图像识别在智能变电站一键顺控操作中的应用研究

图像识别在智能变电站一键顺控操作中的应用研究

刘伟 胡珊珊 于奉振

国网襄阳供电公司 湖北省 襄阳市 441100

摘要：随着我国经济的迅速发展，对电网建设与运行提出了更高的安全和效能要求。要保障电网调度和控制的安全，首先要保证变电站的运行安全，在变电站运行过程中避免误操作是其中之关键，倒闸操作是变电站日常运行中最重要的运维之一，倒闸操作的成功与否直接关乎到电网的安全运行。然而变电站传统倒闸操作的智能化程度不高、误操作风险大，由于站内现有的智能化设备，对隔离开关(刀闸)和断路器(开关)状态识别的成功率很难达到要求，以至于很多具备自动化控制系统和顺序控制模块智能变电站都无法完全实现无人化操作。本文研究图像识别在智能变电站一键顺控操作中的应用，通过图像识别技术，实现一键式顺序控制操作为变电站运行提供了一种更加智能化和安全的操作方式。

关键字：图像识别；视频；智能变电站；一键顺控；应用

1.“一键顺控”的内涵与特点

1.1“一键顺控”的定义

“一键顺控”是指智能变电站的高级应用功能中利用智能变电站的顺控功能，将变电站的常见操作根据一定的五防逻辑在智能变电站的监控后台上编制成操作模块按钮，操作人员在操作时不需要编制内容复杂的操作票，只需要操作任务名称调用“一键顺控”按钮对应的操作票进行操作即可完成目的操作。

1.2一键顺控系统构成及原理

在变电站部署监控主机、独立智能防误主机和I区运检网关机，独立智能防误主机与监控系统内置防误逻辑实现双套防误校核，I区运检网关机为远方一键顺控提供通道 。图1所示为变电站一键顺控系统构架图。

图1 视频比对双确认方式一键顺控系统构架图

1.2“一键顺控”实际特点

当变电站应用“一键顺控”技术后，变电站设备具备了程序化操作功能，调度员仅需下调度令至计算机操作系统，通过系统将设备状态改至“冷备用态”，随后调度员与变电站现场变电运维人员即可完成“冷备用状态移交”，即“冷备用状态移交”概念成为可能。后续设备状态可根据变电检修人员工作要求，对一、二次设备“检修态”操作，较大提高了变电站整体年检效率。

2.传统顺序控制操作存在的问题

目前智能变电站中，一次设备的位置信号以及运行状态(如刀闸开合)主要由遥信采集的电信号和遥测采集的遥测量来实现，智能防误系统对设备产生遥测、遥信量对相应变化进行判断程序化操作是否到位陋引

在进行倒闸操作时，现有的大多数智能变电站的综合自动化系统，其中的顺序控制系统并没有实现一键式顺序控制。由于站内刀闸(隔离开关)长期处于户外，易发生氧化生锈等情况，所以遥信和遥测确认的一次设备辅助接点与一次设备实际位置无法达到严格对应，导致依然需要监护人员在现场配合进行相应的设备的初始情况和目标达成情况的确认。

为了代替运行人员对倒闸操作过程中设备位置状态进行识别与核对。在变电站综合自动化系统中加入图像识别技术，并与变电站顺序控制相结合，能够实现通过监控系统对设备环境状态进行直接的信息采集、图像分析，从而自主判断电力设备当前运行状态，为故障诊断以及顺控操作后的目标达成状况提供一种新的检测手段，在进行设备状态确认后保证顺序控制功能的安全可靠，发现设备故障或与预期状态不匹配时自动报警，省去人工现场确认环节。

图像识别技术为这一技术难点提出了解决方案，利用图像识别单元采集设备的状态，并将数据采集和监控系统与智能变电站综合自动化系统的融合，一键顺控操作提供一种非同源确认信号，并能有效解决一键顺控操作无法有效进行，真正实现了变电站倒闸操作的“一键式”顺序控制，大大提高了生产效率，并且降低了人工操作的风险。

3.图像识别技术在一键式顺序控制中的应用意义

图像识别在智能变电站一键式顺序控制操作中的应用，是通过图像识别算法识别电气设备状态。以变电站隔离开关刀开／合闸状态和翻字牌为例，对被识别的设备所采集的实时图像进行处理，得到反映设备状态的图像信号，并利用图像识别技术的分析识别算法来有效判断其状态信息。

