基于視頻監(jiān)控的變電站可視化遠(yuǎn)程智能巡檢方法

李默煊

（國網(wǎng)陜西電力有限公司超高壓公司，陜西 西安 710026）

0 引 言

變電站在廣義角度上分析，可以將其看作一種改變電壓的場(chǎng)所[1]。通常情況下，在電能輸送距離較長時(shí)，需要對(duì)電壓進(jìn)行升高轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘姾蟛拍苓M(jìn)行遠(yuǎn)距離的輸送[2]。當(dāng)電壓輸送到目標(biāo)地后，根據(jù)用戶的實(shí)際用電需求，將電壓降低，并為其供電[3]。此種升降電壓的工作均需要變電站完成，由此可見，變電站對(duì)于電能輸送具有重要意義[4]。在變電站運(yùn)行過程中，受到多項(xiàng)因素影響，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)與故障隱患，此時(shí)需要采用科學(xué)的變電站巡檢方法，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢，基于巡檢結(jié)果，作出運(yùn)維與檢修處理，進(jìn)而提高變電站運(yùn)行的質(zhì)量與安全[5]。現(xiàn)階段，大多數(shù)變電站工程中采用傳統(tǒng)的人工巡檢方法，巡檢效率過低，巡檢范圍具有較大的局限性，且耗費(fèi)大量的人力資源，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能巡檢的目標(biāo)[6]。

視頻監(jiān)控作為安全防范系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)與模擬攝像機(jī)，實(shí)時(shí)采集變電站運(yùn)行特征與故障信號(hào)，通過顯示器回傳巡檢結(jié)果，巡檢結(jié)果精度較高，且巡檢范圍廣泛，通過遠(yuǎn)程操控的方式，實(shí)現(xiàn)智能化巡檢目標(biāo)[7]。基于此，本文引入視頻監(jiān)控與可視化原理，針對(duì)變電站提出了1種全新的可視化遠(yuǎn)程智能巡檢方法，為變電站的高速運(yùn)行與高質(zhì)量電能輸送提供保障。

1 變電站可視化遠(yuǎn)程智能巡檢方法

1.1 選取可視化遠(yuǎn)程智能監(jiān)控設(shè)備

本文設(shè)計(jì)的變電站可視化遠(yuǎn)程智能巡檢方法中，首先需要根據(jù)變電站的實(shí)際運(yùn)行狀況以及潛在的故障隱患，選取智能化與自動(dòng)化性能較強(qiáng)的可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，全方位監(jiān)控變電站設(shè)備與場(chǎng)地的變化。

在監(jiān)控設(shè)備選取時(shí)，以提高巡檢效率與巡檢精度為核心目標(biāo)，首先針對(duì)變電站中開關(guān)與接地線設(shè)備的巡檢來說，本文選取一體化云臺(tái)攝像機(jī)作為監(jiān)控設(shè)備。將其安裝在變電站室外的合理位置，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)球機(jī)，共同對(duì)變電站室外的生產(chǎn)設(shè)備以及場(chǎng)地的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[8]。基于變電站中設(shè)備指示儀表的狀態(tài)以及電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)巡檢來說，本文選取輕型高清云臺(tái)攝像機(jī)能夠根據(jù)設(shè)備與指示儀表的實(shí)際運(yùn)行情況上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)，監(jiān)控范圍較廣泛，且能夠同時(shí)監(jiān)控多個(gè)設(shè)備，通過變焦查看設(shè)備運(yùn)行的具體細(xì)節(jié)。

1.2 遠(yuǎn)程采集變電站巡檢圖像

在可視化遠(yuǎn)程智能監(jiān)控設(shè)備選取完畢后，遠(yuǎn)程采集變電站巡檢圖像，為后續(xù)的檢測(cè)提供基礎(chǔ)保障。首先，通過多傳感器的配合使用，實(shí)時(shí)采集變電站設(shè)備運(yùn)行的圖像，將圖像進(jìn)行多維度集中展示，全面進(jìn)行變電站狀態(tài)監(jiān)控。在此基礎(chǔ)上，明確變電站巡檢圖像遠(yuǎn)程采集的對(duì)象，如圖1所示。

圖1 變電站巡檢圖像遠(yuǎn)程采集對(duì)象結(jié)構(gòu)

如圖1所示，巡檢圖像遠(yuǎn)程采集的對(duì)象主要包括變電站的一次設(shè)備、輔助設(shè)施、主變壓器、開關(guān)柜與氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（Gas Insulated Switchgear，GIS）設(shè)備。明確采集對(duì)象后，利用多傳感器，實(shí)時(shí)采集變電站設(shè)備與場(chǎng)地的巡檢圖像，并上傳至視頻監(jiān)控界面。

1.3 基于視頻監(jiān)控的變電站巡檢圖像檢測(cè)

在變電站巡檢圖像遠(yuǎn)程采集完畢后，獲取到變電站設(shè)備與場(chǎng)地的巡檢圖像。接下來，引入視頻監(jiān)控與可視化原理，對(duì)變電站巡檢圖像進(jìn)行檢測(cè)，獲取變電站巡檢圖像缺陷，進(jìn)而得知變電站運(yùn)行過程中存在的問題與故障隱患。首先，利用可視化技術(shù)對(duì)視頻監(jiān)控的變電站巡檢圖像進(jìn)行去模糊處理，巡檢圖像去模糊表達(dá)式為

式中：RA表示視頻監(jiān)控的變電站巡檢模糊圖像；RC表示視頻監(jiān)控的變電站巡檢清晰圖像；K(m)表示巡檢圖像模糊核；*表示圖像去模糊卷積運(yùn)算；N表示視頻監(jiān)控的變電站巡檢圖像中存在的干擾噪聲。

