一种线路避雷器在线监测仪的远程状态监测系统的制作方法

本发明涉及机械式仪表读数采集及数字转换的装置，特别涉及一种基于图像采集识别和Wifi中继网络传输的线路避雷器在线监测仪的远程状态监测系统。

背景技术：

电力行业中，避雷器被广泛用于防止雷击过电压。避雷器有两个重要的运行参数：泄漏电流和动作次数。这些参数用以了解避雷器内部绝缘情况，防止因内部受潮，导致绝缘下降、温度升高、直至避雷器爆炸。这两个参数由避雷器在线监测仪采集。在线监测仪以串联的方式，安装在避雷器和地电位之间。泄漏电流是以指针指示的方式显示的，而动作次数则常用指针或拨码盘数字来显示。最常见的在线监测仪都为机械式、无源、无通信功能的仪表。

安装在高压输电线路上的避雷器，称为线路避雷器。线路避雷器一般在山区和多雷地区大量使用，以减少线路雷击跳闸率。然而，由于这些避雷器安装位置往往很偏远，再加上又安装在距离地面很高的输电线路上，难以进行人工维护。串联在避雷器和地电位之间的监测仪，更是因为距离太远，无法从地面观察。因此，线路避雷器的运行状况很难掌握。由于避雷器疏于维护而使隐患长期不能发现，可能恶化成严重的事故，甚至导致避雷器爆炸，引起线路跳闸。

尝试解决这一问题的方案众多。一个直接的方式是将在线监测仪放置到铁塔底部方便查看，然而，由于监测仪是以串联的方式放置在避雷器和地电位之间，绝缘或连接线的限制，不可能实现这样的布局。于是就有了增大监测仪表盘和其显示数字的方案（《线路避雷器用放电计数器》CN103869148A）。然而，无论是更改安装位置还是增大表盘，都无法解决线路避雷器及其在线监测仪安装位置偏远，不方便人工维护和读数这一问题。多个发明方案提出使用穿芯线圈测量泄漏电流，并通过GPRS网络发送测量信息。这类方案都有同样的问题，一是在安装过程中，必须打开原有回路，并串联一个穿芯线圈。安装过程繁琐，并可能影响原有接地回路，影响防雷接地的效果。二是传输方式，通过GPRS网络就必定限制了系统只能应用在有公共通信网覆盖的区域。而线路避雷器常安装的多雷地区和山区，这些地区往往没有公共通信网覆盖。设计一款对原有设备影响最小，安装更为方便，且不依赖公共通信网进行通信的方式，可为线路避雷器安全运行提供更有力的保障。

技术实现要素：

本发明为解决上述问题，提出一种线路避雷器运行状态远程在线监控系统。

本发明的技术方案是：系统由三部分组成：采集、传输、数据处理与呈现。采集部分连接传输部分，传输部分再连接到数据处理与呈现部分。

采集部分由采集点组成。每个采集点负责采集一个线路避雷器在线监测仪的图像。一条线路在不同位置、不同地点安装的多个线路避雷器及其监测仪，在对应位置安装相应的采集点。采集点安装在装有线路避雷器的输电塔上。采集点设备包括：摄像头、微处理器、传输接口和供电设备。所述微处理器连接所述摄像头、所述传输接口和所述供电设备。所述供电设备使用太阳能或电磁场感应取能供电设备。

传输部分由多个无线Wifi中继点组成，协同运行。中继点负责将上一级的信号放大，并向下一级发送。第一级中继点位于安装线路避雷器的铁塔上。中继点沿线路布置，最后将信号传输到线路一端的变电站内。相邻两个中继点之间的距离根据Wifi路由器、天线和地形决定。传输部分的所有中继点所发射的信号覆盖该线路的所有采集点。中继点设备包括：Wifi路由器、天线和供电设备。所述路由器连接所述天线和所述供电设备。所述供电设备使用太阳能或电磁场感应取能供电设备。

