鄭文杰李程啟

(國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250003)

0 引言

電氣設(shè)備在運行中發(fā)生事故,會影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行,從而影響社會生活秩序和生產(chǎn)活動。在設(shè)備投運前開展全面的交接試驗,可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在缺陷,確保設(shè)備健康投運,對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。為此,多家業(yè)內(nèi)權(quán)威機構(gòu)共同制定了電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn),對電力變壓器、電抗器、真空斷路器等主要電氣設(shè)備的交接試驗項目、判定標(biāo)準(zhǔn)做了明確規(guī)定[1-2]。

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)未明確試驗步驟,缺乏試驗過程管控手段[3]。國內(nèi)鮮有系統(tǒng)的交接試驗管控技術(shù)研究。劉路昕等對特高壓直流輸電工程300 MVar大型調(diào)相機組現(xiàn)場驗收及交接試驗過程中的質(zhì)量管控技術(shù)進(jìn)行了探討,提出了部分試驗項目的注意事項,但未明確整體試驗步驟[4];蘭柏等針對GIS交接試驗流程進(jìn)行優(yōu)化,但缺乏試驗人員、試驗儀器管控措施[5];曹江平等從節(jié)約與節(jié)能角度研究了現(xiàn)場交接試驗方法、程序以及注意事項,但未實現(xiàn)對試驗整體過程管控[6]。

針對上述問題,提出一種電氣設(shè)備交接試驗智能管控技術(shù),通過建立試驗人員庫、試驗儀器庫,利用人臉識別、RFID 技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場試驗人員、儀器的管控;通過研發(fā)試驗數(shù)據(jù)上傳通用格式規(guī)范、試驗儀器數(shù)據(jù)圖像識別技術(shù),實現(xiàn)交接試驗數(shù)據(jù)的自動采集上傳。

1 智能管控技術(shù)方案

為了加強電氣設(shè)備交接試驗的過程管控,實現(xiàn)試驗人員、試驗儀器、試驗項目、試驗?zāi)０?、判定?guī)則、試驗工程全面管控,試驗數(shù)據(jù)自動采集、試驗結(jié)論智能判定,本文提出了交接試驗管控系統(tǒng)設(shè)計方案。

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

基于電氣設(shè)備交接試驗智能管控系統(tǒng)及移動終端APP的系統(tǒng)整體功能邏輯如圖1所示。

圖1 智能管控系統(tǒng)及移動終端APP系統(tǒng)整體功能

(1)人員、儀器管理方面:建立全省試驗人員、試驗儀器臺賬,現(xiàn)場試驗時利用交接試驗APP人臉識別、掃碼認(rèn)證功能,實現(xiàn)人員資質(zhì)、儀器校驗信息的驗證。

(2)試驗項目、試驗?zāi)０骞芾矸矫?依據(jù)交接試驗核心標(biāo)準(zhǔn),整理歸納主變壓器、電壓互感器組合電器等17類電氣設(shè)備試驗項目;參考《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗報告統(tǒng)一格式》[7],結(jié)合試驗現(xiàn)場實際,制定各項交接試驗報告模板,實現(xiàn)試驗報告統(tǒng)一規(guī)范。

(3)試驗工程管理:試驗人員根據(jù)試驗計劃創(chuàng)建試驗工程,并完成數(shù)據(jù)錄入、試驗報告審核、試驗報告生成。

(4)試驗數(shù)據(jù)自動采集:提出無線通信、圖像識別2種方式,實現(xiàn)各種試驗儀器數(shù)據(jù)的自動采集、自動上傳至交接試驗主站系統(tǒng)進(jìn)行存檔、解析[8-9]。

(5)試驗結(jié)論智能判定:制定17類電氣設(shè)備試驗項目判定標(biāo)準(zhǔn),試驗數(shù)據(jù)回傳到系統(tǒng)后自動調(diào)用判定規(guī)則進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)分析,系統(tǒng)將智能診斷結(jié)果反饋至移動終端,協(xié)助現(xiàn)場試驗人員進(jìn)行問題查找。

試驗人員、試驗儀器、試驗工程、試驗項目臺賬要求如表1所示。

表1 人員、儀器、項目、工程臺賬要求

1.2 系統(tǒng)管控指標(biāo)設(shè)計

為了有力推進(jìn)電氣設(shè)備交接試驗智能管控系統(tǒng)全面推廣應(yīng)用,切實提高交接試驗質(zhì)量與效率,需要設(shè)計切實可行的系統(tǒng)應(yīng)用評價指標(biāo)體系。如表2所示,試驗人員管理方面,主要考慮試驗人員試驗資質(zhì)、試驗證書有效期;試驗儀器方面,主要考慮試驗儀器校準(zhǔn)信息,試驗儀器是否定期檢驗;試驗工程方面,主要考慮試驗項目完整性、試驗工程執(zhí)行及時率。

