CN112050791A - 一种gis设备隔离刀闸动作参数的观测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置及其方法，包括，机器视觉传感器、可见光摄像头、光源模块、主板、接插件、电源模块；通过机器视觉传感器捕捉隔离开关动触头的运动，将其转换为结构化的点云数据，从而实现动触头动作行程、动作速率、震动频率的定量测量，通过可见光摄像头实现动作过程可视化和录像，并判断是否合闸到位。本发明为GIS隔离开关动作的量化精确监测提供了强有力的支撑。

Description

一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置及其方法

技术领域

本发明涉及变电站GIS状态监测技术领域，尤其涉及一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置及其方法。

背景技术

GIS隔离开关分合闸不到位故障是近年来出现的新型缺陷，在GIS完成安装调试后，隔离开关时可以正常实现分合闸动作，但是随着长时间运行和操作，由于机械部位磨损、机械阻力、部件卡涩、缓冲装置失效等原因，可能会出现隔离开关分合闸不到位情况，即处于半分合位置。轻度的合闸不到位会导致隔离开关导电回路接触不良，引发过热从而萌发内部故障，隔离开关处于分合闸不到位严重时会导致绝缘距离不足而产生电晕，甚至引发放电击穿故障，由于GIS隔离开关内部分合状态的不可见性，GIS外观上不真实的状态指示会导致运行人员带负荷分合隔离开关、带接地刀送电、带电合接地刀的恶性误操作事件，直接影响人身安全和电网持续稳定运行。

常规的GIS隔离开关状态的监测采用人工目视检查的方法，存在速度慢、效率低、人工量大、安全性差、视野狭窄，光场暗淡等缺点，更主要的是无法对开合过程中动静触头的分合动作过程及到位情况进行实时监控和判断，另有采用基于图像识别技术的监测系统，但也仅能监测开关位置情况，无法获取隔离开关行程距离、动作速率、震动频率等关键参数，而通过这些参数能够判断开关机械状况、预期寿命，实现故障预警。可见，对GIS隔离开关分合工程状态进行实时监控，实现分合动作的同期性、行程以及合闸的到位情况等信息的实时获取和观测，对提高GIS的可靠性具有直接的作用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置及其方法，实现隔离开关动作行为的点云量化描述和图像可视化观察，支持隔离开关动触头行程距离、运动速率、振动频率等动作参数的测量，及分合闸到位的确认。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置，包括：

机器视觉传感器，采用CCD组件捕捉图像，经过内置图像处理芯片处理，输出点云数据；

可见光摄像头，用于采集视频信号，与所述机器视觉传感器同时工作，实现分合闸过程的可视化，并通过标识自动识别判断是否合闸到位；

光源模块，为所述机器视觉传感器与所述可见光摄像头提供照射光线，为满足所述机器视觉传感器的要求；

主板，为控制模块，实现所述机器视觉传感器与所述可见光摄像头的控制、数据接收、数据缓存和数据传输；

接插件，用于将所述观测装置获取的信号机送至计算机；

电源模块，为整个所述观察法装置提供电源。

进一步，所述点云数据是触头表面的动态三维坐标点，所述动态三维坐标点由三维坐标和时间标记组成，能够反映触头的动作速率、震动频率和震动幅度。

进一步，所述标识为触头合位标示线，位于动触头上，表现为两条黑色表示线。

进一步，所述光线为频闪指数较低的光线。

进一步，一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测方法，包括以下步骤：

S1、启动观测装置；

S2、机器视觉传感器开启持续监测，在观测范围内任何产生位移、震动的物体表面都将被机器视觉传感器捕捉，形成三维点云数据；

S3、当触头的动作后，机器视觉传感器即捕捉到物体运动，开始记录动作数据，一旦产生动作数据即向可见光摄像头发信开始录像；

S4、动作结束后，启动图像识别程序，将本次捕捉图像与典型合闸、分闸图像对比，通过判断相似度来识别本次动作是分闸还是合闸；

若为合闸过程，则将机器视觉传感器获取的动作数据标记为合闸数据，并将本次动触头动作行程数据与标准合闸行程数据对比，判断合闸到位程度，记录并输出结果；

若为分闸过程，则将本次机器视觉传感器获取的动作数据标记为分闸数据，记录并输出结果。

进一步，所述机器视觉传感器触发并启动可见光摄像头的时间应远小于动触头的动作时间。

本发明的有益效果为：通过机器视觉传感器捕捉隔离开关动触头的运动，将其转换为结构化的点云数据，从而实现动触头动作行程、动作速率、震动频率的定量测量，通过可见光摄像头实现动作过程可视化和录像，并判断是否合闸到位。本发明为GIS隔离开关动作的量化精确监测提供了强有力的支撑。

