基于多源信息融合的设备动作状态自动识别方法的研究

裴玉龙， 章立宗， 刘永新， 许伟国， 阮黎翔

（1.南瑞集团公司（国网电力科学研究院），南京 211106；2.国电南瑞科技股份有限公司，南京 211106; 3.国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江 绍兴 312000；4.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

基于多源信息融合的设备动作状态自动识别方法的研究

裴玉龙1，2， 章立宗3， 刘永新3， 许伟国3， 阮黎翔4

（1.南瑞集团公司（国网电力科学研究院），南京 211106；2.国电南瑞科技股份有限公司，南京 211106; 3.国网浙江省电力公司绍兴供电公司，浙江 绍兴 312000；4.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

提出了一种基于多源信息融合技术对变电站高压断路器等设备的动作状态进行多层次自动识别的方法。首先介绍当前对高压断路器等设备的动作状态进行识别的方法，分别指出各方法的优缺点，在此基础上提出了针对高压断路器等设备进行多源信息融合技术的自动识别方法，即采用监控系统远程识别、巡检机器人的红外识别和视频监控联动识别的融合技术，量化高压断路器等设备的识别结果，并采用量化指标的匹配技术，实现3种方法对高压断路器等设备动作状态的联动识别，增强识别结果的准确性。实验结果表明，基于多源信息融合的变电站高压断路器等设备动作状态自动识别方法可有效、准确地识别变电站内设备的动作状态。

断路器；监控系统；机器人；视频；多源信息

0 引言

随着电力系统规模的不断扩大及其复杂程度的不断提高，电网的安全运行面临着严峻考验。变电站中断路器、刀闸等一次设备是其中的关键设备，而无人值班变电站的推广运行，对高压断路器等设备的稳定运行要求也越来越高。当前，变电站运维人员对高压断路器等设备的操作结果一般都是通过监控后台[1-2]操作界面唯一确认，并不能完全保证结果的正确性，而一旦确认错误将会对电网安全带来不可估量的损失。

采用多源信息融合技术[3]，构建高压断路器等设备操作结果的多源确认架构和多源确认体系，引入监控系统的远程识别、智能巡检机器人[4-5]的红外识别和视频监控[6]识别的联动方法，量化高压断路器等设备的识别结果，并采用相应的匹配技术，对高压断路器等设备的操作结果进行多源识别，提高对高压断路器等设备操作结果鉴定的准确性。

1 变电站设备动作状态识别方法

1.1 监控系统的远程识别

监控系统对智能变电站高压断路器等设备的远程操作，均是采用IEC 61850通信方式，以遥信下发的形式通过测控装置、智能终端进行远方操作，并通过遥信返回值判断高压断路器等设备的操作结果，如图1所示。

图1 监控系统操作模式

上述操作模式存在一定隐患，例如：对于采用程序化控制操作模式的变电站，有可能出现断路器或刀闸还没有完全合到位，但监控系统就收到合成功的信号，程序化控制提前执行下一步操作的现象，最终将导致对设备的误操作。所以，必须对变电站高压断路器等设备的操作结果进行多源确认，才能提高设备操作结果确认的准确性，降低故障发生相关率。

1.2 巡检机器人的现场识别

变电站智能巡检机器人[7-9]基于GPS自主导航、室外全天候移动平台，并集成可见光、红外测温等传感器，可实现对设备的热缺陷、分合状态、外观异常的判断。

当前，智能巡检机器人并没有实现与SCADA监控系统的联动，而是采用独立运行系统，运行模式如图2所示，巡检机器人集成GPS导航功能，通过最优路径的规划设定和双向行走，行驶至指定地点并锁定观测目标，通过在线红外热像仪监测高压断路器等设备的热缺陷，识别高压断路器等设备的运行状态，并将热像仪图像传给智能巡检机器人系统。上述系统中运维人员只能通过智能巡检机器人系统查看对高压断路器等设备的操作结果，没有形成智能巡检机器人系统与SCADA监控系统的互动。

图2 巡检机器人运行模式

因此，提出了智能巡检机器人与SCADA监控系统联动的方法，即通过智能巡检机器人的分析系统来诊断高压断路器等设备的动作状态，并量化高压断路器等设备的操作结果，为SCADA监控系统对高压断路器等设备操作结果的进一步分析提供数据支撑。

1.3 视频监控的自动识别

视频监控系统作为智能变电站的重要组成部分，具有非常重要的作用，视频监控系统与其他辅助系统的结合较为紧密，如门禁系统、通风系统、照明系统等，通过视频监控系统可实时监视变电站的运行环境。

当前，视频监控系统在智能变电站中也属于独立系统，运行模式如图3所示，通过摄像头捕捉高压断路器等操作对象的动作状态，运维人员在视频监控系统中监视高压断路器等设备的操作结果，上述系统依然没有形成视频监控系统与SCADA监控系统的互动。

因此，提出视频监控系统与SCADA监控系统联动的方法，通过视频监控系统的图像模式识别技术[10]来诊断高压断路器等设备的动作状态，量化高压断路器等设备的操作结果，为SCADA监控系统对高压断路器等设备操作结果的进一步分析提供数据支撑。

图3 视频监控系统运行模式

2 多源信息融合方法

多源信息融合方法是将SCADA监控系统、智能巡检机器人系统和视频监控系统集成，构建成一体化平台，通过一体化平台中3个系统的联动，采用设备操作图像模式识别的方法和量化指标匹配技术，实现对高压断路器等设备操作结果的多源确认。多源信息融合方法的技术架构如图4所示。