表2 系統(tǒng)管控指標(biāo)設(shè)計

2 試驗數(shù)據(jù)自動采集技術(shù)

為減少交接試驗數(shù)據(jù)采集中人為干預(yù)、提高試驗數(shù)據(jù)記錄效率,實現(xiàn)交接試驗儀器數(shù)據(jù)自動采集、自動上傳是最有效的方法。已有基于移動終端有線接口的數(shù)據(jù)采集方案,無法實現(xiàn)無線方式數(shù)據(jù)采集[10-11]。

因此,本文針對型號較新的試驗儀器,制定了試驗數(shù)據(jù)自動采集上傳通用格式規(guī)范,對試驗儀器軟硬件進(jìn)行升級,實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)自動采集;對于不具備升級條件的儀器,采用自學(xué)習(xí)、自更新的試驗儀器數(shù)據(jù)智能識別算法,實現(xiàn)試驗儀器“一鍵拍照、智能識別、自動回傳”。

2.1 試驗數(shù)據(jù)自動采集上傳通用格式規(guī)范

首先編制了試驗數(shù)據(jù)自動采集上傳通用格式規(guī)范,規(guī)定了直流電阻測試儀、變壓器變比測試儀、有載分接開關(guān)測試儀等十余類試驗儀器上傳數(shù)據(jù)規(guī)范,并支持靈活擴展新型儀器。

試驗儀器通信數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如表3所示,其中:幀頭固定為BEG 的ASCII碼(0x42 0x45 0x47);幀長度表示幀的字節(jié)數(shù),從幀頭開始計算到校驗碼結(jié)束;命令字即控制命令,表示當(dāng)前幀的性質(zhì);數(shù)據(jù)區(qū)長度即當(dāng)前幀中數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)數(shù);數(shù)據(jù)區(qū)存放當(dāng)前幀所傳輸?shù)脑囼灁?shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集終端下發(fā)均為控制指令,數(shù)據(jù)區(qū)為空,試驗儀器上傳為歷史數(shù)據(jù)或當(dāng)前數(shù)據(jù);校驗碼:采用CRC16校驗碼,校驗范圍為從幀頭開始到數(shù)據(jù)區(qū)的所有數(shù)據(jù)。

表3 試驗儀器通信數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

以獲取當(dāng)前測試數(shù)據(jù)為例,數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送格式、試驗儀器相應(yīng)格式見表4。

表4 數(shù)據(jù)采集、試驗儀器響應(yīng)0x03命令字發(fā)送格式

各類試驗儀器根據(jù)試驗數(shù)據(jù)特點規(guī)定其上傳數(shù)據(jù)格式,以直流電阻測試儀為例,需要記錄測試時間、測試時使用的電流、每個分接開關(guān)位置對應(yīng)的各相電阻值,數(shù)據(jù)格式如圖2所示。

圖2 直流電阻測試儀上傳數(shù)據(jù)格式

2.2 基于候選域的試驗儀器數(shù)據(jù)智能識別

針對老舊試驗儀器不具備升級改造條件的問題,已有研究針對特定格式圖像的文本識別研究取得了不錯效果,但未能對不同類型格式圖片進(jìn)行有效識別[12-14]。

本文提出基于候選域的智能圖像識別算法。該算法可由現(xiàn)場試驗人員在初次使用時自主標(biāo)注,后續(xù)使用中只需將標(biāo)注框與目標(biāo)數(shù)據(jù)對焦,然后采用OCR 算法進(jìn)行局部識別。具體算法流程如圖3所示。

圖3 基于候選域的智能圖像識別算法流程

(1)首先判定該類儀器是否已經(jīng)適配;對于已適配儀器,將目標(biāo)數(shù)據(jù)與候選框?qū)怪睾?獲取數(shù)據(jù)區(qū)域;對于未適配儀器,采用標(biāo)定框手動框選域采集數(shù)據(jù),并將該標(biāo)定存檔;

(2)調(diào)用交接試驗APP 集成的OCR 算法模塊接口,進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)解析,自動識別數(shù)字、單位;

(3)數(shù)字結(jié)果自動填充至對應(yīng)表格;

(4)數(shù)據(jù)采集完成后,試驗數(shù)據(jù)自動回傳至后臺系統(tǒng)。

為了對該算法效果進(jìn)行評估,采用字符識別準(zhǔn)確率(Accuracy)、字符識別召回率(Recall)對儀器數(shù)據(jù)識別效果進(jìn)行評價。

式中:TP為被正確預(yù)測的正例樣本數(shù)量;FP為被錯誤預(yù)測的負(fù)例樣本數(shù)量;FN為被錯誤預(yù)測的正例樣本數(shù)量;TN為被正確預(yù)測的負(fù)例樣本數(shù)量。

