一種紅外線圖像識別的變壓器綜合溫度監測裝置

摘要：一種紅外線圖像識別的變壓器綜合溫度監測裝置，它涉及電網電力變壓器綜合監測技術領域；嵌入式系統控制核心單元連接觸摸屏；圖像采集模塊與嵌入式系統控制核心單元連接；本發明的控制核心單元從圖像采集模塊獲取變壓器頂視區域設定范圍的紅外線圖像，根據設定的紅外線溫度閥值、像素變動閥值檢索圖像，當發生越限時，圖像通過核心控制單元、云平臺GPRS模塊傳輸至云平臺，云平臺針對圖像模式識別：若溫度越限，識別出越限設備、故障類型，把預警信息、處理意見發送給運維人員；若人員靠近變壓器，攝像頭采集可見光圖像并上傳至云平臺作行為辨識，存在危險行為的則LED燈光告警、語音告警，同時發送給運維人員告警信息。電力變壓器安全可靠運行是電力系統正常運行的根本保障。在生產運行中，配電變壓器損毀故障偶有發生，不但造成電力資產損失及停電引起的電量損失，還影響到供電的優質服務，引發客戶投訴。運行數據顯示，配電變壓器過負荷，鐵芯溫度升高，引起變壓器線圈絕緣提前老化造成電擊穿，占變壓器損毀事故的35%；高低壓二側的接線樁頭氧化發熱損壞，占變壓器損毀事故的58%；因此變壓器的溫度監測尤為重要。目前，電力系統變壓器的日常運維巡視還是依靠人力，這并不能避免故障的發生。體現為：1、巡視間隔長，間隔24小時及以上；2、巡視項目繁多，含變壓器的外殼溫度、油溫、接線樁頭溫度等項，效果受到巡視人工作經驗、觀察力、責任心的影響；另外，供電公司及專變客戶的10kV電力變壓器常遭受不法分子盜竊，盜竊的時候還偶有觸電傷亡的事件發生。為避免解決上述的不利因素，市場急需一種能代替運維人員日常巡檢工作，能實時、準確、可靠地對變壓器自動巡視，且在人員接近變壓器時自動報警的智能化裝置。一、裝置組成：針對上述問題，筆者研究并發明了一種紅外線圖像識別的變壓器綜合溫度監測裝置。它包含控制核心單元、圖像采集模塊、電能表采集模塊、云平臺GPRS模塊、繼電器組模塊、電源模塊，所述控制核心單元采用ARM9iMX287A工業四級核心板，控制核心為嵌入式系統控制核心單，且嵌入式系統控制核心單元連接觸摸屏；所述的圖像采集模塊包含一體化設計的紅外線攝像頭、可見光攝像頭、LED閃光燈，圖像采集模塊與嵌入式系統控制核心單元連接，以布線方式取電和數據傳輸；所述的電能表采集模塊包含串口RS485模塊與雙絞線，嵌入式系統控制核心單元的串口通過電能表采集模塊與電能表連接；所述的云平臺GPRS模塊作為嵌入式系統控制核心單元與云平臺的雙向數據傳輸接口；輸出電路包含繼電器組模塊，繼電器組模塊為隔離繼電器組，所述隔離繼電器組的輸入端與嵌入式系統控制核心單元連接，輸出端與JP柜內開關的控制輸入連接；所述的電源模塊連接嵌入式系統控制核心單元。電能表采集模塊的RS485口以DL/T645-2007等通訊協議實時采集電能表的有功功率、電壓值、電流值等參數；圖像采集模塊的紅外線攝像頭測溫范圍是-20℃～650℃，鏡頭的視場角為25°×19°，圖像分辨率為640×480；溫度測量精度為0.1℃；幀頻為5Hz。可見光攝像頭采集可見光圖像，分辨率為1200×900，夜晚可在LED閃光燈點亮的同時，采集可見光圖像。二、實施方式：如圖1所示，實施方式采用以下技術方案：它包含控制核心單元、圖像采集模塊、電能表采集模塊、云平臺GPRS模塊、繼電器組模塊、電源模塊，所述控制核心單元采用ARM9iMX287A工業四級核心板，控制核心為嵌入式系統控制核心單，且嵌入式系統控制核心單元連接觸摸屏；所述的圖像采集模塊包含一體化設計的紅外線攝像頭、可見光攝像頭、LED閃光燈，圖像采集模塊與嵌入式系統控制核心單元連接，以布線方式取電和數據傳輸；所述的電能表采集模塊包含串口RS485模塊與雙絞線，嵌入式系統控制核心單元的串口通過電能表采集模塊與電能表連接；所述的云平臺GPRS模塊作為嵌入式系統控制核心單元與云平臺的雙向數據傳輸接口；輸出電路包含繼電器組模塊，繼電器組模塊為隔離繼電器組，所述隔離繼電器組的輸入端與嵌入式系統控制核心單元連接，輸出端與JP柜內開關的控制輸入連接；所述的電源模塊連接嵌入式系統控制核心單元。圖像采集模塊以管型支架固定支撐，安裝于變壓器頂視的正中，距變壓器頂部高度為100cm～150cm的位置，支架高度可根據變壓器的型號及頂視范圍大小調節；圖像采集模塊的可視范圍為圖2的虛線框內；圖像采集模塊的通訊線及電源線穿過支架連接到位于JP柜內的控制核心單元。調試人員通過觸屏在控制核心單元輸入變壓器廠家、型號，數據通過云平臺GPRS模塊上傳到云平臺，云平臺從云存儲數據庫里調取該型號變壓器的數據參數，比對圖像采集模塊獲取的變壓器頂視范圍（虛線框）內的可見光圖像，識別出變壓器油溫位置區域（散熱器），4只低壓側接線樁區域（含低壓導線），3只高壓側接線樁區域（含高壓導線），環境溫度區域（頂視范圍內除去電力設備以外區域），將區域框下發到核心控制單元，由調試人員確認保存后，裝置進入紅外線監測工作狀態。裝置進入工作狀態后，控制核心單元根據設定的紅外線像素點溫度閥值、像素位置變動閥值檢索圖像，當發生越限時，圖像通過核心控制單元、云平臺GPRS模塊傳輸至云平臺，云平臺針對圖像進行模式識別：1、若變壓器溫度越限，根據存儲的溫度區域位置，識別出越限設備部位及環境溫度，同時采集電能表參數得到變壓器運行的電壓、電流、負荷值，根據數據分析出可能發生的故障類型和故障趨勢，把預警信息及處理建議通過云平臺發送給運維人員；2、若人員靠近變壓器，攝像頭采集可見光圖像并上傳至云平臺作行為辨識，存在危險行為的則LED燈光告警、語音告警，同時發送給運維人員告警信息。創新功能實現為：控制核心單元設定的紅外線溫度閥值、像素變動閥值，并以5分鐘為周期，從圖像采集模塊獲取變壓器頂視區域設定范圍的紅外線圖像，對圖像檢索，當發生越限時，核心控制器按算法生成等溫線圖像上傳（GPRS帶寬限制，縮減數據量），數據云平臺通過Ai組件服務準確的識別出4個低壓接線樁及3個高壓接線樁，判斷溫度是否異常。并把判斷結果推送至核心控制器及手機APP：若溫度越限，識別出越限設備、故障類型，把預警信息、處理意見發送給運維人員；若人員靠近變壓器，攝像頭采集可見光圖像并上傳至云平臺作行為辨識，存在危險行為的則LED燈光告警、語音告警，同時發送給運維人員告警信息，運維人員可遠程操控JP柜內開關，以避免變壓器損毀及人身事故的發生。參考文獻：[1]配電變壓器狀態評