變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)研究

李新海，徐寶軍，范德和，曾令誠(chéng)，肖星，邱天怡，袁拓來

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

變電站作為電網(wǎng)中的能源轉(zhuǎn)換中心，是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)備狀態(tài)的有效識(shí)別是確保電網(wǎng)安全和穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，也關(guān)系著電氣設(shè)備工作人員及操作人員的生命安全。

目前變電站設(shè)備狀態(tài)識(shí)別主要采用人工核對(duì)方式，存在以下問題：1）作業(yè)效率低。雖然變電站已普遍采用無人值班模式[1-3]，但遠(yuǎn)方遙控進(jìn)行設(shè)備倒閘操作時(shí)，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)仍需安排工作人員按照操作進(jìn)度逐項(xiàng)確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)，降低了倒閘操作的工作效率。2）工作質(zhì)量不高。變電站內(nèi)設(shè)備數(shù)量眾多，倒閘操作后的設(shè)備狀態(tài)核對(duì)、設(shè)備定期巡檢或?qū)ｍ?xiàng)巡檢的設(shè)備狀態(tài)核對(duì)等作業(yè)任務(wù)的工作量較大、工作重復(fù)率高，容易使工作人員產(chǎn)生疲倦，導(dǎo)致工作質(zhì)量不穩(wěn)定，造成設(shè)備狀態(tài)的漏判和誤判[4-6]。3）巡檢人員的安全難以保障。巡檢的設(shè)備一般都是高壓帶電設(shè)備，如遇設(shè)備短路故障導(dǎo)致的爆炸將引發(fā)人身安全事故[7-8]。

近年來，隨著我國(guó)視頻監(jiān)控技術(shù)及信息技術(shù)的大力發(fā)展，變電站遙視監(jiān)控系統(tǒng)已得到普遍應(yīng)用[9-11]，但這類遙視系統(tǒng)目前還是主要作為輔助工具[11]，提供對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面預(yù)覽，缺少對(duì)視頻內(nèi)容的自動(dòng)分析功能，設(shè)備狀態(tài)仍然依靠人工核對(duì)。針對(duì)該問題，眾多研究者開始研究變電站智能視頻識(shí)別技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的智能識(shí)別[12-16]。如文獻(xiàn)[13]提出了一套基于視頻圖像技術(shù)的變電站智能化應(yīng)用系統(tǒng)，但該系統(tǒng)僅用于輔助變電站綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱綜自系統(tǒng)）的刀閘狀態(tài)視頻校核，無法識(shí)別開關(guān)的狀態(tài)，效果有限。文獻(xiàn)[14]提出了一種基于圖像處理技術(shù)的視頻智能分析系統(tǒng)研究和實(shí)現(xiàn)方案，通過霍夫變換直線檢測(cè)、cvBlob目標(biāo)跟蹤等圖像處理和特征提取技術(shù)對(duì)視頻流進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)的自動(dòng)識(shí)別功能，但該系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)相互獨(dú)立、無數(shù)據(jù)交互，無法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的信息聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)化程度不高。文獻(xiàn)[15]提出了一種基于霍夫森林算法的開關(guān)設(shè)備檢測(cè)及狀態(tài)識(shí)別方法，通過圖像處理算法檢測(cè)與定位開關(guān)設(shè)備、判別開關(guān)狀態(tài)，但未能結(jié)合變電站現(xiàn)有綜合自動(dòng)化系統(tǒng)且缺乏實(shí)際運(yùn)行實(shí)例。

針對(duì)上述問題，本文提出并研制了變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)，通過與變電站SCADA系統(tǒng)的信息交互，實(shí)現(xiàn)了變電站開關(guān)、刀閘設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程智能識(shí)別。該系統(tǒng)可在變電設(shè)備倒閘操作、定期巡檢、專項(xiàng)巡檢以及日常設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視中代替人工巡檢開關(guān)、刀閘設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警設(shè)備狀態(tài)隱患，提高巡檢效率和質(zhì)量，降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障人身及設(shè)備安全。文章在介紹了變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了開關(guān)狀態(tài)綜合判斷、刀閘狀態(tài)綜合判斷、智能巡檢和視頻聯(lián)動(dòng)等關(guān)鍵技術(shù)，最后通過500 kV文山變電站的實(shí)例運(yùn)用，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性。

1 變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)由智能巡檢監(jiān)控平臺(tái)、智能圖像識(shí)別服務(wù)器、視頻服務(wù)器、監(jiān)視終端等部分組成。

