CN111721433A - 一种变压器的湿度状态智能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变压器的湿度状态智能控制方法，通过网络客户端登录云服务器的管理界面；在每个小时划分的若干周期内定时采集电力变压器呼吸器的湿度值、温度值、气体流量值的模拟量值，并将其转化为数字量值后上传至云服务器，同时采集电力变压器呼吸器的图像信息，并将其上传至云服务器；云服务器根据所接收的图像进行数字化处理，并对温度、湿度、气体流量、图像数值进行梯度值计算并判断，将结果显示在监控终端的界面上；控制变色硅胶加热器启动或者关闭。该方法能使湿度状态监测更加精准，防止误判，提高了变压器呼吸器的可靠性和寿命，同时减少了维护所需的人力和物力。
Description
技术领域
本发明涉及变压器控制技术领域，特别涉及一种变压器的湿度状态智能控制方法。
背景技术
目前，有关变压器的智能化工作正在逐渐受到重视。随着自动化技术的发展，用户对变压器的性能以及寿命要求也越来越高，而变压器的使用环境以及天气影响都可能造成停电，变压器类充油设备大都配有呼吸器，主要有两个方面功能：一是使变压器器身内的空气通过呼吸器与外界空气相通，当内部变压器油因升温膨涨时，呼出内部气体；内部变压器油降温时，吸入外部气体，始终保持器身内外气压相等。二是通过呼吸器内的干燥剂吸收进入变压器内空气中的水分，使变压器内绝缘油保持良好的电气性能，防止潮湿空气直接进入变压器油枕内降低或破坏变压器的绝缘强度。呼吸器安装在油枕与空气连通的管道末端，内部充有吸附剂，吸附剂常采用变色硅胶，其作用是吸收油枕空气中的水分，保持油枕内的空气干燥，防止变压器绝缘油受潮。当呼吸器在运行中出现硅胶严重变色等异常情况时，会影响到变压器的安全可靠运行，因此，做好呼吸器的维护工作尤为重要。传统的检测呼吸器是否存在故障的方式是维护人员到现场用肉眼进行观察，通过一定的工作经验来进行判断，这种方式会存在多处疏忽与漏洞。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种变压器的湿度状态智能控制方法，能够精准的监控并调节变压器的湿度状态，提高变压器呼吸器的可靠性和寿命。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种变压器的湿度状态智能控制方法，包括以下步骤：
步骤1，通过网络客户端登录云服务器的管理界面；
步骤2，在每个小时划分的若干周期内定时采集电力变压器呼吸器的湿度值、温度值、气体流量值的模拟量值，并将其转化为数字量值后上传至云服务器，在每个小时划分的若干周期内定时采集电力变压器呼吸器的图像信息，并将其上传至云服务器；
步骤3，云服务器根据所接收的图像进行数字化处理，并对温度、湿度、气体流量、图像数值进行梯度值计算并判断，将结果显示在监控终端的界面上；
步骤4，控制变色硅胶加热器启动或者关闭。
所述的在每个小时划分的若干周期内定时采集电力变压器呼吸器的湿度值、温度值、气体流量值的模拟量值以及采集电力变压器呼吸器的图像信息的方法：
将一个周期a划分为不同的时间窗口，在每个时间窗口的一开始的第一时刻th和第二时刻th+1，获取变压器呼吸器温度值θ1、θ2，获取变压器呼吸器湿度值m1、m2，获取变压器呼吸器输出的气体流量值p1、p2，拍摄变压器呼吸器图像I1、I2。
进一步的，所述的变压器呼吸器的温度值由分布式光纤温度传感器采集，所述的变压器呼吸器的湿度值由分布式光纤湿度传感器采集，所述的分布式光纤温度传感器和分布式光纤湿度传感器连接在变压器呼吸器上。
进一步的，所述的变压器气体流量值由流量计采集，所述的流量计连接于变压器呼吸器上，并将变压器的气体流量值输出。
进一步的，所述的变压器呼吸器的气体流量值、温度值以及湿度值能够由模拟量值转化为数字量。
进一步的，所述的变压器呼吸器的图像由呼吸器附近设置的远程摄像头采集。
所述的云服务器根据所接收的变压器呼吸器图像进行数字化处理的方法包括对变压器呼吸器中变色硅胶范围的图像进行Canny检测算子边缘提取以及根据HSV色彩空间进行二维直方图处理，得出蓝色与粉红色数值比I1’、I2’。
进一步的，Canny检测算子提取变色硅胶图像的边缘矩阵的具体方法为：读取图像的RGB颜色值；用高斯滤波器对图像进行滤波，以消除图像中的噪声，对该图像边缘中的每一个像素分别进行横向与纵向上的微分计算，以得到该像素的梯度的幅值和方向；对该像素的梯度的幅值进行非极大值抑制以将该像素邻域内强度值有显著变化的点凸显出来，以得到该图像的二值图像；设置高阀值和低阀值对该二值图像进行边缘检测和连接，以实现对该二值图像的整个图像边缘闭合。
