CN1856917A - 电弧监视系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过根据弧光放电前的帧开始至弧光放电后瞬间的帧为止的最佳帧进行电弧标定来提高电弧检测可靠性的电弧监视系统。该电弧监视系统对电气设备所发生的弧光放电的发生位置进行标定，其中包括：配置于电气设备的多个部位的多部监视摄像机(1、5)；对各监视摄像机(1、5)输出的图像分别进行处理的图像处理装置(2)；控制图像处理装置(2)的控制逻辑部(3)；以及具有显示部和操作部并且与控制逻辑部(3)连接的操作器(4)。图像处理装置(2)和控制逻辑部(3)响应发生弧光放电时电气设备所生成的控制信号(10)，提取监视摄像机(1、5)输出的各图像的变化，对弧光放电的发生位置进行标定。

Description

电弧监视系统

                              技术领域

本发明涉及用摄像机检测变电所等处各种电气设备中带电导线彼此间的短路故障或带电导线和地之间的接地故障(所谓弧光放电)，来确定(下面称为“标定”)电气设备内故障点(发生弧光放电的位置)的电弧监视系统，具体来说，涉及可以通过用多部摄像机对发生弧光放电的场所进行摄像，并用图像处理装置进行标定，从而对故障系统进行正确标定显示的电弧监视系统。

                              背景技术

现有的电弧监视系统形成为用普通的CCTV(公用有线电视)摄像机来检测电弧发生时的弧光，并根据1幅图像画面对故障点标定位置的区域位置进行定位(参照例如专利文献1)。

但由于无法使镜头的光圈值相对于电弧电流所造成的瞬间发光作出最佳反应(缩小光圈)，所以大多情况下，所摄取的弧光放电图像会成为发白的曝光过度的图像。

专利文献1：日本特開平11-98628号公报

                              发明内容

现有的电弧监视系统由于用普通的CCTV摄像机来尝试摄取弧光放电过程中的图像，所以存在的问题是无法以适于图像处理的状态对瞬间发生稍纵即逝的弧光放电进行摄像。而且，为摄像对象的弧光放电部位大多为周围环境的障碍物、各种各样的环境变化(雾、雨或雪)等所遮挡，所以存在的问题是弧光放电部位会从摄像机当中隐去，其结果是标定精度有时较差。

再者，由于绝缘子、地面等处对弧光的反射，其问题还在于有可能误检测电弧发生部位。

本发明涉及的电弧监视系统，对电气设备所发生的弧光放电的发生位置进行标定，其中包括：配置于电气设备的多个部位的多部监视摄像机；对各监视摄像机输出的图像分别进行处理的图像处理装置；控制图像处理装置的控制逻辑部；以及具有显示部和操作部并且与所述控制逻辑部连接的操作器，图像处理装置和控制逻辑部响应发生弧光放电时电气设备所生成的控制信号，提取监视摄像机输出的各图像的变化，对弧光放电的发生位置进行标定。

按照本发明，可以通过根据弧光放电前的帧开始至弧光放电后瞬间的帧为止的最佳帧进行电弧标定来提高电弧检测的可靠性。

                             附图说明

图1为示出本发明实施例1构成的框图。(实施例1)

图2为示出本发明实施例1的电弧监视摄像机和设备监视摄像机配置状态的说明图。(实施例1)

图3为示出本发明实施例1的PC操作器的画面的说明图。(实施例1)

图4为示出本发明实施例1的故障点标定用的图像处理基本动作中的图像帧的说明图。(实施例1)

图5为示出本发明实施例1的故障点标定用的图像处理基本动作中的各帧合成图像例的说明图。(实施例1)

图6为示出本发明实施例1的故障点标定用的图像处理基本动作中的重心位置和落差口径的说明图。(实施例1)

                              具体实施方式

本发明正是要解决上述问题，其目的在于提供一种通过对弧光放电时开始至弧光放电后瞬间为止的多帧(例如30帧)图像进行处理，从而能根据最佳帧进行电弧标定，可以在不受弧光放电电流变化、自然环境变化(雨、雪、雾等)影响的情况下提高弧光的检测精度，以高可靠性检测弧光放电的电弧监视系统。

