遥视系统在电力系统现场管理研究

遥视系统在电力系统现场管理研究

何秋红 赵力思 汤雪松 吴彬 肖云凯 范福来

国网重庆市电力公司铜梁供电分公司 402560

视觉是人类观察世界、认知世界的重要功能手段。随着电力系统自动化和管理现代化水平的提高，遥视系统（远程图像监控）和红外热成像技术在电力系统得到广泛的应用，为电力系统提供了丰富的现场运行图像信息。这些信息不仅能让电力系统操作运行人员直观，准确了解现场设备的运行状态和环境状况，而且基于图像信息的分析,能解决电力系统存在的许多顽固问题。由于电力系统过程的持续性、实时性、复杂性和强耦合性，远程图像监控和红外热成像取得的丰富的现场图像信息仅靠人为的监控和分析是远远不够的。

论文首先阐述了网络化遥视系统的结构，功能和关键技术问题，接下来介绍了遥视系统和红外热成像的集成，详细论述了遥视系统和红外热成像的硬、软件结构集成、红外热成像在电力遥视系统的预处理、伪彩色编码和传输编码等，探讨了集成系统的几个关键技术问题。

关键字：遥视系统红外热成像机器视觉 继电保护

1.研究背景

20世纪90年代中期以来，为满足厂站无人值班和安全运行的迫切需要，遥视系统在电力系统广泛的发展起来。实现无人值班变电站逐渐成为电力部门广泛推广的一项减人增效的有力措施。近十年来，特别是我国城农网改造期间，220kV以下的终端变电站相继进行了无人值班改造。国家电力公司已经规定220kV终端变电站和110kV及以下变电站实现无人值班是电力行业供电企业创一流企业的必备条件之一。

遥视系统和红外成像系统同属于图像获取系统，其直接目的就是为了获得图像信息。图像信息是多媒体信息的一种，它有其信息丰富的优点，但是也存在着信息复杂而难以处理的问题。现在对这些获取而来的图像信息的理解主要是依靠人的视觉系统（包括人眼、视觉神经以及大脑中枢等）。其中存在这样几个问题：一是依赖于监控人员频频的调试和长时间监视画面，而人眼有主观性和易疲劳的弱点，特别是长时间，大范围，多角度观察视频图像，不但对监控人员的视力会有损害，并且有异常情况时也不易发现；二是由于人眼具有强直观性，模糊图像对人眼识别有很强的干扰，并且人眼的分辨率很有限，某些情况不满足系统监控要求；三是不能快速地将各个相关画面信息进行综合判断，而电力系统是一个信息、能量变化非常迅速的系统，过渡过程往往在一瞬间完成，所以一旦发生故障，要尽量能在短时间内消除，否则很容易造成事故的扩大化。如何将获得的大量图像信息转化为高层的视觉信息并对其进行方便的理解显然是一个值得研究的问题。

2网络化电力遥视系统

2.1网络化电力遥视系统的结构

电力遥视系统按通信方式分可分为两种：点对多点模式，广域网络模式(TCP/IP)_o点对多点模式由于接口简单，容易接入电视墙在电力遥视系统中得到广泛应用。但因其视频监视功能大部分靠视频矩阵实现，而视频矩阵输出路数很有限，主机监视视频信息时需要频繁切换视频信号，影响了监控的实时性。更为重要的是，多次解压缩使得视频效果变差，视频矩阵输出路数有限，上传路数有限，网络应用因而也受到限制。在电力系统数字化网络化的今天，这种方式逐渐被淘汰。广域网络模式(图2-1)能克服点对点模式上述缺陷，逐渐成为电力遥视系统的主流。

在遥视系统中，由于数字化视频信号是非常庞大，对图像数据进行压缩，实现高效、实时的信息传输是遥视技术的关键所在。而基于嵌入式技术的装置具有非常好的稳定性而且体积小，这种装置可以非常方便地嵌入到各种大系统中，对变电站自动化系统来说当然也不例外。由于DSP、32位RISC处理器以及数字图像编解码术的迅猛发展，基于嵌入式技术的电力遥视系统发展开始成为趋势^[17][18]_O