所述的对变色硅胶图片根据HSV色彩空间进行二维直方图处理的方法包括根据HSV色彩空间，变压器呼吸器区域图像有三个维度，分别为Hue-色相、Saturation-饱和度和Value-明度，对Hue-色相和Saturation-饱和度两个维度进行颜色统计，并绘制出二维直方图，根据蓝色与粉红色比例得到检测结果。
所述的云服务器对温度、湿度、气体流量、图像数值进行梯度值计算的方法：
1)按照关系式θ2-θ1＝dθ/dt确定一温度梯度dθ/dt；
2)按照关系式m2-m1＝dm/dt确定湿度梯度dm/dt；
3)按照关系式p2-p1＝dp/dt确定气体流量度梯度dp/dt；
4)按照关系式I2’-I1’＝dI’/dt确定颜色数值比梯度dI’/dt。
进一步的，所述的温度、湿度、气体流量、图像数值判断的方法：
1)接着在x-1个后续的周期a对于相同的时间窗口重复进行这种测量和梯度形成并上传至云服务器，对于每个周期a＝1、a＝2...a＝x-1存储两种以上数值梯度大于或等于0的那些时间窗口；
2)在另一周期a＝x检查：是否在每一个前面的周期a＝1、a＝2...a＝x-1存在至少z个相关联的、相同的已存储时间窗口，在这些时间窗口上两种以上梯度值大于或等于0；
3)如果存在，则在周期a＝x中，在前面周期的相一致的时间窗口开始时云服务器发送控制信号至变色硅胶加热器，变色硅胶加热器接收控制信号后将进入自动加热模式；如果不存在，则关闭自动加热模式，且将另一周期a＝x+1计入比较。
优选的，所述的变色硅胶加热器还包括手动离线加热模式，系统停机一段时间时用手动离线加热模式对变色硅胶加热器开启加热。
优选的，所述的周期a包含60分钟，即每个60分钟内进行一次数据存储。
优选的，所述的x的值为4，即在存储三个周期a的所有时间窗口之后在随后的第四个周期中检查相关联的、相同的时间窗口。
优选的，z的值为4，即为使加热装置投入运行，需要有至少四个相关联的、相同的时间窗口。
相对于现有技术，本发明所述的一种变压器的湿度状态智能控制方法具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种变压器的湿度状态智能控制方法，采用了先进的传感技术、图像采集技术、云服务技术，实现了变压器湿度状态的智能控制，有效的减少了维护所需人力物力的投入；
(2)本发明所述的一种变压器的湿度状态智能控制方法，由多因素共同控制变压器湿度状态，并及时对变压器呼吸器进行加热，进行除湿，使湿度状态监测更加精准，防止误判；
(3)本发明所述的一种变压器的湿度状态智能控制方法，降低了变色硅的失效更换次数，提高变压器呼吸器的可靠性和寿命；
(4)本发明所述的一种变压器的湿度状态智能控制方法，可提高变压器的绝缘性，提高供电可靠性，减少设备因湿度过大造成的故障，保证变压器安全运行。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例变压器的湿度状态智能控制方法步骤图；
图2为本发明实施例所述的湿度值、温度值、气体流量值以及图像采集与数据处理的步骤图；
图3为本发明实施例所述的颜色直方图处理的步骤图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明中涉及“第一”、“第二”、“上”、“下”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“上”、“下”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当实施例之间的技术方案能够实现结合的，均在本发明要求的保护范围之内。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
变压器一般都设置有呼吸器，对变压器进行除湿操作，本实施例的变压器呼吸器包括装有变色硅胶的吸湿装置和变速硅胶加热器，变压器呼吸器上设置有数据采集模块，数据采集模块包括分布式温度传感器、湿度传感器、流量计以及呼吸器附近的远程摄像头，数据采集模块通过RS485接口与中央处理模块连接，中央处理模块将数据通过GPRS模块、无线网络将数据传至云服务器终端进行存储与处理，实现对变压器湿度状态的智能监控。
