杨 军
北京四方继保工程技术有限公司，北京，100085
摘要：随着变电站“一键顺控”技术的推广应用，在保障现场工作安全规范方面，必须严格遵循《国家电网公司电力安全工作规程(变电部分)》“至少有两个非同样原理或非同源的指示同时发生对应变化，方可确认设备已操作到位”的规定。即要求断路器、隔离开关分合闸位置的“双确认”。为适应运维人员既有的工作习惯，提供所见即所得的隔离开关位置状态，本文提出结合自动控制、智能传感、物联网、自动识别和智能判断技术的图像智能识别方法和工程实施方案。
关键词：视频双确认;一键顺控；图像智能分析
一、当前现状
当前变电站倒闸操作采用人工方式，操作前需经接令、写票、审核、模拟等环节。对同一操作任务需重复执行上述流程，且每步操作需人员现场确认，工作量大，效率低。利用隔离开关的辅助接点确认其分合闸位置，判别方法单一、且不直观，不满足安规中设备位置“双确认”的要求。并且二次回路中间环节多，隔离措施复杂，现场人员对二次安全措施理解不深、掌握不全，极易发生误操作、漏操作，作业安全风险高。
二、方案思路
依据《国家电网公司电力安全工作规程(变电部分)》 “至少有两个非同样原理或非同源的指示同时发生对应变化，方可确认设备已操作到位”的规定。
结合当前先进的自动控制技术、智能传感、物联网、自动识别和智能判断技术，操作任务“一键”启动、操作过程自动顺序执行，将传统人工填写操作票为主的繁琐、重复、易误操作的倒闸操作模式转变为“一键顺控”操作模式，实现非同源原理隔离开关位置智能判别，大幅减少无效劳动、降低误操作风险。
三、技术方案
为推进“一键”顺控技术应用，本文以某500千伏变电站改造为例，探讨隔离开关位置第二判据采用图像智能分析模式的工程实施方案。
1.系统功能与构架
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图1 系统构架
隔离开关位置第二判据的图像智能分析模式，即通过视频智能分析系统，通过视频技术应用，实现对隔离开关位置的智能判别，作为变电站隔离开关位置的第二判据。
视频智能分析系统主要由视频分析主机、摄像机、硬盘录像机、交换机、通信管理机组成。摄像机采用矮立杆模式，固定安装于设备区域内，观察敞开式隔离开关或GIS组合设备机构箱位置指示灯。
视频智能分析系统具备判断隔离开关分合闸位置、与一键顺控主机进行通信，实现顺控操作视频联动的功能。
2.基于图像识别的一键顺控流程
按照系统架构进行设备安装、一键顺控调试，以测试视频智能分析系统与顺控主机之间的联动可靠性。
顺控操作任务开始后，一键顺控主机向视频分析主机发送预操作指令（UDP协议），视频分析主机自动联动对应隔离开关的摄像机进行拍摄进行定点图像采集，开启图像智能分析。若比对结果保持3s不变，将结果通过通信管理机上传至一键顺控主机（IEC60870-5-104规约），提供隔离开关位置状态的第二判据，并可弹出实时视频，查看现场动态情况。当双判据逻辑通过后，执行操作本步的指令，待视频分析主机将一次设备变位后的分析结果再次回送至一键顺控主机，双判据逻辑通过后，进行下一步操作。顺控操作期间视频智能分析系统同步实时显示被操作设备的画面并录像保存。
视频分析结果以虚间隔遥信点的方式，每组隔离开关用四个遥信点，01、10、11、00分别表示分、合、过渡、无效4种状态，只有上送01，10时，顺控系统才认定设备操作到位。
四、现场查勘情况与摄像机配置
某500kV变电站500kV、220kV一次设备为户外GIS组合电器，35kV一次设备为户外AIS敞开式设备，为实现一键顺控视频智能分析研判，经现场勘查后共计配置101台摄像机。