以某市供电局通信中心遥视系统为例，具体来论述网络化电力遥视系统的结构。该遥视系统采用基于B/S构架的网络化电力遥视系统，共六个监控站，一个本地通信中心，五个远方通信机房，分别通过信道与嵌入式系统连接。系统采用杭州可视通公司嵌入式视频服务器，共有18个摄像点，包括12个动点摄像机，6个定点摄像机，35个报警点。系统按结构可分为三个部分：被监控站、监控站、传输网络。系统结构如图2-1,各部分设备及程序结构如下：

(1)被监控站：

被监控站的职能是完成多媒体监测信息(视频、音频、环境监测信号等)的采集和上传，接收并处理监控站下达的远程控制指令。在每个被监控站安装一台用于多媒体信息采集传输的网络嵌入式多媒体信息服务器，内置WebServer_o摄像头视频通过视频采集卡压缩后，与压缩音频、报警和其他信息一起通过内部高速总线传送至内置的WebServer,采用TCP/IP通过网卡发送到广域网络上，实现变电站信息的综合传输。这样它完全可摒弃传统的监控中心端的集中监控局域网模式，无需专用的软件，任何地点的一台PC,只要采用TCP/IP协议，具有IE或NetscapeNavigator等标准浏览器即可调看前端WebServer上的图像，方便地实现分布式、随意性的视频监控凹凶。

通信分站内装有多个摄像机，通过视频线和嵌入式系统连接起来。嵌入式系统集成了视频编码芯片，视频切换器，它可以从多路视频输入信息中选择一路或几路信息输出。嵌入式系统主机视频输出采用信道控制器与变电站的报警信息、音频信息一起压缩编码后在信道上传输，其余的视频输出用于变电站就地监视。

变电站1

广域网络

网络用户

多媒体分控

多媒体主控

网络用户

图2-1广域网络(TCP/IP)模式遥视系统结构图

3遥视系统和红外热成像

3.1红外热成像

红外热成像技术即通过红外传感器接收位于一定距离的被测目标所发出的红外辐射，再由信号处理系统转变成为目标的视频热图像的一种技术，它将物体的热分布转换为可视图像，并在监视器上以灰度级或伪彩色显示出来，从而得到被测目标的温度分布场Mo

由于带电设备的热效应，电力设备许多故障都表现为由设备温度的异常升高或变化，最后酿成各种安全事故。应用红外热成像技术，进行电力设备运行状态监测和故障诊断，乃至对发电厂变电站等电力设施进行温度管理，受到了普遍的重视。掌握设备在正常运行状态下的发热规律及其表面温度场的分布和温升状况，以此为根据，结合设备结构及传导热能的途径，进一步分析各种设备缺陷及故障状态的热场及温升，再参考其他检测结果，就能较好地对设备有无内部或外部故障进行诊断。

电力工业应用红外技术来提高其设备运行可靠性、保证安全生产，是从使用红外测温仪开始的。但是，由于红外测温仪检测效率低，无法检测运动目标，容易出现大的测量偏差等不足，促使电力部门开始研制和应用红外热像仪。红外热像仪是一种将光、机、电技术融为一体的新技术产品。红外热像仪除了具备其它红外诊断手段所拥有的共同技术特点（即非接触测温，无电磁干扰，操作安全，可在不停电的情况下定时或连续地对电力设备进行带电在线检测，不破坏设备在运行中的真实温度分布状态）夕卜，还由于这种诊断仪器采用精密光机扫描成像方式来探测目标辐射，所以，与探测目标点温度或局部平均温度的红外测温仪相比，又具有可获得目标二维温度分布（热像图）、便于与设备邻近部位或不同相间进行对比诊断，以及检测效率高、省时、省力等优点；与红外行扫描器及红外热电视相比，还具有温度分辨率及空间分辨率高，扫描速度快，图像清晰度高，能可靠地诊断出设备中的细微热状态变化，并能将仪器装在直升飞机上对高压输电线路故障进行巡线诊断，克服恶劣地理条件限制等优点。另外，发展比较成熟的红外热像仪，都配备有辅助的计算机图像处理系统（某种程度上已属于计算机视觉系统的一部分），可对采集的设备热状态红外图像进行各种计算、分析和处理，提高了诊断的可靠性，并建立了设备运行状态管理的数据库。由于红外图像一般不属于人类视觉系统的处理对象，并且相对于常见的场景灰度图像其包含的信息更为明确和简单，因此，在红外图像监控系统中应用计算机视觉技术显得更为有利和有效。

参考文献

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