数据处理和呈现部分，由一台计算机组成。该计算机安装在变电站内，并在网络上与最后一级中继点的Wifi路由器相连。计算机的作用包括数据库管理、作为网络服务器、采集点和中继点远程控制、数据处理、数据显示、历史数据查询和异常报警。所述数据库是对采集点发送的图片、所述图片的识别数据和所述图片的拍摄时间进行存档。所述网络服务器，是向任何和所述计算机在同一网络的其它计算机提供远传查询服务的。采集点和中继点远程控制，则是对系统中采集点和中继点的工作时间、工作参数进行远程调整。数据处理，包括可能的图像识别和报警判断。数据显示则是将数据，通过计算机屏幕或网络服务器产生网页，显示出来。历史数据查询是根据运维人员的人工指令，从数据库中调取历史记录的功能。最后一项是异常报警，当数据处理发现读数异常时，可通过显示、声音或网络信息等多种方式向运维人员发出警告。

对于表盘读数识别，有两种方案：（一）通过监测点的微处理器进行表盘读数识别的计算，或（二）通过负责数据处理和呈现的计算机进行表盘读数识别的计算。前者的优势是，仅需传输识别结果，无需传输整个图像，降低了对通信通道带宽的要求，降低了通信设备功耗。后者的优势是，连接变电站的一条或多条线路上的监测点的图像可以集中处理，且监测点由于计算量减小，微处理器的配置要求和功耗也相应降低。

对所述仪表盘中指针的识别，可使用霍夫直线检测算法或使用像素颜色检测法。所述霍夫直线检测算法，是在对图像进行二值化后，进行霍夫变化，找出对应指针的直线，根据指针角度和显示值之间的对应关系，可计算出仪表读数。所述像素颜色检测法，是利用摄像头和仪表盘相对固定的位置，预先确定好图像中指针所对应的像素颜色出现的位置和位置对应的指针读数。对于仪表盘拨码盘数字的识别，可使用诸如KNN等机器学习算法。

一个安装实例如下：

在采集点，一个摄像头，固定在线路避雷器在线监测仪的前面。所述摄像头可拍摄整个仪表盘的图像。微处理器经过一个Wifi无线网卡作为通信接口，传输图片。

Wifi路由器和定向天线安装在位于输电铁塔高处的位置。从安装线路避雷器处开始，沿输电线路沿线布置路由器，直至覆盖到线路至变电站的所有采集点。路由器之间的安装间距，根据路由器、天线、输电铁塔位置和周围地形决定。每个中继点负责将上一级的信号放大，并向下一级发送。所搭建的Wifi局域网是独立的，无需借助其他任何网络。

中继点和采集点的设备，由太阳能电池或电磁场感应取能供电（例如电流互感器）。

采集点的图像通过多个Wifi路由器的接力传输，传送到与最后一级路由器相连的计算机上。计算机对图像进行识别，用霍夫直线监测法监测到指针位置，并根据指针的方向，换算成对应的泄漏电流读数；用KNN算法，对拨码盘中的数字进行识别，得到对应的动作次数读数。计算机将图像、识别结果和采集时间保存到数据库中。当识别结果异常时，计算机发出图像和声音警告，提醒运维人员对数据进行人工检查。计算机将最新的数据显示在显示屏中。

本发明的有益效果是：

1. 采用非接触式数据读取，对现有的设备无任何影响，无需改变现有设备的布局和接线方式。

2. 安装方便，仅需将摄像头固定在线路避雷器在线监测仪前，即可远程采集监测仪数据。

3. 可使用在无公共通信网覆盖的偏远地区，与线路避雷器的安装位置偏远这一特性相适应。

4. 使用Wifi路由器搭建的无线专网独立存在，无需借助其它任何网络，使用过程不产生流量费用，闲置带宽可用于其它沿输电线的信息传输。

5. 人员可在远程定时收集线路避雷器监测仪的读数，减少人员的工作量，实现对线路避雷器工作状态的实时跟踪。

6. 根据线路避雷器动作的时间和地点，可更好地掌握雷击的地理分布和季节分布，为线路避雷器安装位置的合理选择提供数据支撑。

附图说明：

附图1：微处理器（1）连接摄像头（2）、传输接口（3）和供电设备（4）。

附图2：路由器（5）连接天线（6）和供电设备（7）。

附图3：采集点（8）、中继点（9）、用于数据处理与呈现的计算机（10）、输电塔（11）和变电站（12）位置布局示意图。