而且，其目的在于提供一种可以通过用滤除可见光的多部近红外监视摄像机，对弧光放电后的余热进行评价，与大范围的电弧电流相对应进行监视，实现对电弧分布所产生死角的改善，同时减少绝缘子、地面的反射的电弧监视系统。

而且，其目的在于提供一种通过将多部摄像机沿正交的方向配置于电气设备内，根据基于各摄像机图像的标定结果，以三角测量法在平面图上重新标定，从而改善标定精度的电弧监视系统。

此外，其目的在于通过标定弧光放电的发生位置来根据线路切换状态明确故障点标定区间，迅速查明事故原因并排障恢复。

实施例1

下面参照附图具体说明本发明的实施例1。

图1为示出本发明实施例1的电弧监视系统构成的框图。

图1中，多部电弧监视摄像机1并排设置为对电气设备内弧光放电的发生部位进行摄像，分别由带可见光线截止滤光镜的近红外电弧监视摄像机所构成。

多个图像处理装置2与各电弧监视摄像机1相对应设置，根据各电弧监视摄像机1所摄取的摄像机图像，以二维(X-Y)座标形式输出弧光放电的重心。

控制逻辑部3取得各图像处理装置2求得的多个电弧重心座标，按任意的摄像机组合进行三角测量运算，以平面图上的座标系标定弧光放电部位。

PC(个人用计算机)操作器4作为外部设备与控制逻辑部3连接，并且具有显示部和操作部(后面叙述)，操作图1的系统。

多部设备监视摄像机5并排设置为对电气设备内的各种设备进行摄像，监视弧光放电事故发生后瞬间的电弧发生位置。

图像切换装置6通过对PC操作器4的操作，来切换输出各电弧监视摄像机1的图像、各图像处理装置2的处理图像、以及各设备监视摄像机5的图像。

图像切换装置6的输出端子一侧连接VTR(录像机)7、监视器8、以及4画面单元9。

VTR 7与图像切换装置6双向连接，记录由图像切换装置6切换输出的图像。监视器8显示由图像切换装置6切换输出的监视用图像。

4画面单元9与图像切换装置6双向连接，通过对PC操作器4的操作将图像切换装置6所选定的任意摄像机图像按一分为4的画面显示于监视器8上。

总线处理(ブスプロ)信号10是发生弧光放电时电气设备(未图示)所发出的作为控制信号的报警信号，输入控制逻辑部3。

各图像处理装置2所输出的二维座标，在向监视器8输出各电弧监视摄像机1图像的情况下，可按例如左上角为原点的像素座标系求得。

图2为按平面布局示出应用本发明实施例1的变电所中的摄像机配置的说明图。另外，图中以变电所为例进行说明，但不用说，并不限于变电所，也可应用于其他电气设备。

图2中，监视摄像机1由例如14部摄像机A～N所组成，沿变电所21内部的周边部位配置。其中，4部摄像机A～D排列于图中的右方，3部摄像机E～G排列于图中的上方，4部摄像机H～K排列于图中的左方，3部摄像机L～N排列于图中的下方。

各电弧监视摄像机1当中，能够实际检测弧光放电的摄像机B、C、D、F、G、I、J、M、N以阴影涂黑显示。

而且，配置于同一列的多部电弧监视摄像机1当中用双点划线表示捕获到最大弧光放电的摄像机C、F、I、M输出的标定结果。

图2内的中心点为各相同列中捕获到最大电弧的摄像机彼此的标定结果(双点划线)相交叉点，即电弧发生点。

这样，图2中可以很清楚地给出变电所21的平面配置中的电弧发生区域。

设备监视摄像机5由例如配置于8个方向的8部摄像机C1～C8所组成。各设备监视摄像机5由可回旋摄像机所构成，自动地预置于可对电弧的发生进行标定的方向，而且形成为即便是手动也能监视电弧发生位置。

