馮 蕾
(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽供電局,貴州 貴陽 550001)
在變電站的正常作業(yè)中,變電站檢修是保障電網(wǎng)運(yùn)行的最為重要的一環(huán),為避免變電站設(shè)備出現(xiàn)故障,保證變電站的正常運(yùn)行,部分智能化的監(jiān)測和巡查方法已經(jīng)開始在變電站中應(yīng)用[1-2]。其中,視頻智能監(jiān)控、機(jī)器人智能巡檢、紅外熱像儀監(jiān)控等技術(shù)在各個方面的應(yīng)用已趨近于成熟,但并不能取代技術(shù)人員的維護(hù)工作[3]。據(jù)相關(guān)文件可知,如果設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)了故障,則需要工作人員到現(xiàn)場進(jìn)行事故的排查與應(yīng)急處理[4]。一旦場所中電力設(shè)備的運(yùn)行出現(xiàn)失控現(xiàn)象,則將導(dǎo)致現(xiàn)場人員面臨生命安全問題。在變電站危險區(qū)域的作業(yè)中,實時監(jiān)控并確定維護(hù)人員的位置,可以有效增強(qiáng)維護(hù)人員的人身安全。為解決上述問題,本文將在研究中引進(jìn)機(jī)器視覺技術(shù),開展變電站危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警方法的設(shè)計研究,為變電站管理人員的現(xiàn)場作業(yè)提供幫助。
為滿足變電站危險區(qū)域的作業(yè)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警需求,設(shè)計變電站中電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中的監(jiān)測。根據(jù)變電站風(fēng)險作業(yè)區(qū)域的分布,為滿足監(jiān)測過程中的相關(guān)需求,使用紅外電荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)攝像裝置采集變電站現(xiàn)場作業(yè)圖像,建立傳感器終端與電氣設(shè)備運(yùn)行接口之間的連接。通過此種方式,實現(xiàn)對變電站電氣設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)測,此過程用計算公式表示為
式中:D為變電站電氣設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)測反饋數(shù)據(jù);ΔI為電氣設(shè)備在變電站中所處的空間位置;v為監(jiān)測中的收斂條件;s為電氣設(shè)備的作業(yè)條件。按照式(1),完成變電站電氣設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)測。
在上述設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上,考慮通過上述方式獲取的電氣設(shè)備監(jiān)測信息可能與實際情況存在一定的偏差,因此在完成監(jiān)測后,根據(jù)變電站的實際情況引進(jìn)機(jī)器視覺技術(shù),進(jìn)行變電站作業(yè)區(qū)域背景的建模。建模時,需要先在計算機(jī)中錄入變電站的電氣設(shè)備監(jiān)測信息,將其作為建模的序列樣本[5]。根據(jù)電氣設(shè)備作業(yè)的覆蓋范圍,圈定傳感器可感知或監(jiān)測的范圍,將一個圖像劃分成為N×N的網(wǎng)格,每一個網(wǎng)格作為一個視覺成像區(qū)域,數(shù)據(jù)的采樣時間表示為t,在t時刻內(nèi),第i個網(wǎng)格對應(yīng)的電氣設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測圖像像素組表示為Gi(t),對應(yīng)區(qū)域的像素灰度值表示為Mj(t)。以此為依據(jù),即可進(jìn)行變電站作業(yè)區(qū)域背景的建模,此過程用計算公式表示為
式中:Ki(t)為變電站作業(yè)區(qū)域的背景模型;j為第j個像素值。在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上,考慮到作業(yè)區(qū)域中電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并非一成不變,即模型會根據(jù)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行更新。此過程用計算公式表示為
式中:δ為模型更新系數(shù)。按照上述方式,完成基于機(jī)器視覺的變電站作業(yè)區(qū)域背景建模。
完成上述研究后,提取空間中的尺度特征點,設(shè)定不同電氣設(shè)備作業(yè)過程中的行為閾值,以此為依據(jù)進(jìn)行區(qū)域危險點的特征匹配。在此過程中,使用高斯濾波器,對區(qū)域內(nèi)的采樣圖像進(jìn)行卷積運(yùn)算,根據(jù)圖像中的算子篩選特征點,將其與區(qū)域內(nèi)的危險點進(jìn)行特征匹配,此過程用計算公式表示為
式中:α為區(qū)域危險點的特征匹配度;(x,y)為圖像在空間的像素值;σ為監(jiān)測圖像的空間尺度;g表示高斯濾波器;k表示尺度空間對應(yīng)的倍數(shù);C(x,y)表示鄰域特征點的空間尺度。按照上述方式進(jìn)行區(qū)域危險點特征的匹配,根據(jù)不同電氣設(shè)備在運(yùn)行過程中的危險程度、出現(xiàn)故障后影響的變電站異常范圍等,設(shè)定不同區(qū)域危險點的特征匹配閾值。當(dāng)匹配后α>閾值時,說明變電站內(nèi)存在觸發(fā)危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險的行為,此時變電站監(jiān)控終端將主動進(jìn)行該區(qū)域的預(yù)警,反之則不觸發(fā)預(yù)警。