如图1所示，一种变压器的湿度状态智能控制方法，包括以下步骤：
步骤1，通过网络客户端登录云服务器的管理界面；
步骤2，在每个小时划分的若干周期内定时采集电力变压器呼吸器的湿度值、温度值、气体流量值的模拟量值，并将其转化为数字量值后上传至云服务器，在每个小时划分的若干周期内定时采集电力变压器呼吸器的图像信息，并将其上传至云服务器；
步骤3，云服务器根据所接收的图像进行数字化处理，并对温度、湿度、气体流量、图像数值进行梯度值计算并判断，将结果显示在监控终端的界面上；
步骤4，控制变色硅胶加热器启动或者关闭。
如图3所示，云服务器根据所接收的图像进行数字化处理的步骤如下：
1)对变压器呼吸器图片进行Canny检测算子提取，剔除环境，提取出变色硅胶区域内图像的彩色边缘轮廓：读取图像的RGB颜色值；用高斯滤波器对图像进行滤波，以消除图像中的噪声，对该图像边缘中的每一个像素分别进行横向与纵向上的微分计算，以得到该像素的梯度的幅值和方向；对该像素的梯度的幅值进行非极大值抑制以将该像素邻域内强度值有显著变化的点凸显出来，以得到该图像的二值图像；设置高阀值和低阀值对该二值图像进行边缘检测和连接，以实现对该二值图像的整个图像边缘闭合。
2)对变压器变色硅胶区域图像进行颜色直方图统计，具体方法为:根据HSV色彩空间，变压器呼吸器区域图像有三个维度，分别为Hue-色相、Saturation-饱和度和Value-明度，对Hue-色相和Saturation-饱和度两个维度进行颜色统计，并绘制出二维直方图，根据二维直方图得出蓝色与粉红色数值比I1’、I2’。
如图2所示，所述的湿度值、温度值、气体流量值以及图像采集与数据处理的步骤如下：
将一个周期a划分为不同的时间窗口，在每个时间窗口的一开始的第一时刻th和第二时刻th+1，在实施例中一个周期采用60分钟，a为1个小时每个时间窗口第一时刻为第1分钟，第二时刻为第2分钟，获取变压器呼吸器温度θ1、θ2，获取变压器呼吸器湿度值m1、m2，获取变压器呼吸器输出的气体流量值p1、p2，获取变压器呼吸器图像颜色数值I2’、I1’。
进行梯度值计算：
1)按照关系式θ2-θ1＝dθ/dt确定一温度梯度dθ/dt；
2)按照关系式m2-m1＝dm/dt确定湿度梯度dm/dt；
3)按照关系式p2-p1＝dp/dt确定气体流量度梯度dp/dt；
4)按照关系式I2’-I1’＝dI’/dt确定颜色数值比梯度dI’/dt。
所述的温度、湿度、气体流量、图像数值判断的方法：
1)判断h＝60是否成立，即每个60分钟内进行一次数据存储，计数a＝a+1，h＝1，接着在x-1个后续的周期a对于相同的时间窗口重复进行这种测量和梯度形成并上传至云服务器，对于每个周期a＝1、a＝2...a＝x-1存储温度、湿度、气体流量、图像数值两种以上数值梯度大于或等于0的那些时间窗口，一般的，x为4，即在3个小时内重复测量；
2)在另一周期a＝x检查：是否在每一个前面的周期a＝1、a＝2...a＝x-1存在至少z个相关联的、相同的已存储时间窗口，在这些时间窗口上两种以上梯度值大于或等于0，即在第4个小时检查前三个小时内存在的至少4个完全相符的时间窗口；
3)如果存在，则在周期a＝x中，在前面周期的相一致的时间窗口开始时云服务器发送控制信号至变色硅胶加热器，变色硅胶加热器接收控制信号后将进入自动加热模式；如果不存在，则不开启自动加热模式，且将另一周期a＝x+1计入比较，如果前四个小时不存在这种完全相符的时间窗口，则考虑将第5个小时作为一个周期顺延；
云服务器连接根据以上数据控制变色硅胶加热器启动或者关闭，例如前3个小时一致的时间窗口在5分钟至6分钟，6分钟至7分钟，7分钟至8分钟，8分钟至9分钟时间段出现了4个相关联的时间窗口，则在第4个小时的5分钟以后自动开启变速硅胶加热器，9分钟后关闭。
优选的，所述的变色硅胶加热器还包括手动离线加热模式，系统停机一段时间时，利用自动在线加热模式记录自动加热的次数、每次开启自动加热距离上一次开启的间隔分钟以及自动加热每次开启的工作时长，并将数据信号传递至中控单元记录；离线状态下，通过判断当日日期距离上一次自动加热开启的日期间隔，就可以决定是否开启手动离线加热模式对呼吸器内变色硅胶进行加热。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，通过网络客户端登录云服务器的管理界面；