图3为示出本发明实施例1的PC操作器4的显示部和操作部的说明图。

图3中，变电所21的平面图可与各摄像机和标定结果一起显示。

帧显示32显示的是电弧监视摄像机1的标定图像的帧数量(-30～+30)。这种情况下，其目的在于使电弧监视摄像机1按全部、相同的帧数量进行标定。

PC操作器4上的各开关33～38当中，1画面切换开关33和4画面切换开关34将图1内监视器8所显示的画面条件切换为1画面或4画面。

另外，还利用下列开关来选择监视器8的显示画面状态：选择处理前电弧监视摄像机1的输出图像的图像选择开关35；按图像处理算法(后面叙述)进行图像处理与实际的摄像机输出图像合成的处理后图像选择开关36；合成开关37；以及切换到初始图像的切换开关38。

在难以根据图像对电弧发生位置进行标定的条件下(例如有雾或晚间等条件下)，可将预先在白天所摄取的被摄对象的图像和经过电弧标定的处理图像合成在一起进行标定的情况下选择合成开关37。

在将显示图像切换为来自图像处理装置2的输入图像(初始图像)的情况下选择切换开关38。

故障点标定结果显示39，由例如显示甲母线禁止加压或不能标定(矛盾)等故障点标定结果的显示窗所组成。

图4～图6为示出本发明实施例1的故障点标定基本动作的说明图。

图4中，用电弧监视摄像机1所摄取的图像记录41以图像形式显示为经过图像处理装置2处理的记录。

图像记录41通常按1帧为1/30[秒]的60帧画面1～60如虚线箭头所示重复执行，循环往复地记录。

图5中，合成图像42将实际的摄像机输出图像和实施过图像处理的信号合成，作为经过处理的图像与各帧相对应连续生成。

图像处理装置2中，通过对与一帧前的数据相比较时的亮度变化实施图像处理来获得合成图像42。

这里，代表性地示出电弧发生前的帧1～29、电弧发生时的帧30～33、以及电弧发生后的帧33～60。

图6中显示的是电弧重心位置43的XY座标和落差口径44。

另外，电弧的重心位置43可如下求得。

首先，图像中显示有移动物体，移动物体的部分像素有变化发生。这时，发生变化的像素彼此接触的情况下，作为同一移动物体合并在一起，将最终合并的变化区域作为“活动部分”识别。该“活动部分”示出移动物体的轮廓，将该轮廓的重心作为电弧的重心位置43求出。

