SF6帶電測(cè)試儀器一體化智能校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳培偉　孫付華　赫樹(shù)開(kāi)　薛　冰

(廣州供電局有限公司電力試驗(yàn)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(cè)試儀器一體化智能校驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳培偉1孫付華2赫樹(shù)開(kāi)2薛冰2

(廣州供電局有限公司電力試驗(yàn)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(duì)目前SF6帶電設(shè)備校驗(yàn)工作存在的檢定校準(zhǔn)手段落后、工作效率低、校驗(yàn)裝置自動(dòng)化水平低等問(wèn)題，研究了一種一體化智能校驗(yàn)技術(shù)?？紤]到儀表種類繁多且通信協(xié)議不統(tǒng)一，提出了基于圖像識(shí)別技術(shù)的儀表讀數(shù)方法，并設(shè)計(jì)了一套SF6帶電測(cè)試儀器一體化智能校驗(yàn)系統(tǒng)。該一體化智能校驗(yàn)系統(tǒng)以圖像識(shí)別系統(tǒng)和自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)代替人工操作，在提高檢定效率的同時(shí)，減小了人為誤差；系統(tǒng)通用性強(qiáng)，具有很大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。

SF6動(dòng)態(tài)配氣濕度圖像識(shí)別一體化智能校驗(yàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

0　引言

隨著電力系統(tǒng)的大容量、高參數(shù)發(fā)展，SF6高壓電器設(shè)備日益增多，而SF6絕緣氣體的狀態(tài)參數(shù)正常與否，嚴(yán)重影響著SF6高壓電器的工作性能[1]。因此，精確、穩(wěn)定、高效地實(shí)現(xiàn)SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作迫在眉睫。目前采用的SF6帶電檢測(cè)手段主要有SF6氣體微水測(cè)試、SF6氣體純度測(cè)試、SF6泄漏測(cè)試以及SF6氣體分解產(chǎn)物測(cè)試[2]。因此，儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，需定期對(duì)檢測(cè)儀表進(jìn)行校驗(yàn)，以確保儀表性能、測(cè)試的準(zhǔn)確度和可靠性。

然而，目前對(duì)SF6帶電測(cè)試儀表的校驗(yàn)存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低的問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)階段SF6帶電測(cè)試儀器校驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)，生產(chǎn)單位經(jīng)常因儀器送檢而影響帶電測(cè)試工作的及時(shí)開(kāi)展。因此，研制集成化、自動(dòng)化水平較高的一體化智能校驗(yàn)系統(tǒng)具有重要意義。

1　系統(tǒng)構(gòu)成

SF6帶電測(cè)試儀器一體化智能校驗(yàn)系統(tǒng)主要由八通道標(biāo)準(zhǔn)氣體發(fā)生裝置、標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生裝置、圖像識(shí)別系統(tǒng)、智能校驗(yàn)信息管理系統(tǒng)、氣體泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等模塊組成。其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SF6氣體的組分分析儀、純度儀、檢漏儀和露點(diǎn)儀的自動(dòng)校驗(yàn)，適用范圍較廣。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1　Structure of the system

1.1八通道標(biāo)準(zhǔn)氣體發(fā)生裝置

動(dòng)態(tài)配氣裝置憑借其高效、便捷的特性，已廣泛應(yīng)用于氣體儀表的智能檢定。其基于質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)氣體，自動(dòng)配制出校驗(yàn)所需的單組分或多組分標(biāo)準(zhǔn)氣體。然而，目前應(yīng)用最多的二組分或四組分動(dòng)態(tài)配氣裝置，在同一配氣裝置上，無(wú)法同時(shí)滿足SF6純度儀、檢漏儀和SF6氣體組分分析儀的自動(dòng)校驗(yàn)[3-4]。針對(duì)這一需求，本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套八組分的動(dòng)態(tài)配氣儀。

