基于图像识别技术断路器液压机构压力信号核对装置研制

广东电网有限责任公司中山供电局 曾令诚 梁伟杰 林悦德 廖震杰 汤宇奇 蓝翔威 梁 涛

根据断路器防拒动要求，本公司每年须对500kV变电站开展断路器防拒动专项检查，其中核对500kV断路器液压机构压力信号是断路器防拒动专项检查重要项目。其目的是检验接触器是否可靠正确动作，同时判断断路器重合闸闭锁（复归）、合闸闭锁（复归）、分闸闭锁（复归）等压力值是否符合标准值。该项工作具体流程如下。

至少需要两人共同完成，一人站在500kV断路器机构箱侧对机构进行泄压；另一人站在断路器汇控箱侧观察压力接触器的吸合与复归情况。断路器在泄压过程中，机构的压力缓慢下降，对应的压力表数值也随之下降，当该压力值下降到断路器重合闸闭锁压力值时，断路器机构的油压开关接点导通使断路器机构汇控箱内的油压重合闸接触器线圈得电（线圈由初始状态迅速切换至吸合状态），带动接触器接点位置状态发生变化，实现闭锁断路器重合闸操作。同理，当压力值继续下降至合闸闭锁压力值时，将闭锁断路器合闸操作（油压合闸接触器接点发生变化）。

当压力值下降至分闸闭锁压力值时，将闭锁断路器分闸操作（油压分闸接触器接点发生变化）。反之，断路器液压机构泄压完成后，对机构进行打压，压力值将缓慢上涨，当压力上涨至断路器分闸复归压力值时，断路器机构的油压开关接点复归，使断路器机构箱内油压分闸接触器接点复归，确保断路器可分闸操作，同理，压力值继续上升至合闸复归值、重合闸复归值。因此，正确记录重合闸复归值、重合闸闭锁值、合闸复归值、合闸闭锁值、分闸复归值、分闸闭锁值等数值大小并与标准值进行比较是防拒动工作的重要内容。

目前，该信号核对存在以下问题。工作效率低；该项工作至少需要两人完成，一人在断路器机构泄压并观察与记录压力表数值，另一人在断路器汇控箱旁观察压力接触器的吸合与复归情况；人机功效差：两人在进行信号核对时，需使用对讲机或大声喊话告知对方接触器已吸合（复归），另一人立马读取并记录当前压力闭锁值（复归值）。由于500kV断路器采用三相分相结构，最远相断路器离汇控箱至少35m，两人交流较为困难，同时数据存在偏差，影响工作质量。接触器的吸合及复归仅依靠工作人员肉眼观察，长时间的观察可能导致漏看而影响数据准确性。为解决上述问题，本文研制了基于图像识别技术断路器液压机构压力信号核对装置，通过图像识别技术实现单人对断路器液压机构泄压，即可自动核对并记录断路器压力闭锁值及复归值，从而改善人机功效，提升工作效率及质量。

1 基于图像识别技术断路器液压机构压力信号核对装置结构设计

基于图像识别技术断路器液压机构压力信号核对装置结构框图如图1所示，主要由“接触器动作识别部件、压力表数值读取部件”两部件组成，通过无线/有线通讯进行信息传递，实现只须单人对断路器液压机构泄压即可自动核对并记录断路器压力闭锁值及复归值的功能。其中，接触器动作识别部件由“电源模块、视频采集模块、通讯模块、时钟模块、外壳、固定卡扣”等模块组成，其中“电源模块、视频采集模块、通讯模块”固定封装在外壳内，在外壳表面设置有万向固定卡扣。通过该万向固定卡扣将接触器动作识别部件固定在断路器汇控箱内，实现采集并识别汇控箱内接触器的动作情况。

图1 基于图像识别技术断路器液压机构压力信号核对装置结构框图

压力表数值读取部件主要由“电源模块、图片采集模块、存储模块、数据处理模块、通讯模块、时钟模块、数据显示模块、外壳、固定卡扣”等模块组成，其中“电源模块、图片采集模块、存储模块、数据处理模块、通讯模块、时钟模块、数据显示模块”均固定封装在外壳内，在外壳表面设置有万向固定卡扣。通过该万向固定卡扣将压力表数值读取部件固定在断路器机构箱内，实现采集、读取并核对压力表数值。

2 接触器动作识别部件设计

如图2所示为接触器动作识别部件结构图，其主要有电源模块、视频采集模块，通讯模块、时钟模块、外壳与固定卡扣等组成。其中，电源模块采用可充电锂电池供电，输出DC12V/24V，该模块与接触器动作识别部件的视频采集模块、通讯模块采用电气连接，为上述模块提供电源，持续续航时长不小于4h。该模块还可通过外接电源为上述模块进行供电。

