時鐘精度到毫秒級，能自動記錄接觸器動作時刻。該動作時刻與壓力表數值讀取部件的時鐘模塊記錄的拍照時刻之間的時間差應滿足設置要求，定義該時間差為網絡通訊時間。外殼與固定卡扣將接觸器動作識別部件的“電源模塊、視頻采集模塊、通訊模塊”固定封裝在外殼內，在外殼表面設置有萬向固定卡扣，將接觸器動作識別部件固定在斷路器匯控箱內，該固定卡扣可實現各方向的調整，使接觸器動作識別部件的高清攝像機與接觸器在最佳的拍攝位置及角度。

3 壓力表數值讀取部件設計

壓力表數值讀取部件設計結構如圖3所示，主要由“電源模塊、圖片采集模塊、存儲模塊、數據處理模塊、通訊模塊、時鐘模塊、數據顯示模塊、外殼、固定卡扣”等模塊組成。其中，電源模塊為壓力表數值讀取部件提供可充電鋰電池供電，輸出DC12V/24V，持續續航時長不小于4h。該模塊還可通過外接電源為上述模塊進行供電。

圖3 壓力表數值讀取部件設計結構圖

通訊模塊實現與接觸器動作識別部件的實時通訊，接收接觸器動作識別部件通訊模塊發出的脈沖信號，即刻觸發壓力表數值讀取部件拍照壓力表圖片。同時，接收接觸器動作識別部件傳輸的接觸器動作視頻保存于存儲模塊中。壓力表數值讀取部件的圖片采集模塊采用一臺高清相機對壓力表讀數進行拍照。存儲模塊用于數據處理模塊緩存并存儲圖像采集模塊，與圖片采集模塊采集的接觸器視頻及壓力表圖片。支持TF卡擴展。時鐘模塊實現記錄當前日期，時鐘精度到毫秒級，能自動記錄相機拍照時刻。該拍照時刻與接觸器動作識別部件時鐘模塊記錄的對應接觸器動作時刻之間的時間差應滿足設置要求，定義該時間差為網絡通訊時間。

數據處理模塊內置圖像采集與識別算法、壓力值核對算法、時鐘對時算法。該模塊功能為：開機后自動對接觸器動作識別部件與壓力表數值讀取部件兩部件的時鐘模塊進行對時，使其時鐘同步。對圖片采集模塊拍照的圖片進行識別，讀取斷路器機構箱內壓力表指針讀數，并將讀數與標準值進行對比，若超出標準值范圍則讀數顯示紅色且告警；判斷網絡通訊時間是否超出設定值，若超出設定值則告警提示“網絡延時，讀數不準”；自動生成壓力值核對報告。

數據顯示模塊采用液晶顯示，可顯示當前壓力表照片及對應讀數及標準值，對超出標準值數字采用紅色字體凸顯。外殼與固定卡扣將壓力表數值讀取部件的“電源模塊、圖片采集模塊、存儲模塊、數據處理模塊、通訊模塊、時鐘模塊、數據顯示模塊”固定封裝在外殼內，在外殼表面設置有萬向固定卡扣，將壓力表數值讀取部件固定在斷路器機構箱內，該固定卡扣可實現各方向的調整，使壓力表數值讀取部件的高清相機與壓力表在最佳的拍攝位置及角度。

當需要開展斷路器液壓機構壓力值信號時，將本裝置的壓力表數值讀取部件固定在如圖4所示的斷路器機構箱內，調整攝像頭對準壓力表表盤即可，將接觸器動作識別部件固定安裝在如圖5所示的斷路器匯控箱內，并調整攝像頭對準接觸器，啟動裝置后，對斷路器機構進行泄壓，此時接觸器動作識別部件將自動識別接觸器的吸合及復歸等動作狀態，并觸發信號至壓力表數值讀取部件對壓力表進行拍照、讀取當前壓力值并與標準值進行比較，輸出結果。

綜上所述，基于圖像識別技術斷路器液壓機構壓力信號核對裝置采用圖像識別技術，識別接觸器動作狀態，并觸發壓力表數值讀取部件對當前壓力值表盤進行拍照，識別當前壓力值，并與標準壓力值進行比較，輸出結果，代替人工值守抄錄、比較壓力值，可有效提升工作效率，保證斷路器安全穩定運行。