該裝置由A、B、C、D、E、F、G、H八個(gè)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?dú)夂图儍艨諝獾?，組分氣可為SF6、SO2、H2S、CO純氣或已知濃度的標(biāo)氣。在智能校驗(yàn)信息管理系統(tǒng)軟件中進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)置，便可自動(dòng)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(yàn)對(duì)比需要，還滿足對(duì)SF6氣體進(jìn)行相關(guān)研究和試驗(yàn)的需要。

八通道標(biāo)準(zhǔn)氣體發(fā)生裝置主要由主控MCU、顯示模塊、時(shí)鐘模塊、串口通信模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電源模塊等構(gòu)成，其功能框圖如圖2所示。

圖2　八通道標(biāo)準(zhǔn)氣體發(fā)生裝置功能框圖Fig.2　Functional block diagram of eight-channel standard gas generator

1.2標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生裝置

標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生裝置的主要功能是為SF6露點(diǎn)儀的自動(dòng)校驗(yàn)提供所需的不同濕度標(biāo)準(zhǔn)氣源。分流式濕度發(fā)生器是目前應(yīng)用最為廣泛的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濕度設(shè)備之一。與傳統(tǒng)的滲透膜法等其他原理的濕度發(fā)生器相比較，分流法濕度發(fā)生器能快速、準(zhǔn)確地產(chǎn)生相對(duì)濕度恒定并且連續(xù)可調(diào)的恒濕氣流。它通過(guò)質(zhì)量流量控制器，將一股干氣源(一般是干燥的空氣或氮?dú)?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(guò)飽和器增濕，成為相對(duì)濕度為100%RH的飽和氣體；另一股干氣源仍保持干燥，調(diào)節(jié)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(jié)合高精度的鏡面露點(diǎn)儀，測(cè)量精度可達(dá)±0.1 ℃，可滿足氣體濕度儀表校驗(yàn)各種濕度氣體的需要。

智能校驗(yàn)信息管理系統(tǒng)軟件通過(guò)串口控制標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生裝置，將兩種氣體按照一定比例進(jìn)行配比、混合并輸出設(shè)定濕度的氣體。標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生裝置功能框圖如圖3所示。

圖3　標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生裝置系統(tǒng)功能框圖Fig.3　Functional block diagram of standard humidity generating system

1.3圖像識(shí)別系統(tǒng)

圖像識(shí)別系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)儀表全自動(dòng)校驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。目前儀表讀數(shù)的獲取方式主要依靠人眼讀取。要實(shí)現(xiàn)儀表示數(shù)的自動(dòng)讀取，必須提供被檢儀表的通信接口和通信協(xié)議，但是現(xiàn)階段不同廠家生產(chǎn)的SF6帶電測(cè)試儀器所采用的通信協(xié)議不統(tǒng)一，且個(gè)別進(jìn)口儀器通信協(xié)議不公開(kāi)，這就造成一套校驗(yàn)系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)對(duì)某種特定型號(hào)儀表的全面校驗(yàn)，通用性差。

基于上述問(wèn)題，本設(shè)計(jì)把圖像識(shí)別技術(shù)引入SF6帶電測(cè)試儀器一體化智能校驗(yàn)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)儀表示數(shù)的自動(dòng)讀取，并且不受通信協(xié)議、儀表種類的限制。

利用工業(yè)攝像頭采集儀表顯示界面，為了保證儀表讀數(shù)的正確性，在進(jìn)行圖像分割和識(shí)別之前，進(jìn)行了圖像預(yù)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(shí)別率。同時(shí)，為了兼顧識(shí)別準(zhǔn)確率及識(shí)別時(shí)間，本系統(tǒng)采用基于改進(jìn)的BP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同數(shù)顯儀表示值的精確識(shí)別[7-9]。