附图说明

图1为本发明的一种GIS设备内部隔离开关动作参数观测装置安装示意图；

图2为本发明的一种GIS设备内部隔离开关动作参数观测装置剖面图；

图3为为本发明的一种GIS设备内部隔离开关动作参数观测装置镜头布置示意图；

图4为本发明的一种GIS设备内部隔离开关动作参数观测方法工作策略流程图；

图5为本发明的一种GIS设备内部隔离开关动作参数观测装置的电路工作示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、图2、图3，一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置，包括：

机器视觉传感器，采用CCD组件捕捉图像，经过内置图像处理芯片处理，输出点云数据；

所述点云数据是触头表面形成的动态三维坐标点，所述动态三维坐标点由三维坐标和时间标记组成，能够反映每一时刻触头的动作速率、震动频率和震动幅度，利用这些数据可进一步计算，判断开关机械状态。

可见光摄像头，用于采集视频信号，与所述机器视觉传感器同时工作，实现分合闸过程的可视化，并通过标识自动识别判断是否合闸到位；

光源模块，为所述机器视觉传感器与所述可见光摄像头提供照射光线，为满足所述机器视觉传感器的要求；主板，为控制模块，实现所述机器视觉传感器与所述可见光摄像头的控制、数据接收、数据缓存和数据传输；

接插件，用于将所述观测装置获取的信号机送至计算机；

电源模块，为整个所述观察法装置提供电源。

所述标识为触头合位标示线，位于动触头上，表现为两条黑色表示线。

所述光线为频闪指数较低的光线。

所述机器视觉传感器通过内置图像处理芯片，实现观测物运动行为的结构化的点云数据描述，从而实现运动物体的跟踪。所述点云数据传输至后台后，通过点云处理软件处理，计算得到隔离开关动触头的动作行程、动作速率、震动频率精确量值。

一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测方法，包括以下步骤：

S1、启动观测装置；

S2、机器视觉传感器开启持续监测，在观测范围内任何产生位移、震动的物体表面都将被机器视觉传感器捕捉，形成三维点云数据；

S3、当触头的动作后，机器视觉传感器即捕捉到物体运动，开始记录动作数据，一旦产生动作数据即向可见光摄像头发信开始录像，该触发条件通过主板程序进行逻辑判断；

S4、动作结束后，启动图像识别程序，将本次捕捉图像与典型合闸、分闸图像对比，通过判断相似度来识别本次动作是分闸还是合闸；

若为合闸过程，则将机器视觉传感器获取的动作数据标记为合闸数据，该数据为所述动触头的动作行程数据，并将本次合闸数据与临界合闸数据的量值进行对比，大于临界合闸数据即为合闸到位，不大于临界合闸数据即判定为合闸不到位，记录并输出结果。其中所述临界合闸数据为动触头恰好合闸到位的情况下的动作行程；

若为分闸过程，则将本次机器视觉传感器获取的动作数据标记为分闸数据，该数据为所述动触头的动作行程数据，并将本次分闸数据与临界分闸数据的量值进行对比，大于临界分闸数据即为分闸到位，不大于临界分闸数据即判定为分闸不到位，记录并输出结果。其中所述临界分闸闸数据为动触头恰好分闸到位的情况下的动作行程；

所述机器视觉传感器触发所述可见光摄像头的时间和所述机器视觉传感器启动所述可见光摄像头的时间均小于动触头的动作时间。

参照运行要求，GIS隔离开关动作需确认的关键参数主要有是否合闸到位、是否分闸到位。其中合闸到位可通过识别动触头标识线或行程距离参数予以确认，分闸到位则需要获取动静触头间的电气距离；另外基于图像的测量技术实现触头距离、运动速度、振动幅度及频率等机械动作特征参数的测量具有理论可行性，同时行程、振动等特征也与操作机构的状态直接相关，可以用来表征其健康状态。为满足上述要求本文将基于机器视觉传感器与可见光摄像头相结合的方式实现GIS气室开关的可视化观测，所设计系统具备物联智能、同步感知的特征。

一种变电站GIS设备隔离开关动作参数观测装置，包括5观察窗外壳、6接插件、7装置外壳、8电源模块、9法兰、10主板、11密封圈、12外螺纹、13光源模块、14机器视觉传感器、15可见光摄像头、16有机玻璃。

装置的安装方式为，5观察窗外壳通过12外螺纹与1GIS外壳相连接，并由11密封圈作为进一步的密封。7装置外壳内包含了8电源模块、10主板、13光源模块、14机器视觉传感器、15可见光摄像头。7装置外壳通过9法兰与5观察窗连接。

