CN105337180A - 配电柜及配电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电柜。该配电柜包括一组柜体，以及安装于柜体外部，用于对配电柜内故障电弧进行实时监测的电弧监测装置；所述柜体至少有一侧盖板为透明盖板；所述电弧监测装置包括可通过所述透明盖板对配电柜内部图像进行连续采集的图像采集单元，以及可与图像采集单元进行双向信息交互的信息处理及控制单元；所述信息处理及控制单元包括电弧图像检测模块、报警模块，电弧图像检测模块用于根据图像采集单元所采集的图像检测是否出现故障电弧，当检测到故障电弧时，通过报警模块进行报警。本发明还公开了一种配电系统。本发明不受配电柜内严苛环境的影响，安全可靠性高，且可对故障电弧的完整发生过程进行直观记录，便于后续的故障分析研究。

Description

配电柜及配电系统

技术领域

本发明涉及一种配电柜及配电系统。

背景技术

对于高、低压配电系统而言，配电柜内部出现故障电弧是非常致命的，破坏性大，但由于配电柜是封闭的，值班人员无法发现故障电弧，即使发生了故障在实际现场也很难及时发现。

现有配电柜中故障电弧的检测方法通常是利用设置在配电柜内基于弧光传感器的弧光检测单元来实现，该方法仅能实现简单的保护，无法对故障电弧的整个发生过程进行监控，且容易受到配电柜内高温、强电磁等严苛环境的影响而降低保护的可靠性。另一种常用故障电弧检测方法是通过对电器电路中的电流电压等电气量进行检测，从而间接判断是否发生电弧现象。这种方式是一种间接方式，并不直观，其所需的电路复杂，且易受电磁干扰，检测结果经常不够准确。

综上可知，现有配电柜内故障电弧检测技术均存在易受配电柜内严苛环境而降低可靠性的问题，且无法对电弧发生过程进行直观地反应和记录，不便于后续的故障分析研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种配电柜，可通过图像对配电柜内的故障电弧进行实时监测和报警，不受配电柜内严苛环境的影响，安全可靠性高，且可对故障电弧的完整发生过程进行直观记录，便于后续的故障分析研究。

本发明配电柜，包括一组柜体，以及安装于柜体外部，用于对配电柜内故障电弧进行实时监测的电弧监测装置；所述柜体至少有一侧盖板为透明盖板；所述电弧监测装置包括可通过所述透明盖板对配电柜内部图像进行连续采集的图像采集单元，以及可与图像采集单元进行双向信息交互的信息处理及控制单元；所述信息处理及控制单元包括电弧图像检测模块、报警模块，电弧图像检测模块用于根据图像采集单元所采集的图像检测是否出现故障电弧，当检测到故障电弧时，通过报警模块进行报警。

优选地，所述图像采集单元包括摄像机、滑动小车、导轨，所述导轨固定安装于与柜体的透明盖板对应的外部空间，所述摄像机安装于滑动小车上，滑动小车可沿所述导轨移动至不同位置。

进一步地，所述图像采集单元还包括无线传输模块，用于向信息处理及控制单元传输摄像机所采集的图像信号并接收信息处理及控制单元所输出的摄像机控制信号，以及传输滑动小车的移动控制信号。

优选地，摄像机和滑动小车通过所述导轨供电。

优选地，所述信息处理及控制单元还包括摄像机控制模块、网络处理模块；摄像机控制模块用于接收、存储图像采集单元所采集到的图像信息，并对滑动小车的移动进行控制；网络处理模块用于支持信息处理及控制单元与外部网络的数据联通。

作为故障电弧自动检测的核心部分，所述电弧图像检测模块可利用现有各种基于图像处理的电弧检测技术实现，然而考虑到这些现有技术普遍存在算法较复杂的问题，本发明优选采用以下三种较简单便捷的实现方案：

第一种方案：

所述电弧图像检测模块包括：

亮度最大值检测模块，用于对图像中各像素的亮度最大值进行检测；

判断模块，用于将检测出的图像中各像素的亮度最大值与预设亮度阈值进行比较，如大于亮度阈值，则判断出现故障电弧并通过报警模块进行报警。

第二种方案：

所述电弧图像检测模块包括：

去噪模块，用于对图像进行去噪处理；

亮度统计模块，用于统计去噪后图像中亮度值大于预设亮度阈值的像素数量；

判断模块，用于将亮度统计模块所统计出的亮度值大于预设亮度阈值的像素数量与预设数量阈值进行比较，如大于数量阈值，则判断出现故障电弧并通过报警模块进行报警。

第三种方案：

所述电弧图像检测模块包括：

去噪模块，用于对图像进行去噪处理；

边缘检测模块，用于从去噪后图像中检测出故障电弧的轮廓；

判断模块，用于计算边缘检测模块所检测出的故障电弧的轮廓面积，并与预设的面积阈值进行比较，如大于面积阈值，则判断出现故障电弧并通过报警模块进行报警。

为了使图像中所记录的故障电弧更清晰准确，以便后续观察和分析，所述电弧图像检测模块还可进一步地包括用于对边缘检测模块所检测出的故障电弧的轮廓内部分进行图像增强的图像增强模块。