图2 接触器动作识别部件结构图

视频采集模块采用一台高清摄像机，内置有图像采集与识别算法[1]，该算法为采集并识别断路器汇控箱内“低油压闭锁重合闸、低油压闭锁合闸、低油压闭锁分闸”对应的三个接触器动作切换过程及对应时刻，仅采集并识别接触器从复归状态切换成吸合状态，或从吸合状态切换成复归状态的动作视频及其对应的时刻。当识别到接触器从复归状态切换成吸合状态，或从吸合状态切换成复归状态时，通过通讯模块立即向压力表数值读取部件发出脉冲信号。

通讯模块主要实现接触器动作识别部件与压力表数值读取部件的实时通讯，仅当接触器动作识别部件识别出接触器从复归状态切换成吸合状态，或从吸合状态切换成复归状态时，通过该模块立即向压力表数值读取部件的通讯模块发出脉冲信号。当压力表数值读取部件的通讯模块接收到该脉冲信号时，立即触发压力表数值读取部件对压力表读数进行拍照，并将该接触器动作视频传输至压力表数值读取部件进行保存。该通讯模块可实现无线与有线通讯。

时钟模块实现记录当前日期，时钟精度到毫秒级，能自动记录接触器动作时刻。该动作时刻与压力表数值读取部件的时钟模块记录的拍照时刻之间的时间差应满足设置要求，定义该时间差为网络通讯时间。外壳与固定卡扣将接触器动作识别部件的“电源模块、视频采集模块、通讯模块”固定封装在外壳内，在外壳表面设置有万向固定卡扣，将接触器动作识别部件固定在断路器汇控箱内，该固定卡扣可实现各方向的调整，使接触器动作识别部件的高清摄像机与接触器在最佳的拍摄位置及角度。

3 压力表数值读取部件设计

压力表数值读取部件设计结构如图3所示，主要由“电源模块、图片采集模块、存储模块、数据处理模块、通讯模块、时钟模块、数据显示模块、外壳、固定卡扣”等模块组成。其中，电源模块为压力表数值读取部件提供可充电锂电池供电，输出DC12V/24V，持续续航时长不小于4h。该模块还可通过外接电源为上述模块进行供电。

图3 压力表数值读取部件设计结构图

通讯模块实现与接触器动作识别部件的实时通讯，接收接触器动作识别部件通讯模块发出的脉冲信号，即刻触发压力表数值读取部件拍照压力表图片。同时，接收接触器动作识别部件传输的接触器动作视频保存于存储模块中。压力表数值读取部件的图片采集模块采用一台高清相机对压力表读数进行拍照。存储模块用于数据处理模块缓存并存储图像采集模块，与图片采集模块采集的接触器视频及压力表图片。支持TF卡扩展。时钟模块实现记录当前日期，时钟精度到毫秒级，能自动记录相机拍照时刻。该拍照时刻与接触器动作识别部件时钟模块记录的对应接触器动作时刻之间的时间差应满足设置要求，定义该时间差为网络通讯时间。

数据处理模块内置图像采集与识别算法、压力值核对算法、时钟对时算法。该模块功能为：开机后自动对接触器动作识别部件与压力表数值读取部件两部件的时钟模块进行对时，使其时钟同步。对图片采集模块拍照的图片进行识别，读取断路器机构箱内压力表指针读数，并将读数与标准值进行对比，若超出标准值范围则读数显示红色且告警；判断网络通讯时间是否超出设定值，若超出设定值则告警提示“网络延时，读数不准”；自动生成压力值核对报告。

数据显示模块采用液晶显示，可显示当前压力表照片及对应读数及标准值，对超出标准值数字采用红色字体凸显。外壳与固定卡扣将压力表数值读取部件的“电源模块、图片采集模块、存储模块、数据处理模块、通讯模块、时钟模块、数据显示模块”固定封装在外壳内，在外壳表面设置有万向固定卡扣，将压力表数值读取部件固定在断路器机构箱内，该固定卡扣可实现各方向的调整，使压力表数值读取部件的高清相机与压力表在最佳的拍摄位置及角度。

当需要开展断路器液压机构压力值信号时，将本装置的压力表数值读取部件固定在如图4所示的断路器机构箱内，调整摄像头对准压力表表盘即可，将接触器动作识别部件固定安装在如图5所示的断路器汇控箱内，并调整摄像头对准接触器，启动装置后，对断路器机构进行泄压，此时接触器动作识别部件将自动识别接触器的吸合及复归等动作状态，并触发信号至压力表数值读取部件对压力表进行拍照、读取当前压力值并与标准值进行比较，输出结果。

综上所述，基于图像识别技术断路器液压机构压力信号核对装置采用图像识别技术，识别接触器动作状态，并触发压力表数值读取部件对当前压力值表盘进行拍照，识别当前压力值，并与标准压力值进行比较，输出结果，代替人工值守抄录、比较压力值，可有效提升工作效率，保证断路器安全稳定运行。