步骤2，在每个小时划分的若干周期内定时采集电力变压器呼吸器的湿度值、温度值、气体流量值的模拟量值，并将其转化为数字量值后上传至云服务器，在每个小时划分的若干周期内定时采集电力变压器呼吸器的图像信息，并将其上传至云服务器；
步骤3，云服务器根据所接收的图像进行数字化处理，并对温度、湿度、气体流量、图像数值进行梯度值计算并判断，将结果显示在监控终端的界面上；
步骤4，控制变色硅胶加热器启动或者关闭。
2.根据权利要求1所述的变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，所述的在每个小时划分的若干周期内定时采集电力变压器呼吸器的湿度值、温度值、气体流量值的模拟量值以及采集电力变压器呼吸器的图像信息的方法：
将一个周期a划分为不同的时间窗口，在每个时间窗口的一开始的第一时刻th和第二时刻th+1，获取变压器呼吸器温度θ1、θ2，获取变压器呼吸器湿度值m1、m2，获取变压器呼吸器输出的气体流量值p1、p2，拍摄变压器呼吸器图像I1、I2。
3.根据权利要求1所述的变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，所述的云服务器根据所接收的变压器呼吸器图像进行数字化处理的方法包括对变压器呼吸器中变色硅胶范围的图像进行Canny检测算子边缘提取以及根据HSV色彩空间进行二维直方图处理，得出蓝色与粉红色数值比I1’、I2’。
4.根据权利要求3所述的变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，所述的对变色硅胶图片根据HSV色彩空间进行二维直方图处理的方法包括根据HSV色彩空间，变压器呼吸器区域图像有三个维度，分别Hue-色相、Saturation-饱和度和Value-明度，对Hue-色相和Saturation-饱和度两个维度进行颜色统计，并绘制出二维直方图，根据蓝色与粉红色比例得到检测结果。
5.根据权利要求1所述的变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，所述的云服务器对温度、湿度、气体流量、图像数值进行梯度值计算的方法：
1)按照关系式θ2-θ1＝dθ/dt确定一温度梯度dθ/dt；
2)按照关系式m2-m1＝dm/dt确定湿度梯度dm/dt；
3)按照关系式p2-p1＝dp/dt确定气体流量度梯度dp/dt；
4)按照关系式I2’-I1’＝dI’/dt确定颜色数值比梯度dI’/dt。
6.根据权利要求1所述的变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，所述的温度、湿度、气体流量、图像数值判断的方法：
1)接着在x-1个后续的周期a对于相同的时间窗口重复进行这种测量和梯度形成并上传至云服务器，对于每个周期a＝1、a＝2...a＝x-1存储两种以上数值梯度大于或等于0的那些时间窗口；
2)在另一周期a＝x检查：是否在每一个前面的周期a＝1、a＝2...a＝x-1存在至少z个相关联的、相同的已存储时间窗口，在这些时间窗口上两种以上梯度值大于或等于0；
3)如果存在，则在周期a＝x中，在前面周期的相一致的时间窗口开始时云服务器发送控制信号至变色硅胶加热器，变色硅胶加热器接收控制信号后将进入自动加热模式；如果不存在，则关闭自动加热模式，且将另一周期a＝x+1计入比较。
7.根据权利要求6所述的变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，所述的变色硅胶加热器还包括手动离线加热模式，系统停机一段时间时用手动离线加热模式对变色硅胶加热器开启加热。
8.根据权利要求2或6所述的变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，所述的周期a包含60分钟，即每个60分钟内进行一次数据存储。
9.根据权利要求6所述的变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，所述的x的值为4，即在存储三个周期a的所有时间窗口之后在随后的第四个周期中检查相关联的、相同的时间窗口。
10.根据权利要求6所述的变压器的湿度状态智能控制方法，其特征在于，z的值为4，即为使加热装置投入运行，需要有至少四个相关联的、相同的时间窗口。
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