根据相同的发明思路还可以得到一种配电系统，包括如上任一技术方案所述配电柜。

相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

本发明利用设置在柜体外部的电弧监测装置来进行基于图像的故障电弧检测，其不受配电柜内严苛环境的影响，相比现有的弧光信号检测单元或者捕捉电弧电气信号方式，其安全可靠性更高，抗干扰能力更强，且可对故障电弧的完整发生过程进行直观记录，便于后续的故障分析研究。

本发明的电弧监测装置与配电柜柜体分离，可单独制造，仅需要对现有配电系统的配电柜柜体进行简单改造即可实现，适用范围更广。

本发明利用了滑轨移动技术，可通过预先编程或实时控制的方式利用少量摄像机对多个配电柜内的故障电弧进行监测，实现成本较低。

本发明的视频传输和滑轨控制采用了无线传输技术和导轨供电技术，有效避免了线缆弯曲拉伸可能造成的故障。

附图说明

图1为本发明配电柜一个优选实施例的结构示意图；

图2为本发明在进行故障电弧检测过程中的信号传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

图1显示了本发明一个优选实施例的基本结构。如图1所示，本实施例中的配电柜包括一组相邻排列的柜体和设置在柜体上方的电弧监测装置，其中每个柜体的采用透明顶板，可从外部通过透明顶板对柜体内部进行观察。电弧监测装置包括图像采集单元，以及可与图像采集单元进行双向信息交互的信息处理及控制单元。

图像采集单元包括摄像机、滑动小车、导轨，所述导轨固定安装于柜体上方，所述摄像机安装于滑动小车上，滑动小车可沿所述导轨移动至不同位置。本实施例中的图像采集单元还包括无线传输模块，用于通过无线方式向信息处理及控制单元传输摄像机所采集的图像信号并接收信息处理及控制单元所输出的摄像机控制信号，以及传输滑动小车的移动控制信号。此外，本实施例中摄像机和滑动小车所需的电能并不是用电缆传输，而是直接通过滑轨进行传输。这样即可有效避免由于电源及信号线缆弯曲拉伸可能造成的故障，提高了可靠性。

如图1所示，本实施例中的信息处理及控制单元包括摄像机控制模块、电弧图像检测模块、报警模块以及网络处理模块（图中未示出），摄像机控制模块用于接收、存储图像采集单元所采集到的图像信息，并对滑动小车的移动进行控制；电弧图像检测模块用于根据图像采集单元所采集的图像检测是否出现故障电弧，当检测到故障电弧时，通过报警模块进行报警；网络处理模块实际上是一个网络接口，用于支持信息处理及控制单元与外部网络（例如以太网）的数据联通。

本发明的摄像机可根据常见故障电弧的弧光波长选择工作于可见光、紫外光或红外光的摄像机，本实施例中采用工作于可见光范围的强光摄像机，其采用抗电磁干扰设计,体积小巧紧凑,可以在高温环境中使用。

本发明能够准确实现故障电弧检测的核心在于电弧图像检测模块所采用的故障电弧检测算法。现有技术中存在一些基于图像的电弧图像检测方法，然而这些现有技术通常是用于电弧产生机理的深层次研究，对于检测的实时性及实现成本关注不够，因此算法均比较复杂，对硬件资源要求较高，且实时性较差。为了有效降低软硬件成本，提高检测速度，本发明的电弧图像检测模块优选采用以下三种较简单便捷的实现方案：

第一种方案：

所述电弧图像检测模块包括：亮度最大值检测模块，用于对图像中各像素的亮度最大值进行检测；判断模块，用于将检测出的图像中各像素的亮度最大值与预设亮度阈值进行比较，如大于亮度阈值，则判断出现故障电弧并通过报警模块进行报警。

由于现有CCD、CMOS摄像机可直接得到各像元接收到的亮度信号，因此该方案实现最简单，实时性最好。但由于仅考虑了各像素的亮度，有时会受噪声干扰产生检测错误。

第二种方案：

所述电弧图像检测模块包括：去噪模块，用于对图像进行去噪处理；亮度统计模块，用于统计去噪后图像中亮度值大于预设亮度阈值的像素数量；判断模块，用于将亮度统计模块所统计出的亮度值大于预设亮度阈值的像素数量与预设数量阈值进行比较，如大于数量阈值，则判断出现故障电弧并通过报警模块进行报警。

该方案综合考虑了像素亮度及电弧面积（亮度较大的像素数量），因此相比单纯考虑最大亮度，其检测准确性更高。其中的去噪模块可采用中值滤波去噪、小波去噪、形态学滤波等现有去噪方法，优选采用最简单的中值滤波方法。

第三种方案：

所述电弧图像检测模块包括：去噪模块，用于对图像进行去噪处理；边缘检测模块，用于从去噪后图像中检测出故障电弧的轮廓；判断模块，用于计算边缘检测模块所检测出的故障电弧的轮廓面积，并与预设的面积阈值进行比较，如大于面积阈值，则判断出现故障电弧并通过报警模块进行报警。为了使图像中所记录的故障电弧更清晰准确，以便后续观察和分析，所述电弧图像检测模块还可进一步地包括用于对边缘检测模块所检测出的故障电弧的轮廓内部分进行图像增强的图像增强模块。