13光源模块、14机器视觉传感器、15可见光摄像头采用三角形排列，其中13光源模块提供低频闪光源，14机器视觉传感器测量隔离开关动触头的动作行程、动作速率、震动频率，15可见光摄像头用于采集视频信号，与所述机器视觉传感器同时工作，实现分合闸过程的可视化。14机器视觉传感器与15可见光摄像头通过16有机玻璃进行观测，4观测范围应能覆盖3静触头、4动触头。10主板负责控制与信号的获取，并通过6接插件将信号发出，8电源模块为装置提供电源。

装置工作策略见图4，装置启动后机器视觉传感器开启持续监测。当监测到视野范围内动触头动作开始记录动作数据，同时启动可见光摄像头开始录像。动作结束后，启动图像识别程序，判断本次动作是分闸还是合闸。若为合闸过程，则将机器视觉传感器获取的动作数据标记为合闸数据，并将本次动触头动作行程数据与标准合闸行程数据对比，判断合闸到位程度，记录并输出结果。若为分闸过程，则将本次机器视觉传感器获取的动作数据标记为分闸数据，记录并输出结果。

光源模块：提供照射光线；

可见光摄像头：分合闸过程的可视化；

机器视觉传感器：内置图像处理芯片，将结构化点云数据传输至后台，通过点云处理软件处理，计算得到隔离开关动触头的动作、动作速率、振动频率精确量值。

传感器开始监测，可见光摄像头录像，启动图像识别程序，判断分合闸。

采用事件相机实现，利用动触头动作时会产生振动引起光强变化触发事件相机输出信号的机理，实现动触头动作的感知，通过记录相机信号输出的开始时间T1，信号终止输出时间T2，记录这期间的信号变化数据，采用相应的计算算法。即可实现动作速率、振动频率的测量。待机中，机器视觉传感器始终工作在动作事件的俘获中，一段俘获到动作事件，立即输出触发信号，触发数据处理器，数据处理器被触发后，立即启动可见光相机，开始记录可见光相机及机器视觉传感器的信号。

如图5所示，触头动作，机器视觉传感器将传输信号，触发电路，电路将触发信号传输给数据处理器，记录触头开始运动的时间，当触头不动时，机器视觉传感器没有信号输入，之间时间差为触头运动的时间，同时记录振动累计次数，结合运动的距离，根据时间和触头的动作，可以得出触头动作的速度和运动过程中的振动频率。

可见光摄像头能够判断触头是否达到标准位置，以及检查，合闸的程度。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置，其特征在于，包括：

机器视觉传感器，采用CCD组件捕捉图像，经过内置图像处理芯片处理，输出结构化点云数据；

可见光摄像头，用于采集视频信号，与所述机器视觉传感器同时工作，实现分合闸过程的可视化，并通过标识自动识别判断是否合闸到位；

光源模块，为所述机器视觉传感器与所述可见光摄像头提供照射光线，为满足所述机器视觉传感器的要求；

主板，为控制模块，实现所述机器视觉传感器与所述可见光摄像头的控制、数据接收、数据缓存和数据传输；

接插件，用于将所述观测装置获取的信号机送至计算机；

电源模块，为整个所述观察法装置提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置，其特征在于：所述点云数据是触头表面形成的动态三维坐标点，所述动态三维坐标点由三维坐标和时间标记组成，反映了每一时刻触头的动作速率、震动频率和震动幅度。

3.根据权利要求1所述的一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置，其特征在于：所述标识为触头合位标示线，位于动触头上，表现为两条黑色表示线。

4.根据权利要求1所述的一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测装置，其特征在于：所述光线为频闪指数较低的光线。

5.一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、启动观测装置；

S2、机器视觉传感器开启持续监测；

S3、当监测到视野范围内，触头的动作后，开始记录动作数据，同时触发启动可见光摄像头开始录像；

S4、动作结束后，启动图像识别程序，判断本次动作是分闸还是合闸；

若为合闸过程，则将机器视觉传感器获取的动作数据标记为合闸数据，并将本次动触头动作行程数据与标准合闸行程数据对比，判断合闸到位程度，记录并输出结果；

若为分闸过程，则将本次机器视觉传感器获取的动作数据标记为分闸数据，记录并输出结果。

6.根据权利要求5所述的一种GIS设备隔离刀闸动作参数的观测方法，其特征在于：所述机器视觉传感器触发所述可见光摄像头的时间和所述机器视觉传感器启动所述可见光摄像头的时间均小于动触头的动作时间。

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