将图像识别处理结果作为标准的逻辑切换操作，以监视和跟踪同步显示的设备图片，避免电气误操作可能造成的误差识别从单一电信号时，电气设备刀闸的动力装置不正确到位，并实现远程检查和监测设备通过声音、视频和图片。

该方法不仅能提高开关运行的安全性和效率，而且能提高一键式顺序控制倒闸操作的可靠性。通过远程巡检，可以减少运营商的工作量，为提高调度控制一体化水平，保障电网的稳定与安全提供强有力的技术支持。

4.图像识别技术在一键式顺序控制中的应用案例

4.1案例一：视频确认的变电站顺控操作系统

新增的视频确认单元与顺控系统通过正反向隔离装置保证变电站数据通讯安全,通讯协议采用国网标准61850 规约,在通讯上实现快速准确传递消息,在顺控操作的判断逻辑上加上视频分析结果,有2 种方式判断操作票是否可以执行下一步操作,具体系统设计实现如下。

4.1顺控系统总体架构

新增视频分析确认单元对顺控系统进行总体升级,升级后的顺控系统整体方案如图2所示。

图2 顺控系统总体架构

升级后的顺控系统在调度中心系统添加顺控操作展示模块,将操作票分解展示在操作项目栏并实时获取操作进度,并通过视频平台辅助现场实时视频画面直观了解到顺控操作过程,实现顺控操作环节的可视化。

在站端新增视频分析确认单元,通过视频算法识别顺控操作中的设备状态,并将分析结果返回给程序化操作单元,为顺控操作提供一种非同源确认信号,实现了顺控操作双确认功能。

在变电站端新增由顺控监控主机构成的顺控操作单元,站端新增视频分析确认单元与监控主机内置防误逻辑实现双套防误校核,并在调度数据网上开通程序化操作端口通过交换机与主站调度系统进行对接。

4.2 顺控操作实现

新增视频确认单元后的顺控系统流程实现如图3所示。

图3 顺控操作流程图

顺控操作执行时,在主站端通过调度系统向下执行操作票调取和下发操作执行指令,通过调度数据网连接变电站端的顺控操作单元对站端测控保护装置依次发送遥控操作,该过程中操作票和顺控操作逻辑均存储在站端顺控操作单元内,同时顺控操作单元内的智能防误系统会对每次顺控操作使设备产生遥测、遥信量的相应变化进行判断顺控操作是否到位,确认到位后将结果发送给视频确认单元,待视频确认单元分析匹配原有结果后进行下一步遥控操作 。实施顺控操作后,监控人员只需在主站端根据现场需求选择顺控操作票,操作票的执行和操作过程的校验由自动化系统自动完成,中间过程无需人工参与。

4.2案例二

调度顺控操作指令下发后，变电站智能运检监控系统与调度SCADA端口通信，与机器人平台和调度web服务器通信联动，实现倒闸操作联动机器人进行位置识别和确认。设备变位后，视频监控系统和巡检机器人利用图像识别技术识别并判断设备位置，将结果返回至智能运检监控系统，系统将识别结果保存至系统数据库。只有SCADA监控系统、视频监控系统、智能巡检机器人系统三者的结果一致，才判定操作成功，否则认为操作失败，则操作立即停止。变电站智能运检监控系统的应用实现顺控操作非同源信号确认，减少了人工参与，提高了变电站一键顺控操作的可靠性。

为验证一键顺控的可靠性和高效性，110kV变电站站开展了顺控操作试验工作，完成2198次试验，顺利操作2180次，操作正确率100%，操作顺利率99.2%，18次不顺利操作主要由设备质量或操作回路缺陷引起。由表5-1，一键顺控方式下，每间隔停送电的操作时间较人工操作平均节约45.8%。

表5-1 程序化操作与传统操作方式在操作效率上的比较.

5.结语

将图像判别技术引入变电站自动化技术中，为今后的变电站自动化乃至整个电力系统的运行提供了一种新的思路。随着改造工程的不断深入，如何有效提升图像识别的准确性和判别速度、提升数据传输速度和系统的兼容性、对于二次设备的顺序控制等新的问题亟待解决。

参考文献：

【1】战麒．淮河变电站程序化操作的升级改造设计．大连理工大学，2018

【2】全少雄．220kV变电站倒闸操作常见问题与改进措施分析【J】．山东工业技术，2018(22)：183．

【3】白煜．顺序控制在智能变电站中的应用．天津大学，2016