其中的去噪模块可采用中值滤波去噪、小波去噪、形态学滤波等现有去噪方法，优选采用最简单的中值滤波方法。边缘检测模块可利用现有的Sobel算子、Roberts算子、Prewitt算子、Laplacian算子、Canny算子等边缘检测算子实现，优选其中最简单的Roberts算子。图像增强模块可使用线性变换或非线性变换的对比度增强方法，或者基于空间滤波的图像增强方法等，从而使得图像中故障电弧部分更为明显突出，便于观察。

上述面积阈值、亮度阈值、数量阈值等判断阈值，可通过实验并结合数据分析统计技术来获得最优取值，以提高检测的准确性。

图2显示了上述电弧监测装置在工作过程中的信号传输情况，如图所示，摄像机控制单元经由无线方式所发送的滑动小车移动控制指令被无线传输模块接收并发送给滑动小车，滑动小车按照指令快速移动至相应位置；承载于滑动小车上的摄像机通过透明顶板对相应的柜体内部进行拍摄，拍摄到的视频图像信号通过无线传输模块发送至摄像机控制模块，摄像机控制模块将图像发送给电弧图像检测模块同时将图像存储于内部的存储介质中；电弧图像检测模块对图像进行实时检测，当检测到故障电弧时，通过报警模块进行声、光报警或者同时向配电柜的主控单元发送切断电源、分闸等保护指令；摄像机控制模块所保存的监控图像以及电弧图像检测模块的实时检测结果可经由网络处理模块发送至与外部网络连通的电脑、手机等远程客户终端，用户可实时查看监控画面及故障电弧检测情况，并可对电弧监测装置进行远程控制。

Claims (10)

1.一种配电柜，包括一组柜体，以及安装于柜体外部，用于对配电柜内故障电弧进行实时监测的电弧监测装置；其特征在于，所述柜体至少有一侧盖板为透明盖板；所述电弧监测装置包括可通过所述透明盖板对配电柜内部图像进行连续采集的图像采集单元，以及可与图像采集单元进行双向信息交互的信息处理及控制单元；所述信息处理及控制单元包括电弧图像检测模块、报警模块，电弧图像检测模块用于根据图像采集单元所采集的图像检测是否出现故障电弧，当检测到故障电弧时，通过报警模块进行报警。

2.如权利要求1所述配电柜，其特征在于，所述图像采集单元包括摄像机、滑动小车、导轨，所述导轨固定安装于与柜体的透明盖板对应的外部空间，所述摄像机安装于滑动小车上，滑动小车可沿所述导轨移动至不同位置。

3.如权利要求2所述配电柜，其特征在于，所述图像采集单元还包括无线传输模块，用于向信息处理及控制单元传输摄像机所采集的图像信号并接收信息处理及控制单元所输出的摄像机控制信号，以及传输滑动小车的移动控制信号。

4.如权利要求2所述配电柜，其特征在于，摄像机和滑动小车通过所述导轨供电。

5.如权利要求2所述配电柜，其特征在于，所述信息处理及控制单元还包括摄像机控制模块、网络处理模块；摄像机控制模块用于接收、存储图像采集单元所采集到的图像信息，并对滑动小车的移动进行控制；网络处理模块用于支持信息处理及控制单元与外部网络的数据联通。

6.如权利要求1所述配电柜，其特征在于，所述电弧图像检测模块包括：

亮度最大值检测模块，用于对图像中各像素的亮度最大值进行检测；

判断模块，用于将检测出的图像中各像素的亮度最大值与预设亮度阈值进行比较，如大于亮度阈值，则判断出现故障电弧并通过报警模块进行报警。

7.如权利要求1所述配电柜，其特征在于，所述电弧图像检测模块包括：

去噪模块，用于对图像进行去噪处理；

亮度统计模块，用于统计去噪后图像中亮度值大于预设亮度阈值的像素数量；

判断模块，用于将亮度统计模块所统计出的亮度值大于预设亮度阈值的像素数量与预设数量阈值进行比较，如大于数量阈值，则判断出现故障电弧并通过报警模块进行报警。

8.如权利要求1所述配电柜，其特征在于，所述电弧图像检测模块包括：

去噪模块，用于对图像进行去噪处理；

边缘检测模块，用于从去噪后图像中检测出故障电弧的轮廓；

判断模块，用于计算边缘检测模块所检测出的故障电弧的轮廓面积，并与预设的面积阈值进行比较，如大于面积阈值，则判断出现故障电弧并通过报警模块进行报警。

9.如权利要求8所述配电柜，其特征在于，所述电弧图像检测模块还包括用于对边缘检测模块所检测出的故障电弧的轮廓内部分进行图像增强的图像增强模块。

10.一种配电系统，包括如权利要求1～9任一项所述配电柜。