圖1 變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structural diagram of intelligent recognition system for equipment status in substation

智能巡檢監(jiān)控平臺(tái)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)巡檢視頻監(jiān)控管理，包括視頻監(jiān)控匯聚、信令控制管理、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)、遠(yuǎn)程巡視及操作配置實(shí)現(xiàn)、報(bào)警管理、與SCADA系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、圖像識(shí)別告警接收處理、電子地圖等功能。

智能圖像識(shí)別服務(wù)器主要負(fù)責(zé)對(duì)開關(guān)、刀閘等設(shè)備的分合狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能圖像識(shí)別，通過采集開關(guān)分合位置指示牌、刀閘拐臂位置上專項(xiàng)加裝的指示盤等設(shè)備圖像進(jìn)行關(guān)鍵特征點(diǎn)比對(duì)，從而完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)、刀閘分合狀態(tài)結(jié)果的輸出。如果開關(guān)、刀閘發(fā)生異位或三相位置不對(duì)應(yīng)等情況，則自動(dòng)推送報(bào)警信息，同時(shí)聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)抓拍、錄像。

視頻服務(wù)器主要負(fù)責(zé)控制監(jiān)視終端、緩存攝像頭拍攝的視頻圖像；將監(jiān)視終端抓拍的圖片、邊緣計(jì)算攝像頭識(shí)別的設(shè)備狀態(tài)反饋至智能巡檢監(jiān)控平臺(tái)及智能圖像識(shí)別服務(wù)器。

監(jiān)視終端主要包括卡片攝像機(jī)、白光云臺(tái)攝像機(jī)、紅外筒型攝像機(jī)等，主要負(fù)責(zé)不同環(huán)境下設(shè)備圖像拍攝及視頻錄制，并通過光纖通信將視頻及圖像數(shù)據(jù)傳輸至視頻服務(wù)器。

變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)的智能巡檢監(jiān)控平臺(tái)、智能圖像識(shí)別服務(wù)器、視頻服務(wù)器等設(shè)備通過專用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)部署在變電站電力二次系統(tǒng)的管理信息大區(qū)的安全區(qū)Ⅲ，與位于電力二次系統(tǒng)的生產(chǎn)控制大區(qū)安全區(qū)Ⅰ的SCADA系統(tǒng)通過正向隔離裝置和反向隔離裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸[16]。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)工作流程圖如圖2所示。設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)將從SCA?DA系統(tǒng)接收的信號(hào)按報(bào)文重要性分成設(shè)備異常告警信號(hào)、設(shè)備狀態(tài)變位信號(hào)、設(shè)備遙控預(yù)置命令報(bào)文等不同優(yōu)先級(jí)，并以此開展設(shè)備狀態(tài)識(shí)別的特殊巡檢并將結(jié)果信息通過反向隔離裝置反饋至生產(chǎn)控制大區(qū)安全區(qū)Ⅰ的SCADA系統(tǒng)。如設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)未從SCADA系統(tǒng)接收到任何任務(wù)，則優(yōu)先開展自定義巡檢任務(wù)，如無自定義巡檢任務(wù)則按周期計(jì)劃開展定期巡檢并生成巡檢報(bào)告。

圖2 變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)工作流程圖Fig.2 Workflow diagram of intelligent recognition system for equipment status in substation

變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別功能。其主要針對(duì)變電站開關(guān)、刀閘等設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行智能圖像識(shí)別，通過開關(guān)、刀閘等設(shè)備關(guān)鍵特征點(diǎn)比對(duì)，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)、刀閘等監(jiān)視對(duì)象的分合閘位置的自動(dòng)識(shí)別。在設(shè)備遙控預(yù)置操作時(shí)，該系統(tǒng)可將相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)識(shí)別結(jié)果反饋給SCADA系統(tǒng)，并將設(shè)備的相關(guān)視頻輸出至智能巡檢監(jiān)控平臺(tái)的視頻監(jiān)視窗口；在設(shè)備狀態(tài)變位后，自動(dòng)獲取設(shè)備的圖像信息并智能判斷設(shè)備狀態(tài)與遙控指令是否一致，同時(shí)將結(jié)果反饋至SCADA系統(tǒng)。

