一种发电机轴承油槽液位获取方法与流程

本发明涉及水轮发电机领域，信号处理领域及视觉识别领域，尤其涉及一种水轮发电机油槽液位获取方法方法。

背景技术：

1、随着国家对蓄能项目的大力发展，国内多台抽水蓄能电站的投产，发现原有的液位获取方法存在一定的局限性，由于蓄能机组高转速，机组轴向高度和径向空间受限制，因此上导磁翻板液位计的开关量受到磁场干扰无法正常运转，下导由于空间结构受限，无法采用双管液位计而导致的原理性缺陷，都使得电站运行后无法获取可靠的液位信息。对于高转速机组，无法获得准确，实时的监控信息，无法正确监测油槽内的油位，将带来一定的安全隐患。且下导轴承由于单管液位计的原理限制，出现排气管喷油及停机后无法及时平压而引发的虚假的液位过低无法再次启机的问题。

2、现今的处理方式为上导取消开关量，下导液位计增加阻尼油箱，这样带来的问题是上导无开关量，无法对在线监测系统反馈油位信息，若真的出现油位过低只能靠模拟量判断，存在一定的隐患，下导增加阻尼油箱，但这又导致液位变化迟滞，且仍然存在压差问题，停机后仍然偶发液位过高迟迟无法回落等问题。因此抛开磁翻板，从其他技术上探索液位的的其他读取方式，成为了一种解决问题的新思路。

3、下导一直都设有油位观察窗，观察窗采用双管设计，里面的油位更接近真实油位变化，比起单管液位计具备天然的理论优势，如果能把视油窗的液位直接读取出来，问题就迎刃而解。因此通过视频识别技术，采集液位视频信息通过信号处理与视频识别技术将视频信号转化为液位的数字信号进行传递。该方法不受磁场干扰，采样率高，不受气压影响，传输实时准确，有利于机组安全运行。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是在水轮发电机运行过程中提供一种能够避免由于单管液位计原理性问题及开关量受磁场干扰误触而引起的液位不准的问题。本发明的技术方案具体描述如下：

2、s1、基于信号处理和视频识别技术，通过摄像头模组采集液位信息，并传递到图像处理模块；

3、s2、将采集到的视频图像进行处理，像素裁切至只保留液位信息；

4、s3、对裁切后的图像进行标定，得到图像纵向坐标fj与实际液位的标定曲线。

5、s4、对裁切后进行灰度处理；

6、s5、将得到的灰度图采用roberts或prewitt或sobel算子求梯度，并基于零交叉的方法得到二阶导数的零交叉点得到边缘纵坐标fj；

7、s6、得到边缘纵坐标fj后带入标定曲线，得到液位值h。

8、s7、查询设计及运行额定参数获取变量以及液位高液位，液位低液位，液位过低液位进行运行工况判断，并判断液位状态，反馈液位信息（原开关量），到监控系统。

9、在上述水轮发电机液位获取方法所述s1中，通过摄像头采集液位信息，并传递到图像处理模块的步骤如下：

10、s11、荧光标记液位计示数，并在玻璃管内增加辅助读数的浮漂以便于后续视频处理；使用可编程并配备磁屏蔽外壳的摄像头（包括但不限于带esp32的摄像头开发板）摄像头为1200万像素50mm镜头，可调节帧率和清晰度自带8gb存储的外接供电摄像模组。安装在云台上，现场安装后调节云台使得相机正对液位计采集后的数据通过数据线传输到图像处理模块（处理器）。

11、在上述水轮发电机液位获取方法所述s2中，视频图像进行处理，像素裁切至合适大小后进行灰度处理的步骤如下：

12、s21、采集到的视频进行分帧后得到图片信息，根据现场实际安装情况，对有效图像区域进行判定，人工得到判定区域后，设置像素定位范围。后续视频分帧得到的图片将根据像素定位自动裁剪。

13、在上述水轮发电机液位获取方法所述s3中，对裁切后的图像进行标定，得到图像纵向坐标fj与实际液位的标定曲线的步骤如下：

14、s31、得到的裁切图进行纵向像素分割，得到参数fj，将fj与液位计实际液位匹配，并得到一组fj与液位间函数关系的标定曲线。

15、在上述水轮发电机液位获取方法所述s4中，对裁切后进行灰度处理的步骤如下：

16、s41、为处理并提取识别液面纵坐标fj，图像需经过处理后进行边缘检测，为避免噪点对图像影响，图像先经过gaussian滤波（高斯滤波）降噪得到较为纯净的图像。

