基于 PDA 视频处理的智能电表检测方法研究

基于 PDA 视频处理的智能电表检测方法研究

曹洁琼 唐小亮 内蒙古电力（集团）有限责任公司乌兰察布电业局 内蒙古乌兰察布 012 000 摘要： 智能电能表作为智能电网最为重要的智能测量设备之一，实现了用户和供电 企业 之间真正的双向通信和信息互享，并支持付费模式可变、支持微型分布式发电等功能。随着智能电能表 运用 数量不断增加，其 计量检测 问题也随之增多 ， 目前采取 的是 定期批量更换的 检测和 运行维护策略，缺乏智能电能表性能动态评价机制，造成了人力、物力浪费 ，本文将智能电能表故障检测方法与智能手机相结合，以期改善检测方式，提高工作效率 。

关键词：智能电表 故障检测 PDA 视频处理

引言

智能电表是电力系统运营中的关键计量环节，作为强检计量器，其数量随着科技的发展而激增。在用户供电要求提升的情况下，依靠传统的带回实验室进行校验的方式对电能表进行检测已不切实际，因此电能表现场校验仪的作用变得尤为重要。现阶段现场校验仪可以实现测量电压、电流、相位、频率等参数，同时可利用光电头和脉冲线输入连接到电能表，例如较早的手持式现场校验仪，采用捕获脉冲计数的方法实现对电能表的准确校验。但是连接脉冲线需要打开端子盖，光电头吸附时比较繁琐，尚无一种高效、快捷、智能的现场校验设备。 随着智能手机技术的发展，各种手机应用软件层出不穷，智能手机不再仅仅是通信工具，同时由于其具有网络接入、获取定位、拍照等多种功能，其应用场景越来越广。因此，手机平台在专业测量现场工作中有非常广阔的应用。然而仅凭智能手机的软件功能，无法实现现场测量；将软件与带有接口的测量模块硬件相结合，才能赋予设备更实际和广泛的应用。本文提出一种将专业测量技术与智能手机（personal digital assistant, PDA）相结合，利用PDA 视频处理图像识别技术进行智能电能表故障检测的装置，以便提高工作效率。

1 实验设计

盐雾环境模拟：智能电能表在盐雾环境下的老化试验可采用大型盐雾试验箱进行，并按照ASTM D1141-2013标准配置盐雾实验中所用的人工海水溶液，利用所配制的人造海水配制不同人造海水浓度的溶液，作为接下来的盐雾溶液。加速试验：智能电能表在盐雾环境下开展老化试验的线路，整个试验测试线路由盐雾控制箱、智能电能表、电能表校验仪、交流电源、负载电阻、开关及保险丝组成。在智能电能表投入使用前，抽取一定数量的智能电能表开展盐雾老化试验。在盐雾老化试验过程中，将智能电能表置于盐雾箱中，通过控制盐雾用溶液中的人造海水浓度以及盐雾沉降率，控制盐沉积量(C)，同时控制试验温度(T)，在老化时间(t)时对参与实验的智能电能表的计量误差(Δ)进行测试，当计量误差(Δ)达到计量误差可接受值(Δy)时，认为智能电能表达到寿命上限(l)。通过改变老化试验参数，可获得多个盐雾浓度环境下的智能电能表寿命函数。

2智能电表的火线和零线反向检测原理

2.1火线和零线反接的不良影响

1. 对于配有三插的墙壁插座内部接线有个口诀： 左零右火中接地。 所以三插头插上去以后，火线零线和地线都是固定的。 而且三插头的火线连着用电器的开关， 因为开关控火不控零， 所以火线零线最好别接反， 而且换成两芯插头也少了地线， 有安全隐患。2） 螺口的灯头上有两个接点， 中间面积小的一点接控制线 （火线）， 螺口面积大的接零线。 如果火线接到了螺口位置， 通电时带电面积比较大，有安全隐患。3） 单 P 漏保的接线也是固定的左火右零， 而且 N 位置对应的点一直是接通状态， 如果接了火线， 无论推闸跳闸底部都是带电的， 非常危险。4） 家里灯的开关也是控火不控零， 虽然开关接到零线上也可以使用， 但开关断零线时， 灯头仍连着火线处于带电状态， 有安全隐患； 并且有部分灯断电以后仍然微亮。5） 一些智能开关也是控火不控零， 所以进线端火线零线也不可以接反。