35kV摄像机本期配置：35kV隔离开关、接地隔离开关为敞开式AIS，每组隔离开关(A/B/C三相)需要配置2台摄像机，获取三相隔离开关的位置，共配置18台摄像机。
220kV为GIS组合设备，只能从机构箱的位置显示状态判断隔离开关位置，隔离开关和接地隔离开关均采用三相位置，合位时底色为红色，数字为1，分位时底色为绿色，数字为0。共配置35台摄像机。
500kV为GIS组合设备，只能从机构箱的位置显示状态判断隔离开关位置，隔离开关和接地隔离开关均采用分相位置，合位时底色为红色，数字为1，分位时底色为绿色，数字为0。共配置48台摄像机。
五、施工与调试
1.摄像机安装
基本原则：被监测对象不被遮挡、完整；尤其避开横梁、电线等与被监测对象有重叠的物体。并注意预留检修工程车通道，不得妨碍日常巡查和检修。
2.35kV AIS摄像机安装
每组隔离开关左右各一组摄像机，确保能准确采集三相导电臂的图像。方法1：在两组隔离开关两侧的中间位置各安装一根立杆，每根立杆各安装两个摄像机，各指向对应的隔离开关；方法2：针对间隔之间的间距较小，可能位置不好找，考虑用抱箍将摄像机固定在旁边的柱子上。
3.220/500kV GIS摄像机安装
在每组隔离开关位置显示设备正前方，安装一台摄像机，确保能准确采集隔离开关位置即可。
4.立杆要求
参照监控立杆规范，将摄像机安装在制作好的支架上，调整好角度进行实地拍摄测试。确保拍摄直线距离在最佳拍摄距离范围之内，拍摄角度满足镜头视场角范围，拍摄物占呈现画面比约65%，以达到最佳图像采集效果。
5.光缆敷设
在单间隔摄像机与主控室内视频识别系统之间敷设专用光缆，光缆在变电站电缆沟内进行平整敷设，并测试光衰耗和通信丢包率满足相关通信要求。
6.电源
将UPS电源引至开关场，建立分布式电源箱，分别给间隔摄像机供电。建议按照6台摄像机一个电源箱设计。
7.图像识别程序调试
建立样本素材库。采集各种天气环境下的隔离开关样本素材，包括阳光、雨、雾霾、夜晚等环境。每组隔离开关收集100张素材，包括分闸、合闸和分合不到位等各种状态 ，确保在各种环境下比对的准确性。
隔离开关位置识别测试。应用图像比对程序，在不同时间、不同环境对现场隔离开关进行位置识别，测试识别程序的启动速度和运行稳定性，并记录识别准确率。
8.与监控系统的通信调试
信号上传监控系统。视频智能分析系统与监控系统之间采用IEC60870-5-104通信规约进行通信。在模型中，将识别结果定义为虚间隔遥信点，每组隔离开关用二进制代码表示四种位置状态：01——分闸、10——合闸、11——过渡、00——无效。当上传至监控系统的信号代码为01或10时，系统认定设备操作到位。
操作指令启动图像识别。操作任务开始后，监控后台系统向隔离开关发操作指令，同时给视频智能分析系统发预操作指令，视频智能分析系统启动并拍摄隔离开关，拍摄照片与素材库进行对比得出识别结果。
对识别结果进行传输试验。把隔离开关拍摄的实际位置状态与回传的信号代码进行比对测试，应完全一致。
六、方案成效
本文提出的图像智能识别设备位置状态的工程实施方案，通过多个变电站试点证明，对隔离开关位置状态识别的正确率达到98%以上，可作为一键顺控操作时隔离开关位置状态判别的第二判据。同时，还免除人员到现场检查核对的工作量、减少了变电站停电时间。随着视频智能分析技术的发展和视频图像样本的积累，图像智能识别方案的准确性和可靠性还有更大的提升空间。具有良好的工程应用推广性。
参考文献
[1]变电站一键顺控改造技术规范（实行）
[2]隔离开关分合闸位置“双确认”改造技术规范（试行）
[3]魏溪含 涂铭 张修鹏 深度学习与图像识别
杨军（1973-），男，主要研究方向：继电保护、电力系统自动化，北京四方继保工程技术有限公司