17、s42、利用图像色彩的特性，将彩色图转化为灰度图：

18、gray=r×0.299+g×0.587+b×0.114

19、式中

20、gray表示灰度

21、r、g、b为三通道灰度值。

22、在上述水轮发电机液位获取方法所述s5中，将得到的灰度图roberts或prewitt或sobel算子求梯度，并基于零交叉的方法得到二阶导数的零交叉点得到边缘纵坐标fj的步骤如下：

23、s51、得到的灰度图不便于边缘检测，因此通过roberts算子对像素值进行一个2*2的卷积核卷积计算。得到梯度的幅值及方向。

24、梯度幅值表达式：

25、梯度角度表达式：

26、其中=，

27、s52、对得到的梯度图利用零交叉法得到二阶导数的零交叉点（液位变化点），从而得到边缘点纵坐标值fj。

28、零点交叉法为求取梯度图像二阶导数后得到二阶导数与零灰度轴和二阶导数的零交叉点（颜色变化的边缘）此点即液位纵坐标fj。

29、在上述水轮发电机液位获取方法所述s7中判断液位状态，反馈液位信息（原开关量），到监控系统的步骤如下：

30、s71、查询整定值得到；

31、其中

32、为液位高报警液位

33、为液位低报警液位

34、为液位过低报警液位

35、s72、判断液位h值与报警值关系并输出、、到在线监测系统。

36、为液位高报警的输出值“0”或“1”；

37、为液位低报警的输出值“0”或“1”；

38、为液位过低报警的输出值“0”或“1”；

39、

40、由于采用了上述方案，本发明的有益效果是：

41、1. 避免因为原理性原因导致的液位不准或开关量误触发的问题。

42、2.避免由于磁翻板液位计信号过低而导致的在线监测系统判断的无法连续启机的问题，并提供相对准确的液位给在线监测系统，及时反馈油槽内油位，为后期运维人员提供机组真实可靠的也为数据，避免重大事故发生，保证机组和关键部件的安全稳定运行。

技术特征：

1.一种发电机轴承油槽液位获取方法，其特征包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的发电机轴承油槽液位获取方法，其特征是：所述s1中，通过摄像头采集液位信息，并传递到图像处理模块的步骤如下：

3.根据权利要求1所述的发电机轴承油槽液位获取方法，其特征是：所述s2中，视频图像进行处理，像素裁切至合适大小后进行灰度处理的步骤如下：

4.根据权利要求1所述的水轮发电机液位获取方法，其特征是：所述s3中，对裁切后的图像进行标定，得到图像纵向坐标fj与实际液位的标定曲线的步骤如下：

5.根据权利要求1所述的水轮发电机液位获取方法，其特征是：所述s4中，对裁切后进行灰度处理的步骤如下：

6.根据权利要求1所述的发电机轴承油槽液位获取方法，其特征是：所述s5中，将得到的灰度图采用roberts或prewitt或sobel算子等算子求梯度，并基于零交叉的方法得到二阶导数的零交叉点得到边缘纵坐标fj的步骤如下：

7.根据权利要求1所述的发电机轴承油槽液位获取方法，其特征是：所述s7中判断液位状态，反馈原开关量的液位信息，到监控系统的步骤如下：

技术总结
本发明公开一种发电机轴承油槽液位获取方法，涉及发电机在线监测，信号处理及人工智能视觉识别领域。本发明使用信号处理、视觉识别技术对发电机视油窗/液位计实时数据进行采集，分析及输出到电站在线监测系统。最终提供实时的液位信息给电站在线监测系统。本发明可避免由于发电机磁场干扰而产生的磁翻板液位位置开关量误触发及模拟量受干扰传输信号错误的问题，并能解决有限空间的发电机下导无法使用双管液位计而导致的下导液位不准确的问题，避免由于磁场干扰或单管液位计原理上的问题而发生误报情况，提高电站在线监测系统的准确性及可靠性，避免发生由于液位计示数问题而导致的发电机油位过低误报警，提高电站运行的安全性和稳定性。

技术研发人员：杨雷,汪欣羽,李敏,王美予,李洪超,宋洪占,宋成宇,武倩倩,吕铭浩,王一斌,霍舒航
受保护的技术使用者：哈尔滨电机厂有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16