2）設(shè)備狀態(tài)智能巡檢功能。其主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備日常運(yùn)行狀況的智能巡檢，主要有定期巡檢、自定義巡檢、特殊巡檢等3種巡檢方式。定期巡檢按用戶定制間隔時(shí)間周期開展；自定義巡檢按用戶需求個(gè)性化定制開展；特殊巡檢用于設(shè)備出現(xiàn)異常、遙控操作、設(shè)備狀態(tài)變位時(shí)由設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)開展，并將結(jié)果反饋至SCADA系統(tǒng)，同時(shí)聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)抓拍、錄像，實(shí)現(xiàn)事前預(yù)警、事中跟蹤、事后查詢功能，為工作人員調(diào)整設(shè)備運(yùn)維檢修策略提供依據(jù)。

3）系統(tǒng)管理功能。其主要實(shí)現(xiàn)歷史任務(wù)查詢、報(bào)告查詢、視頻展示、告警、歷史告警記錄統(tǒng)計(jì)分析等。

2 變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 開關(guān)狀態(tài)綜合判斷技術(shù)

變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)主要采集開關(guān)位置遙信、開關(guān)遙測(cè)數(shù)據(jù)、智能圖像識(shí)別服務(wù)器基于圖像識(shí)別的開關(guān)位置等數(shù)據(jù)綜合判斷開關(guān)狀態(tài)。其中開關(guān)位置遙信為站端SCADA系統(tǒng)采集的開關(guān)分合閘位置；開關(guān)遙測(cè)數(shù)據(jù)為站端SCADA系統(tǒng)采集的開關(guān)三相電流或電壓，其電流取自本間隔電流互感器，其電壓取自本間隔電壓互感器或母線電壓互感器；智能圖像識(shí)別服務(wù)器利用單點(diǎn)多框檢測(cè)器（single shot multibox detector，SSD）圖像處理算法[17-18]，通過分析開關(guān)在分閘位置、合閘位置時(shí)指示牌的不同特征信息識(shí)別開關(guān)狀態(tài)。

SSD網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型如圖3所示，首先建立批量開關(guān)圖像訓(xùn)練樣本集并導(dǎo)入到SSD網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)卷積層、輔助卷積層、預(yù)測(cè)卷積層，通過計(jì)算損失函數(shù)的位置誤差與置信度誤差更新SSD網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型參數(shù)，反復(fù)訓(xùn)練，確定開關(guān)分合位置圖像識(shí)別SSD網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。其次，將開關(guān)圖像通過SSD網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型定位圖像中開關(guān)分合位置指示牌區(qū)域，并識(shí)別開關(guān)分合位狀態(tài)。

圖3 基于SSD的開關(guān)狀態(tài)識(shí)別算法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.3 Network structure of switch status identification algorithm based on SSD

開關(guān)狀態(tài)綜合判斷邏輯圖如圖4所示。當(dāng)開關(guān)位置遙信由合變分、智能圖像識(shí)別服務(wù)器識(shí)別的開關(guān)位置為分位且滿足“三相電流由有到無、母線電壓由有到無、線路電壓由有到無”中的任一條件，則確認(rèn)開關(guān)位置為分位。當(dāng)開關(guān)位置遙信由分變合、智能圖像識(shí)別服務(wù)器識(shí)別的開關(guān)位置為合位且滿足“三相電流由無到有、母線電壓由無到有、線路電壓由無到有”中的任一條件，則確認(rèn)開關(guān)位置為合位。如以上開關(guān)分合位置判別結(jié)果不一致則報(bào)開關(guān)位置異常，提醒工作人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查消缺，避免開關(guān)分合不到位導(dǎo)致電力安全事故發(fā)生。

圖4 開關(guān)狀態(tài)綜合判斷邏輯圖Fig.4 Logic diagram of comprehensive judgment of switch status

2.2 刀閘狀態(tài)綜合判斷技術(shù)

變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)主要采集刀閘位置遙信、智能圖像識(shí)別服務(wù)器識(shí)別的刀閘位置等數(shù)據(jù)綜合分析確定刀閘狀態(tài)。其中刀閘位置遙信為站端SCADA系統(tǒng)采集的刀閘分合閘位置；智能圖像識(shí)別服務(wù)器則利用圖像處理算法，通過分析刀閘在分閘位置、合閘位置時(shí)不同特征信息識(shí)別刀閘分合狀態(tài)。