重心位置43为图像处理后的亮度的重心位置，用“+”示出。另外，落差口径表示与前一帧图像进行亮度比较时亮度有变化的区域(外接矩形)。

下面参照图2～图6说明图1所示的本发明实施例1的具体动作。

一旦发生弧光放电，便有电气设备所输出的总线处理信号10输入控制逻辑部3。

各图像处理装置2根据响应总线处理信号10的控制逻辑部3输出的控制信号将电弧监视摄像机1所输入的摄像机图像记录于各自的图像存储器2秒钟时间。

这时，摄像机图像的记录时间为以总线处理信号10的发生时刻为中心、前后约1秒钟，即合计2秒钟。

另外，各摄像机图像的记录动作自同一总线处理信号10开始，所以各记录图像的时间轴一致。

下面，各图像处理装置2在图像记录结束后接着与控制逻辑部3相关联开始图像处理工作。

这时，可用各图像处理装置2所执行的下面的图像处理算法(1)～(8)标定弧光放电部位。这里，代表性地关注1部电弧监视摄像机1进行说明。

(1)首先，从记录图像当中切出“活动部分”。这种情况下，可切出弧光放电发生时的弧光(或其余热部分)。

(2)接着，求出所切出的“活动部分”的重心位置43的XY座标。该座标在以监视器显示摄像机图像的情况下，成为以左上角的图像位置为(0、0)的监视器8上的座标。

(3)另外，同样求出“活动部分”的外接矩形(落差口径)44。

(4)下面在2秒钟的记录图像中继续求出重心位置43的座标和落差口径44。

(5)然后，观测从某一帧图像得到的落差口径44(n)和从下一帧图像得到的落差口径44(n+1)两者间的位置关系。

(6)此时，只有各落差口径44(n)、落差口径44(n+1)内包含有重心位置43的情况下，这2帧才可定义为“相关联”。

(7)这样继续的“相关联”中断时的帧与弧光放电的弧光(或其余热)一直延续至最后的部分、即与发光量最强的位置(或余热量大的位置)相对应。

(8)假定此时的“活动部分”的重心位置43为可根据摄像机图像类推的弧光放电的发光点的重心位置。

上述处理(1)～(8)可针对全部电弧监视摄像机1执行，可与全部电弧监视摄像机1有关来制作弧光放电的座标信息。

所处理的帧在所记录的全部60帧当中作为最小落差口径的帧求得。而且，可计算全部14台(图2内的摄像机A～N)的电弧重心位置43的座标，该计算结果如图3内的虚线或双点划线所示，与电弧发生位置的标定结果一起显示于PC操作器4的画面上。

下面说明选择任意的2部摄像机，根据上述座标信息变换为图2所示这种平面图上的座标的处理步骤。

这种情况下，作为一例按通过图2内的摄像机I和摄像机M的组合来执行座标变换的情形进行说明。

首先，根据从摄像机I的图像所算出的座标在该座标所示方向上在平面图上从摄像机I起引直线。

同样也从摄像机M起引直线。

所算出的座标给出画面中央的话，从摄像机I起的引出线为相对于从摄像机M起引出的直线之垂直线。

这两条直线相交的位置为预测的弧光放电部位。

以上的标定结果所得到的平面图上的座标信息其显示如图3所示。

图3所示的PC操作器4的画面上，各两台的摄像机组所能标定的多个电弧发生点与变电所21的平面图相重叠同时显示。

或者，也可以仅在发现多个电弧发生点集中的样式而电弧发生点集中存在于某一固定范围内的情况下，显示其中央点。

另外，也可以根据能够进行电弧标定的摄像机当中的Y座标数据算出电弧的发生高度，来区别母线或线路故障，同时也可以根据各开关33～38的切换状态在画面上显示故障点的标定结果。

这样，可以通过自动处理判明电弧标定区域的时刻，来操作PC操作器4，选择最靠近电弧标定位置的摄像机朝向标定位置，显示于监视器8的画面上，并记录于VTR 7。

具体来说，在PC操作器4和监视器8上显示可进行标定的平面图上的弧光放电位置，并使设备监视摄像机5回旋转向至电弧发生部位，从而摄取弧光放电后瞬间的图像进行画面显示，并记录于VTR 7。

因而，可以利用图像处理从各摄像机图像当中自动提取弧光放电部位进行标定。

另外，识别提取弧光放电的发光部分(或余热部分)之际，可以通过从弧光放电发生前开始至发生后瞬间为止连续处理多帧(例如30帧)图像，求出连续图像的弧光放电大小及其重心位置43，观察弧光放电大小和重心位置43的变迁，从而可以对弧光放电部位的准确位置进行标定。

而且，如图2所示，变电所21(电气设备)配置多部电弧监视摄像机1及其相关系统，各摄像机的位置设定为无论是电气设备内的任何位置所发生的弧光放电均能够用两部或以上的摄像机进行摄像，所以电气设备内发生弧光放电的情况下，由各摄像机和图像处理系统所标定的弧光放电位置可利用多部摄像机图像组合的三角测量来准确算出。其结果，可以在电气设备的平面图上可靠并准确地确定弧光放电位置。

另外，弧光放电发生位置还可以利用多部摄像机进行立体的提取，并按XY座标确定，所以能够以高精度对标定对象位置进行标定。

而且，除了上述电弧标定以外，还出于发现故障原因的目的，可以通过对帧数量进行手动操作以便以帧为单位分析从电弧发生前开始至电弧发生后瞬间为止的图像，来同时监视最佳画面和最佳的多部电弧监视摄像机1。