上文從3 個方面引進(jìn)機(jī)器視覺技術(shù),完成了危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警方法的設(shè)計。為實現(xiàn)對此方法在實際應(yīng)用中監(jiān)測效果的檢驗,選擇某地區(qū)的大型變電站作為此次實驗研究的試點場所。在此過程中,根據(jù)變電站中電氣設(shè)備的作為方式、場所綜合部署進(jìn)行變電站現(xiàn)場危險區(qū)域的圈定,圈定前按照規(guī)范設(shè)計危險區(qū)域的劃分與識別條件,相關(guān)內(nèi)容如表1 所示。
表1 變電站危險區(qū)域的劃分與識別條件
上述提出的不安全區(qū)域一旦在變電站運(yùn)行中出現(xiàn)操作不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象,十分容易出現(xiàn)作業(yè)人員觸電、現(xiàn)場爆炸、大規(guī)模停電斷電等事故。為解決以上問題,在與變電站相關(guān)負(fù)責(zé)人商議后,決定使用本文設(shè)計的方法進(jìn)行變電站危險區(qū)域的作業(yè)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警。監(jiān)測預(yù)警前,進(jìn)行變電站現(xiàn)場實驗環(huán)境的構(gòu)建,相關(guān)內(nèi)容如圖1 所示。
圖1 變電站現(xiàn)場實驗環(huán)境的構(gòu)建
如圖1 所示,在此基礎(chǔ)上引進(jìn)機(jī)器視覺技術(shù),建立變電站中電氣設(shè)備與監(jiān)控終端之間的連接,以此方式實現(xiàn)對變電站電氣設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)測。同時,進(jìn)行變電站作業(yè)區(qū)域前景與候選背景建模,通過對區(qū)域危險點特征的匹配,實現(xiàn)對危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險的預(yù)警。
完成本文方法在測試環(huán)境中的應(yīng)用后,引進(jìn)基于模型修正的作業(yè)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警方法、基于物聯(lián)網(wǎng)的作業(yè)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警方法,作為傳統(tǒng)方法1、2,使用3種方法進(jìn)行變電站危險區(qū)域的作業(yè)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警。
將變電站危險區(qū)域中出現(xiàn)的實際風(fēng)險作業(yè)行為發(fā)生次數(shù)與終端預(yù)警次數(shù)作為評價指標(biāo),根據(jù)監(jiān)測預(yù)警終端的記錄結(jié)果,統(tǒng)計3 種方法對于變電站危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險的監(jiān)測預(yù)警情況,結(jié)果如表2 所示。
表2 變電站危險區(qū)域的作業(yè)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警結(jié)果
變電站中,每發(fā)生一次危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險行為,便會觸發(fā)一次終端預(yù)警,因此變電站作業(yè)風(fēng)險行為發(fā)生次數(shù)與觸發(fā)的終端預(yù)警次數(shù)應(yīng)呈現(xiàn)對等狀態(tài)。在已知變電站危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險行為發(fā)生次數(shù)與應(yīng)觸發(fā)終端預(yù)警次數(shù)的基礎(chǔ)上,使用3 種方法進(jìn)行變電站風(fēng)險的監(jiān)測預(yù)警。根據(jù)上述表2 所示的實驗結(jié)果可以看出,3 種方法中,只有本文方法在實際應(yīng)用中可以確保識別的風(fēng)險次數(shù)和風(fēng)險預(yù)警次數(shù)與參照值一致,而傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)對變電站危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險的精準(zhǔn)監(jiān)測與預(yù)警。綜合上述實驗結(jié)果,得到如下所示的結(jié)論:相比傳統(tǒng)方法,本文設(shè)計的基于機(jī)器視覺技術(shù)的風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警方法的實際應(yīng)用效果良好,可以在精準(zhǔn)識別變電站危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險的同時,實現(xiàn)對風(fēng)險的及時預(yù)警,避免變電站運(yùn)維管理等技術(shù)人員誤入危險區(qū)域并發(fā)生安全風(fēng)險事故,提高變電站作業(yè)的安全性,為其穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。
電力系統(tǒng)在全國的能源供應(yīng)中不僅可給系統(tǒng)末端用戶提供良好、優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù),還可保障經(jīng)濟(jì)市場內(nèi)企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。變電站維護(hù)工作是保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的高危性工作。為避免事故,本文引進(jìn)機(jī)器視覺技術(shù),通過變電站電氣設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測、變電站作業(yè)區(qū)域前景與候選背景建模、區(qū)域危險點特征匹配與風(fēng)險預(yù)警,開展變電站危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險監(jiān)測預(yù)警方法的設(shè)計研究,通過對比實驗證明可以精準(zhǔn)識別變電站危險區(qū)域的作業(yè)風(fēng)險,保證及時預(yù)警。