針對(duì)敞開式開關(guān)設(shè)備（air insulated switch?gear，AIS），由于其母線及刀閘裸露，直接與空氣接觸，智能圖像識(shí)別服務(wù)器通過采集刀閘導(dǎo)電臂及觸頭圖像并采用霍夫變換直線檢測(cè)算法[14]，對(duì)比待檢測(cè)圖像與模板圖像，識(shí)別刀閘狀態(tài)。針對(duì)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated switch?gear，GIS），由于其開關(guān)、刀閘、接地刀閘等設(shè)備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中[19]，智能圖像識(shí)別服務(wù)器通過采集刀閘拐臂位置上專項(xiàng)加裝的指示盤圖像、采用SSD算法，定位圖像中刀閘位置指示盤區(qū)域，并識(shí)別刀閘分合位狀態(tài)。

刀閘狀態(tài)綜合判斷邏輯圖如圖5所示，當(dāng)?shù)堕l位置遙信由合變?yōu)榉智抑悄軋D像識(shí)別服務(wù)器識(shí)別的刀閘位置為分位，則確認(rèn)刀閘位置為分位；當(dāng)?shù)堕l位置遙信由分變?yōu)楹锨抑悄軋D像識(shí)別服務(wù)器識(shí)別的刀閘位置為合位，則確認(rèn)刀閘位置為合位。如以上刀閘分合位置判別結(jié)果不一致則報(bào)刀閘位置異常，提醒工作人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查消缺，避免刀閘分合不到位導(dǎo)致的電力安全事故發(fā)生。

圖5 刀閘狀態(tài)綜合判斷邏輯圖Fig.5 Logic diagram of comprehensive judgment of knife switch state

2.3 智能巡檢技術(shù)

在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，工作人員可利用變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)開展設(shè)備智能巡檢，設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)支持定期巡檢任務(wù)與自定義巡檢任務(wù)，其中定期巡檢任務(wù)可定制巡檢周期、巡檢內(nèi)容、巡檢順序等項(xiàng)目，如定制每月20日對(duì)變電站全站開關(guān)、刀閘的設(shè)備狀態(tài)巡檢任務(wù)，該系統(tǒng)可按照相關(guān)巡檢作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行巡檢并生成報(bào)告。自定義巡檢任務(wù)可隨時(shí)新增設(shè)備巡檢任務(wù)，如運(yùn)行人員需對(duì)某間隔進(jìn)行冷備用轉(zhuǎn)熱備用的操作，可在操作前人工定制一項(xiàng)對(duì)該間隔所有開關(guān)、刀閘狀態(tài)進(jìn)行巡檢的任務(wù)，設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)能迅速生成相應(yīng)巡檢任務(wù)，開展巡檢并形成巡檢報(bào)告。

當(dāng)SCADA系統(tǒng)收到站端設(shè)備遙控預(yù)置、狀態(tài)變位、告警、保護(hù)動(dòng)作跳閘等運(yùn)行狀況信號(hào)時(shí)，可利用變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)復(fù)核相關(guān)設(shè)備狀態(tài)，通過SCADA系統(tǒng)與變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互及多維數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用，智能巡檢相關(guān)設(shè)備，為運(yùn)行人員上報(bào)信息、檢修人員消缺、管理人員制定檢修策略提供有力支持，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備缺陷處理的快速應(yīng)急響應(yīng)。以變電站開關(guān)、刀閘、變壓器等設(shè)備為例，SCADA系統(tǒng)發(fā)送給變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)的信息內(nèi)容主要有：開關(guān)、刀閘的遙控預(yù)置命令，開關(guān)、刀閘、接地刀閘等一次設(shè)備的變位信號(hào)，主變壓器、開關(guān)、刀閘等一次設(shè)備的非電量告警信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作跳閘信號(hào)等，具體信息如表1所示。如某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)將收到SCADA系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備故障報(bào)文，設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)可立即彈出該設(shè)備的相關(guān)視頻圖像信息，并將智能判斷的設(shè)備狀態(tài)信息結(jié)果反饋至SCADA系統(tǒng)，便于工作人員第一時(shí)間掌握故障信息并作出應(yīng)急處理。

表1 變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)信息表Tab.1 Linkage information table of intelligent recognition system for equipment status in substation

2.4 視頻聯(lián)動(dòng)技術(shù)

變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)支持電力104規(guī)約、IEC61850規(guī)約與SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，該系統(tǒng)通過接收SCADA系統(tǒng)的遙控、遙信和遙測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的視頻聯(lián)動(dòng)功能，具體介紹如下：