2.2智能电表火线和零线检测的硬件原理

由反接检测电路图可知， 其工作原理是通过 AD 口 采 样 R101 同 GND 之 间 的 电 压 信 号LN_D。 当正常 1 接火线， 3 接零线的时候， R101两端的电压 LN_D 是一个恒定的信号， 没有跳变。但是当火线和零线反接的时候， R101 的两端就会检测到一个干扰信号， 通过 AD 采样， 把这个数据提取出来， 当 AD 采样值大于一个固定的常数电压时， 就可以判断出此电表的火线和零线已经接反，通过 LCD 的状态字或 LED 等指示出来。

2.3智能电表火线和零线检测的软件流程

具体操作流程有以下步骤：1） 配置定时器为 10ms 中断；2） 在主程序中配置为 1s 检测一次 AN3 脚的电压信号;3） 读取 AN3 脚的电压信号的值;4） 同经验值相比较;5） 当 AD 值大于经验值的时候判断为火线和零线反接;6） 在 LCD 和 LED 灯中指示出来反接的状态。

3基于 PDA 视频处理的智能电表实时检测

3.1 PDA 与终端连接

本文主要采用蓝牙进行 PDA 与终端的连接，具有以下三个特点，以保证通信的安全性：①蓝牙支持短距离通信，设计装置主要针对现场使用，对于测试数据实时读取，不涉及读取电表内部其他信息或有关隐私方面数据；②设计装置的蓝牙通信是配对使用，在建立连接之前保证了通信的安全性；③采用自定义通信协议进行解析，不了解通信协议则无法与测量硬件通信，保证现场使用的安全性^[1]。

3.2 实时检测

检测装置的处理方法将电能计量的远程在线检测系统进行优化。PDA 端带有应用软件，通过蓝牙或 USB 可以与测量终端连接，既可以实时显示被测的电压、电流、相位、功率、谐波和波形等，也可以设置被检电表的时常数、校验圈数等校验参数。利用摄像头代替光电头采样器采集脉冲信号，利用动态图像识别算法对电能表输出脉冲进行目标识别和跟踪，获取电能输出脉冲，进行电能误差校验。1）图像获取 （1）PDA 摄像头拍摄电表图片，自动识别电表类型时常数等，使用蓝牙接口设置故障检测模块。 （2）调用系统相机录像，根据需要校验的圈数，拍摄完整的脉冲闪烁周期，录制的同时利用 PDA 蓝牙实时读取智能电表故障检测模块的电压、电流和相位，保存好与视频对应的幅值时间信息。 （3）遍历录制视频所有类型的流，找到视频流，获取视频流中的编解码上下文，并根据编解码上下文中的编码 ID，查找对应的解码，打开解码器，解码一帧视频压缩数据，得到视频像素数据。 注：PDA 摄像头录制时，被检电能表脉冲灯必须完全熄灭或点亮，便于录制识别。①将被检电能表周围光线调暗；②显示器处于背光或关闭状态；③避免脉冲灯反光；④遮住红外发射和接收灯，避免手机摄像头触发电能表的红外信号；⑤可定制相应的工装，测量时进行现场遮挡，避免对摄像头录制时脉冲灯的影响。 2）脉冲灯识别判定 定位有功发光二极管位置，将获取到视频帧的时间信息与视频灯是否闪烁进行绑定，并同步记录录制视频时的电参数；利用图像处理算法进行识别。具体步骤为：①对图像进行高斯平滑、中值滤波、二值化、膨胀和腐蚀等预处理后，去除图像噪声，然后对图像进行圆形区域查找，获取对应的最优矩形及对应的点；②基于最优地获取一个 Mask区域，统计红色像素值出现的数量大小，与设定的阈值比较进行判别。即采用帧差法在极短的时间内比较视频图像序列中前后两帧的图像，通过对应像素点的灰度差和颜色变化来判断发光二极管是否从灭到亮^[2]。

结束语

计算精度满足现场校验的需要，接线简单，操作快捷方便；利用人工智能图像识别技术结合仪表测量，适应现代移动互联网发展，实现智能电表快速故障检测和现场校验，提高工作效率^[3]。

参考文献：

[1]梁志强,薛洪春,刘洪波,徐京生,卢玉凤.一种火线和零线反接检测的单相智能电表[J].仪器仪表与分析监测,2021(03):15-19.

[2]宋凤伟,鲁舟斌,王贤雷,贺琦富,周夏语.盐雾气候下智能电能表更换方法研究[J].电力设备管理,2021(07):52-53.

[3]李腾腾,蔡梦杰,高永峰,王佳东,王海滨.基于智能手机视频处理技术的智能电表故障检测[J].电气技术,2021,22(06):124-127.