通過圖像去模糊表達(dá)式，對(duì)圖像的模糊核進(jìn)行處理，減少圖像中的噪聲干擾。在此基礎(chǔ)上，利用深度特征提取的方法，提取視頻監(jiān)控變電站巡檢圖像中的特征信息，并進(jìn)行特征融合處理。對(duì)特征融合處理后的巡檢圖像進(jìn)行差分與閾值分割處理，獲取巡檢圖像中的異常區(qū)域，對(duì)異常區(qū)域作出判斷。在此基礎(chǔ)上，將巡檢圖像的異常區(qū)域判斷結(jié)果上傳至變電站智能巡檢模塊中，通過以太網(wǎng)上傳至巡檢中心的顯示器上，自動(dòng)記錄變電站的巡檢時(shí)間、巡檢狀態(tài)等信息，巡檢中心的工作人員通過查看該模塊，獲取變電站的巡檢信息數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控圖像，實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程智能巡檢的目標(biāo)。

2 實(shí)驗(yàn)分析

綜合上述內(nèi)容，為本文針對(duì)變電站運(yùn)行過程中存在的故障隱患設(shè)計(jì)了基于視頻監(jiān)控的可視化遠(yuǎn)程智能巡檢方法的整體流程。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的智能巡檢方法的可行性，進(jìn)行了如下文所示的實(shí)驗(yàn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取某地區(qū)X變電站作為實(shí)驗(yàn)的試點(diǎn)變電站，該變電站屬于室內(nèi)GIS智能變電站，作為該地區(qū)智能電網(wǎng)高速發(fā)展的重要樞紐。X變電站站控層、間隔層與過程層等3層結(jié)構(gòu)以及過程層網(wǎng)絡(luò)、站控層網(wǎng)絡(luò)2種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，3層結(jié)構(gòu)均采用以太網(wǎng)通信的方式進(jìn)行變電站內(nèi)部設(shè)備之間的信息交互作用，相對(duì)來說，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、智能化與自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)顯著，符合當(dāng)前變電站自動(dòng)化運(yùn)維管理的需求。X變電站于2013年建成，以油浸式變壓器作為主變，型號(hào)為MLP11-52300/110。其中，110 kV變電站采用線變組的結(jié)線方式，整體運(yùn)行效率與質(zhì)量較高。X變電站組成結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 X變電站組成結(jié)構(gòu)

除了油浸式變壓器以外，變電站還含有1臺(tái)GIS設(shè)備、3臺(tái)GIS斷路器、8臺(tái)GIS隔離開關(guān)與接地開關(guān)、8組電容器以及2臺(tái)站用變?，F(xiàn)階段，X變電站中已經(jīng)安裝了全覆蓋的攝像機(jī)，輔助在線監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)變電站內(nèi)所有設(shè)備運(yùn)行狀況與動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行全方位監(jiān)控與巡檢。然而，由于X變電站供電范圍與供電規(guī)模較大，傳統(tǒng)的變電站巡檢方法已經(jīng)無法滿足X變電站的運(yùn)行需求，不能實(shí)時(shí)獲取各個(gè)設(shè)備運(yùn)行的精確巡檢結(jié)果?；诖?，將上述本文設(shè)計(jì)的基于視頻監(jiān)控的可視化智能巡檢方法應(yīng)用到該變電站中，一方面保證X變電站運(yùn)行的質(zhì)量與安全，另一方面通過分析其應(yīng)用效果驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)巡檢方法的有效性。

2.2 結(jié)果分析

為了更加直觀地驗(yàn)證本文提出的智能巡檢方法的可行性，采用對(duì)比分析的實(shí)驗(yàn)方法。將上述本文提出的基于視頻監(jiān)控的變電站可視化遠(yuǎn)程智能巡檢方法，與文獻(xiàn)[1]提出的基于深度算法的變電站巡檢方法、文獻(xiàn)[6]提出的基于信息模型的變電站巡檢方法進(jìn)行對(duì)比。隨機(jī)進(jìn)行6組實(shí)驗(yàn)，對(duì)每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)號(hào)，分別為BDZ-XJ01、BDZ-XJ02、BDZ-XJ03、BDZXJ04、BDZ-XJ05、BDZ-XJ06。設(shè)定變電站單點(diǎn)巡檢時(shí)間為2 min，采用MATLAB分析軟件，測(cè)定單點(diǎn)巡檢時(shí)間內(nèi)，3種方法巡檢的覆蓋率并對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

表1 單點(diǎn)巡檢時(shí)間內(nèi)3種方法巡檢覆蓋率對(duì)比 單位：%

根據(jù)表1的對(duì)比結(jié)果可知，在3種變電站巡檢方法中，本文提出的基于視頻監(jiān)控的可視化遠(yuǎn)程智能巡檢方法，在相同單點(diǎn)巡檢時(shí)間內(nèi)，巡檢覆蓋率較另外2種方法相比更高，均在97.82%以上。由此可見，本文設(shè)計(jì)方法遠(yuǎn)程巡檢范圍較廣泛，打破了傳統(tǒng)巡檢方法的局限性，可行性較高。

3 結(jié) 論

綜上所述，為了改善傳統(tǒng)變電站巡檢方法在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的不足，本文在傳統(tǒng)巡檢方法的基礎(chǔ)上引入視頻監(jiān)控與可視化原理，提出了1種全新的智能巡檢方法。通過本文的研究，有效提高了變電站巡檢的效率與質(zhì)量，準(zhǔn)確掌握變電站電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)信息與特征，通過系列化的巡檢技術(shù)，保證了變電站電氣設(shè)備管理與檢修的及時(shí)性，對(duì)提高變電站設(shè)備運(yùn)行的效率與安全、促進(jìn)變電站的高質(zhì)量發(fā)展具有一定的意義。