1）遙控操作視頻聯(lián)動(dòng)。SCADA系統(tǒng)在發(fā)出遠(yuǎn)方操作指令后，站端的設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)立即通過智能巡檢監(jiān)控平臺(tái)控制對(duì)應(yīng)攝像機(jī)切換到指定位置，并在視頻監(jiān)視窗口彈出對(duì)應(yīng)設(shè)備視頻；同時(shí)該系統(tǒng)將開關(guān)、刀閘的狀態(tài)識(shí)別結(jié)果上送至SCADA系統(tǒng)，提醒操作人員開關(guān)、刀閘是否分合到位以便遠(yuǎn)方操作人員對(duì)該設(shè)備的操作過程及實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行全面分析和判斷，保證遙控操作的可靠性驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程可視化操作與控制。

2）遙控操作的智能驗(yàn)證。當(dāng)SCADA系統(tǒng)對(duì)某個(gè)設(shè)備發(fā)出遙控預(yù)置指令后，本系統(tǒng)可對(duì)主變壓器、開關(guān)、刀閘、接地刀閘等設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)遙信、設(shè)備狀態(tài)圖像等信息進(jìn)行智能分析，判斷設(shè)備狀態(tài)與遙控指令、遙信結(jié)果是否一致，如異常則實(shí)時(shí)報(bào)警。該系統(tǒng)也可作為程序化操作的防誤判據(jù)運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)、刀閘設(shè)備狀態(tài)的多源確認(rèn)[20]。

3 應(yīng)用實(shí)例

500 kV文山變電站（以下簡(jiǎn)稱“文山站”）地處中山市北部，是南方電網(wǎng)首座500 kV戶內(nèi)GIS變電站，也是南網(wǎng)智能技術(shù)應(yīng)用示范點(diǎn)。本文研制的變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于文山站2#主變?nèi)齻?cè)開關(guān)間隔，實(shí)現(xiàn)了對(duì)文山站2#主變開關(guān)、刀閘設(shè)備狀態(tài)的智能監(jiān)視與識(shí)別。

3.1 系統(tǒng)配置

文山站500 kV設(shè)備為戶內(nèi)GIS設(shè)備，220 kV設(shè)備為戶內(nèi)GIS設(shè)備，35 kV設(shè)備為戶外AIS設(shè)備。目前已在文山站2#主變?nèi)齻?cè)開關(guān)間隔部署基于機(jī)器視覺的變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)，主要包括：智能巡檢監(jiān)控平臺(tái)、智能圖像識(shí)別服務(wù)器、卡片攝像機(jī)、白光云臺(tái)攝像機(jī)、紅外筒型攝像機(jī)、交換機(jī)、正向隔離裝置和反向隔離裝置等設(shè)備，配置情況如圖6所示。

圖6 文山站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)配置圖Fig.6 Configuration diagram of intelligent recognition system of equipment status in Wenshan substation

圖6中監(jiān)視終端配置如下：

1）2#主變500 kV側(cè)開關(guān)間隔需安裝33臺(tái)攝像機(jī)拍攝開關(guān)三相位置指示牌、刀閘及接地刀閘拐臂位置指示盤。其中開關(guān)每相需配置1臺(tái)卡片攝像機(jī)，2臺(tái)開關(guān)共需配置6臺(tái)卡片攝像機(jī)；刀閘、接地刀閘每相需配置1臺(tái)卡片攝像機(jī)，4組刀閘及5組接地刀閘共需配置27臺(tái)卡片攝像機(jī)。

2）2#主變220 kV側(cè)開關(guān)間隔需安裝21臺(tái)攝像機(jī)拍攝開關(guān)三相位置指示牌、刀閘及接地刀閘拐臂位置指示盤。其中開關(guān)每相需配置1臺(tái)卡片攝像機(jī)，1臺(tái)開關(guān)共需配置3臺(tái)卡片攝像機(jī)；刀閘、接地刀閘每相需配置1臺(tái)卡片攝像機(jī)，3組刀閘及3組接地刀閘共需配置18臺(tái)卡片攝像機(jī)。

3）2#主變35 kV側(cè)開關(guān)間隔需安裝1臺(tái)紅外筒型攝像機(jī)拍攝開關(guān)位置指示牌，安裝6臺(tái)白光云臺(tái)攝像機(jī)拍攝刀閘及接地刀閘觸頭實(shí)際位置。其中開關(guān)每臺(tái)需配置1臺(tái)紅外筒型攝像機(jī)，1臺(tái)開關(guān)共需配置1臺(tái)紅外筒型攝像機(jī)；刀閘、接地刀閘每組需配置2臺(tái)白光云臺(tái)攝像機(jī)，1組刀閘及2組接地刀閘共需配置6臺(tái)白光云臺(tái)攝像機(jī)。