另外，可以随雾、雨、或雪等气象条件的不同，在难以观察监视对象的情况下将预先记录的背景与电弧标定画面合成来确定发生位置。

另外，作为电弧监视摄像机1的图像来说，可以通过对各开关33～38的选择操作，可选择所记录的处理前图像、处理后图像、合成图像、以及图像处理输入图像(初始图像)。

而且，可以通过使用滤除可见光的近红外摄像机作为电弧监视摄像机1，用该近红外摄像机对电气设备内的情况进行摄像，来抑制外部噪声阳光的影响，从而可以提高电弧监视的可靠性。

另外，可以通过确定弧光放电的发生位置，来根据线路切换状态明确故障点标定区间，从而迅速查明事故原因和进行排障恢复。

另外，如上文所述，可以通过在弧光放电后瞬间观察其附近分布的冒烟的余热能量，在时间上长时间而且在空间上大范围内辨认余热，从而可以减轻因各电弧监视摄像机1之间的障碍物等而漏看弧光放电、或因远方摄得太小而漏看弧光放电这种程度。

而且，可以通过检测弧光放电后的余热来检测出100A～63KA大范围的弧光放电的电流变化。

另外，上述实施例1中虽是监视电气设备带电导线彼此间发生的弧光放电，但也可以监视电气设备的其他部位的弧光放电。另外，虽利用多个图像处理装置2、PC操作盘4、VTR 7以及总线处理信号10，但也可以用单一的图像处理装置，也可以用具有与PC操作盘4相同功能的其他操作盘，也可以用其他图像记录装置及控制信号来替代VTR 7及总线处理信号10。

Claims (8)

1.一种电弧监视系统，对电气设备所发生的弧光放电的发生位置进行标定，其特征在于，包括：

配置于所述电气设备的多个部位的多部监视摄像机；

对所述各监视摄像机输出的图像分别进行处理的图像处理装置；

控制所述图像处理装置的控制逻辑部；以及

具有显示部和操作部并且与所述控制逻辑部连接的操作器，

所述图像处理装置和所述控制逻辑部响应发生所述弧光放电时所述电气设备所生成的控制信号，提取所述监视摄像机输出的各图像的变化，对弧光放电的发生位置进行标定。

2.如权利要求1所述的电弧监视系统，其特征在于，

所述图像处理装置和所述控制逻辑部，在识别提取所述弧光放电之际，从发生所述弧光放电前至所述弧光放电熄灭后，连续处理多帧图像，求出连续图像中弧光放电的大小和重心位置，观察所述大小和所述重心位置的变迁，从而对所述弧光放电的发生位置进行标定。

3.如权利要求1或2所述的电弧监视系统，其特征在于，

所述监视摄像机配置为由2部或以上的监视摄像机对所述电气设备内的全部位置进行摄像，

所述图像处理装置和所述控制逻辑部，在发生所述弧光放电时，通过组合所述2部或以上的监视摄像机的图像所标定的位置，用三角测量法运算所述发生位置。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电弧监视系统，其特征在于，

所述监视摄像机由滤除可见光进行近红外线摄像的近红外摄像机所构成。

5.如权利要求1至4中任一项所述的电弧监视系统，其特征在于，

所述图像处理装置和所述控制逻辑部，在刚发生所述弧光放电后就观察所述发生位置附近分布的电弧余热能量的变化。

6.如权利要求1至5中任一项所述的电弧监视系统，其特征在于，还包括：

与所述图像处理装置连接的图像切换装置；以及

与所述图像切换装置连接的图像记录装置和监视器，

由所述图像处理装置和所述控制逻辑部所标定的所述弧光放电的发生位置，以平面图形式显示于所述监视器和所述操作器上，并且记录于所述图像记录装置。

7.如权利要求1至6中任一项所述的电弧监视系统，其特征在于，

所述监视摄像机由可回旋摄像机构成，在标定出所述弧光放电发生位置的时刻转向所述发生位置，摄取所述弧光放电刚发生后的图像。

8.如权利要求1至7中任一项所述的电弧监视系统，其特征在于，

所述电气设备为变电所。

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