選取電壓器變比測試儀、有載分接開關(guān)測試儀等20種典型交接試驗儀器多角度圖片共1 000張。對直接OCR 識別、基于候選域的OCR 識別效果進(jìn)行對比。后者識別準(zhǔn)確率、召回率均超過95%,比直接OCR 識別提高5%以上。主要原因為數(shù)據(jù)候選框?qū)?shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)圈定,大幅提高識別算法魯棒性,識別效果如圖4所示。算法性能完全滿足現(xiàn)場應(yīng)用要求。

圖4 基于候選域的智能圖像識別效果

3 應(yīng)用情況及效果

3.1 系統(tǒng)部署方案

電氣設(shè)備交接試驗系統(tǒng)應(yīng)用于變電站現(xiàn)場,需要合理的系統(tǒng)部署、數(shù)據(jù)交互方案,如圖5 所示。為了保證系統(tǒng)性能、節(jié)省軟硬件資源,本系統(tǒng)作為微應(yīng)用基于中臺進(jìn)行部署:交接試驗數(shù)據(jù)從PC電腦端、移動終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,然后匯集到基建專業(yè)數(shù)據(jù)中臺進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲;電氣設(shè)備交接試驗微應(yīng)用調(diào)取基建專業(yè)數(shù)據(jù)中臺數(shù)據(jù)、調(diào)用人臉識別、RFID、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中心等提供人員管理、儀器管理、工程管理等微功能,輕量化部署方式保障現(xiàn)場實用化應(yīng)用。

圖5 電氣設(shè)備交接試驗智能管控系統(tǒng)部署設(shè)計方案

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用實踐

以某220 kV 新建變電站工程為例,試驗人員首先在系統(tǒng)創(chuàng)建變壓器、組合電器試驗計劃,然后開展變壓器變比測試等11項試驗、組合電器主回路電阻測試等26項試驗。以變壓器變比測試為例,試驗步驟如下:

(1)現(xiàn)場進(jìn)行人臉識別驗證試驗人員資質(zhì);

(2)使用移動終端對變比測試儀進(jìn)行掃碼驗證;

(3)現(xiàn)場接線、操作試驗儀器進(jìn)行17個分接變比測試;

(4)在交接試驗APP點擊數(shù)據(jù)采集,17個分接數(shù)據(jù)一次性自動采集至移動終端,如圖6所示。

圖6 電壓比數(shù)據(jù)自動采集結(jié)果

(5)提交數(shù)據(jù),自動回傳至后臺系統(tǒng),完成試驗數(shù)據(jù)智能判定,試驗結(jié)論線上審核無誤后自動生成試驗報告。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用效果

與傳統(tǒng)交接試驗?zāi)Ｊ较啾?完成一座220 kV變電站交接試驗效率與質(zhì)量大幅提升,具體對比如表5所示。

表5 管控系統(tǒng)應(yīng)用效果對比

電氣設(shè)備交接試驗智能管控系統(tǒng)在某省推廣應(yīng)用以來,目前已累計支撐40個變電站、160臺電氣主設(shè)備交接試驗,實現(xiàn)試驗人員、試驗儀器、試驗數(shù)據(jù)全要素線上管控,試驗數(shù)據(jù)自動采集、智能分析功能顯著提高試驗效率,每項工程平均縮短調(diào)試周期20%以上。通過電氣設(shè)備交接試驗智能管控系統(tǒng)的應(yīng)用,實現(xiàn)了交接試驗管理模式從“事后應(yīng)對”向“事前防范”、從“分散現(xiàn)場管控”向“集約系統(tǒng)管控”、從“傳統(tǒng)人工驅(qū)動”向“數(shù)據(jù)智能驅(qū)動”的轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)論

針對傳統(tǒng)交接試驗工作模式缺乏過程管控的問題,本文研究構(gòu)建了電氣設(shè)備交接試驗智能管控系統(tǒng)。通過建立試驗人員、儀器臺賬,試驗現(xiàn)場采用人臉識別、RFID 技術(shù)實現(xiàn)試驗人員、試驗儀器管控;制定交接試驗儀器數(shù)據(jù)上傳通用格式規(guī)范、提出了基于候選域的試驗儀器數(shù)據(jù)智能識別方法,實現(xiàn)試驗儀器數(shù)據(jù)自動采集上傳,保障交接試驗數(shù)據(jù)真實性、提高試驗數(shù)據(jù)記錄效率。系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)了交接試驗人員、儀器、數(shù)據(jù)全要素管控,顯著提高了電網(wǎng)基建智能化水平。隨著數(shù)字新基建工程推進(jìn),輸變電建設(shè)工程現(xiàn)場數(shù)字化管控能力亟待提高,下一步,需要繼續(xù)擴展基建現(xiàn)場數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用深度、廣度,全面提升基建現(xiàn)場安全管理水平、工程效率水平。