通過設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)在文山變電站2#主變的安裝應(yīng)用，有效地實(shí)現(xiàn)了2#主變?nèi)齻?cè)開關(guān)間隔的智能巡檢功能。

圖7為操作人員在后臺(tái)監(jiān)控機(jī)遠(yuǎn)方遙控2#主變變高側(cè)5 031開關(guān)時(shí)，設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)根據(jù)SCADA系統(tǒng)的遙控指令開展智能巡檢的結(jié)果反饋，由圖7可知，設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)根據(jù)5 031開關(guān)的遙信位置、遙測(cè)電流電壓情況，智能圖像識(shí)別的5 031開關(guān)位置結(jié)果，綜合判斷確認(rèn)5 031開關(guān)為合位。通過系統(tǒng)代替人工定期巡檢變電站內(nèi)開關(guān)的設(shè)備狀態(tài)，提高了巡檢效率和質(zhì)量，降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖7 綜合判斷5 031開關(guān)合位界面Fig.7 Diagram of comprehensive judgment of 5 031 switch status

3.2 效果分析

以文山站2#主變停電倒閘操作為例，設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)投運(yùn)前，運(yùn)行人員對(duì)文山站2#主變停電操作需要兩組人員共4人配合，一組人員在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)查看設(shè)備狀態(tài)變位情況，另一組人員在主控室遙控操作，每操作一次設(shè)備后必需通知現(xiàn)場(chǎng)人員查看設(shè)備狀態(tài)切換到位與否，確認(rèn)后才可進(jìn)行下一步操作。設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)投運(yùn)后，無需操作人員現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程自動(dòng)識(shí)別，只需一組人員在主控室遙控就可完成設(shè)備倒閘操作，節(jié)省了變電設(shè)備倒閘操作時(shí)間，提高了倒閘操作效率。具體倒閘操作時(shí)間統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 文山站2#主變停電倒閘操作耗時(shí)統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics of outage switching operation time of 2#main transformer in Wenshan substation

由表2中數(shù)據(jù)可知，安裝設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)前，完成2#主變停電倒閘操作需要兩組人員共4人耗時(shí)102 min，共計(jì)6.8工時(shí)；安裝設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)后，完成2#主變停電倒閘操作需要一組人員共2人耗時(shí)35 min，共計(jì)1.17工時(shí)，共節(jié)省5.63工時(shí)，大大節(jié)省了人力，提高了工作效率。

此外，在2#主變及三側(cè)開關(guān)設(shè)備發(fā)生任一異常時(shí)，該系統(tǒng)可啟動(dòng)智能巡檢，及時(shí)推送開關(guān)、刀閘設(shè)備狀態(tài)圖文信息，為變電部門運(yùn)維檢修提供信息快速報(bào)送和檢修決策支持，提高了應(yīng)急響應(yīng)能力。同時(shí)，該系統(tǒng)投運(yùn)后，操作人員無需在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢查開關(guān)、刀閘設(shè)備狀態(tài)，避免了設(shè)備短路爆炸造成的人身傷害，保障了人身安全。該系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了定期巡檢與自定義巡檢功能，進(jìn)一步節(jié)省了人力，同時(shí)解決了人工巡檢作業(yè)引起的巡檢質(zhì)量不高的問題，提升了變電設(shè)備運(yùn)維質(zhì)量。

4 結(jié)論

本文集成應(yīng)用開關(guān)狀態(tài)綜合判斷技術(shù)、刀閘狀態(tài)綜合判斷技術(shù)、智能巡檢技術(shù)和視頻聯(lián)動(dòng)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，研制了變電站設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別系統(tǒng)，通過與SCADA系統(tǒng)的信息交互，實(shí)現(xiàn)了變電站開關(guān)、刀閘設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程智能識(shí)別。

該系統(tǒng)可在變電設(shè)備倒閘操作、日常巡檢中代替人工巡檢開關(guān)、刀閘設(shè)備狀態(tài)，提高了巡檢效率和質(zhì)量，降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障了人身安全。

該系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)、刀閘設(shè)備狀態(tài)隱患并預(yù)警通知運(yùn)維人員檢查消缺，確保了開關(guān)、刀閘安全可靠運(yùn)行，有效地提升了變電站設(shè)備智能運(yùn)維技術(shù)水平。