該系統(tǒng)能有效識(shí)別不同的儀表界面，通用性強(qiáng)、精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目前不同類型電力儀表的數(shù)據(jù)讀取，避免了人眼觀察儀表時(shí)由于觀測(cè)角度不當(dāng)?shù)仍斐傻恼`差。以某鏡面式SF6氣體分析儀為被檢對(duì)象，進(jìn)行字符分割算法試驗(yàn)。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(gè)字符圖像，重新組合后即得到要識(shí)別的數(shù)字。

1.4氣體泄漏監(jiān)測(cè)及通風(fēng)系統(tǒng)

SF6帶電測(cè)試儀器一體化智能校驗(yàn)系統(tǒng)在校驗(yàn)SF6帶電測(cè)試儀器時(shí)，需要使用SF6、CO、H2S、SO2等氣體，其中大多數(shù)氣體都是有毒有害氣體，一旦發(fā)生泄漏，將對(duì)工作人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅。因此，氣體泄漏監(jiān)測(cè)及通風(fēng)系統(tǒng)，是保證工作人員人身安全所必不可少的一部分。該系統(tǒng)采用高靈敏度氣體傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作環(huán)境中的氣體泄漏情況。當(dāng)有泄漏發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)立即切斷氣體管路進(jìn)行聲光報(bào)警并啟動(dòng)排風(fēng)裝置，提醒工作人員及時(shí)查找泄漏源并進(jìn)行故障處理或及時(shí)脫離現(xiàn)場(chǎng)。

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能校驗(yàn)信息管理系統(tǒng)軟件是SF6帶電測(cè)試儀器一體化智能校驗(yàn)系統(tǒng)的控制中樞。該系統(tǒng)運(yùn)行在工控機(jī)上，控制著整個(gè)系統(tǒng)的受控設(shè)備，同時(shí)讀取硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。SF6帶電測(cè)試儀器一體化智能校驗(yàn)信息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(實(shí)時(shí)信號(hào)的采集處理)、自動(dòng)配氣、自動(dòng)檢定、多點(diǎn)漏氣監(jiān)測(cè)和報(bào)警、圖像識(shí)別、設(shè)備控制、配置及用戶權(quán)限設(shè)置這七個(gè)功能。

以SF6檢漏儀的檢定為例，點(diǎn)擊系統(tǒng)軟件“儀表檢定”圖標(biāo)，勾選儀表類型為檢漏分析儀，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)《JJF 1263-2010六氟化硫檢測(cè)報(bào)警儀校準(zhǔn)規(guī)范》5.2.2條的方法，對(duì)0 μL/L、15 μL/L、30 μL/L、50 μL/L、80 μL/L這五個(gè)點(diǎn)的校驗(yàn)濃度依次進(jìn)行檢定，并自動(dòng)計(jì)算示值誤差。重復(fù)性、響應(yīng)時(shí)間的檢定同理，檢定結(jié)束后自動(dòng)生成檢定報(bào)告，按需存儲(chǔ)或打印。

3　結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一套SF6帶電測(cè)試儀器一體化智能校

驗(yàn)系統(tǒng)，以工控機(jī)為主控制器，控制八通道動(dòng)態(tài)配氣儀和標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生裝置配置SF6氣體組分分析儀、純度儀、檢漏儀和露點(diǎn)儀所需的標(biāo)準(zhǔn)氣體。引入圖像識(shí)別技術(shù)，無(wú)需通信接口和通信協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)被檢儀表示值的自動(dòng)讀取。

該技術(shù)可同時(shí)檢定多臺(tái)SF6帶電測(cè)試儀器，在減輕工作負(fù)擔(dān)的同時(shí)，大大提高了工作效率。氣體泄漏監(jiān)測(cè)及通風(fēng)系統(tǒng)有效降低了測(cè)試人員接觸有毒有害氣體的機(jī)率。該系統(tǒng)魯棒性好，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，其成果不僅可以用于電力儀表的校準(zhǔn)，而且可以推廣、應(yīng)用到其他行業(yè)氣體儀表的出廠檢驗(yàn)和周期檢定校準(zhǔn)。

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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(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，助理工程師；主要從事電力試驗(yàn)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。