图4 多源信息融合技术架构

在一体化平台中安装数据库，用于保存SCADA监控系统、视频监控系统和智能巡检机器人系统对高压断路器等设备量化处理后的识别结果，并采用接口访问的方式实现系统间信息交互。SCADA监控系统采用MMS网和GOOSE网对断路器、隔离开关等设备进行操作，并以接口信息传输的方式提供操作对象信息，视频监控系统和智能巡检机器人系统通过访问接口获取操作对象信息，并通过自身的定位系统锁定操作对象，分别通过模式识别和红外热像仪技术来判断操作对象的动作状态，量化操作对象的动作结果，并将量化结果保存到本地数据库中。一体化平台通过访问数据库，采集3种量化结果，通过量化结果的匹配技术实现对操作结果的多源确认。

3 多源信息融合方法的实现

SCADA监控系统、视频监控系统、智能巡检机器人系统并不是互相独立运行，而是采用接口访问的方式在彼此之间接收并传出操作对象的结果信息，一体化平台对高压断路器等设备进行远方操作的流程如图5所示。

图5 操作对象监视流程

多源信息融合方法的操作流程如下：

（1）SCADA监控系统通过遥信下发的方式对高压断路器等设备进行远方操作，并将操作对象信息以接口传输的方式通知视频监控系统和智能巡检机器人系统。视频监控系统根据收到的信息判断操作对象的位置，并指定最近的摄像头进行监视，同时智能巡检机器人被指定观测目标后，根据自主GPS导航系统计算最佳行驶路线，利用红外热像仪对操作对象进行监视。

（2）SCADA监控系统对高压断路器进行远方操作，高压断路器动作后，监控系统收到遥信返回结果。视频监控系统利用图像模式识别技术判断高压断路器等设备的动作结果，对动作结果进行量化处理，并返回至一体化监控平台。智能巡检机器人采用红外热像识别技术来识别高压断路器等设备的动作结果，同样对动作结果进行量化处理，将结果返回至一体化监控平台，一体化平台将识别结果保存至系统数据库。

（3）一体化平台通过访问本地数据库获取系统对高压断路器等设备的设别结果，并采用量化匹配技术对操作结果进行识别，如果匹配成功，说明对高压断路器等设备的操作成功，否则认为操作失败。

以变电站高压断路器为操作对象，对一体化平台的匹配功能进行验证，验证结果如表1所示。

表1 多源信息融合验证

由表1可知，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量化结果一致，匹配才能成功，否则认为匹配失败，如果是程序化控制操作，则操作立即停止，系统判断操作失败。变电站一体化平台采用多源信息融合技术实现了SCADA监控系统、视频监控系统和智能巡检机器人系统的互动，提高了对变电站高压断路器等设备操作的安全性。

4 结语

运用多源信息融合的技术对变电站高压断路器等设备操作状态进行自动识别，即将SCADA监控系统、视频监控系统和智能巡检机器人系统集成于一体化平台，通过SCADA监控系统与视频监控系统和巡检机器人系统的协同互动，多判据识别高压断路器等设备的动作，进一步保证了操作结果的正确性。实验表明，该方法可有效、准确地判定高压断路器等设备操作结果的正确性。

目前，多源信息融合技术在变电站中还未广泛应用，但可为监控设备厂家提供参考。

[1]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[M].北京：中国电力出版社，1998.

[2]李信.GIS局部放电特高频检测技术的研究[D].北京：华北电力大学，2005.

[3]B F HAMPTON，R J MEATS.Diagnostic Measurements at UHF in Gas Insulated Substations[J].IEE Proceedings，1988，35（2）∶137-144.

[4]LUNDGAARD L E.Partial discharge-part XIV∶acoustic partial discharge detection-practical application[J].IEEE Electrical Insulation Magazine，1992，8（5）∶34-43.

[5]汲胜昌，钟理鹏，刘凯，等.SF6放电分解组分分析及其应用的研究现状与发展[J].中国电机工程学报，2015（9）∶2318-2332.

[6]S OKABE，G UETA，H HAMA，et al.New Aspects of UHF PD Diagnostics on Gas-insulated Systems[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2014，21（5）∶2245-2258.

（本文编辑：赵晓明）

Study of Automatic Identification Method of Equipment Action State Based on Multi-source Information Fusion

PEI Yulong1，2，ZHANG Lizong3，LIU Yongxin3，XU Weiguo3，RUAN Lixiang4
（1.NARI Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute，Nanjing 211106，China；2.NARI Technology Development Limited Company，Nanjing 211106，China；3.State Grid Shaoxing Power Supply Company，Shaoxing Zhejiang 312000，China；4.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces an automatic identification method of substation high voltage breakers and other equipment action state based on multi-source information fusion.Firstly，the paper introduces the current automatic identification methods and expounds advantages and disadvantages of each method；besides，it proposes an automatic action state identification method of substation high voltage breakers and other equipment based on multi-source information fusion，namely a fusion technology of monitoring system based remote identification，infrared identification of inspection robot as well as video and monitoring linked identification to quantize the identification result of high voltage breakers.Through quantification index matching technique, the linked high voltage breaker action state identification by the three methods is implemented to enhance identification accuracy.The experiment result shows that the multi-source information fusion based method can effectively and accurately identify the action state of substation high voltage breakers and other equipment.

breaker；monitoring system；robot；video；multi-source information

TM764.1

B

1007-1881（2016）10-0065-04

2016-07-04

裴玉龙（1984），男，工程师，研究方向为电力系统自动化及智能化变电站。