基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统

摘要

本发明公开了一种基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统，其特征在于，包括GIS开关状态视频采集装置，通过微型摄像头在线对所位于的GIS开关实时拍摄，完成对GIS开关状态的视频采集；视频信号传输系统，实现对微型摄像头及光源的供电、视频信号传输和对高压脉冲电磁的屏蔽；视频矩阵与数据库系统，以阵列切换的方法将多路微型摄像头的视频信号输出，并将视频信号录入管理数据库；视频同步多通道监视器，用于接受视频矩阵与数据库系统发出的视频信号，将各通道的图像以逐屏或同屏的方式显示在屏幕上；图像监控辅助处理系统，用于接受和处理视频矩阵与数据库系统发出的视频信号，通过GIS开关位置判断动触头动作状态是否到位，辅助监控并记录。

说明书

技术领域

本发明涉及GIS隔离开关设备分合位置状态的监测装置技术领 域，尤其是一种基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统。

背景技术

近年，随着国内电网规模的持续扩大，为调节负荷的峰谷差，全 国各地建设了多所抽水蓄能电厂，为电网运行提供调峰、事故备用及 调频调相等重大作用。由于抽水蓄能电厂的特殊作用和工况，其线路 中关键部件GIS(气体绝缘金属封闭开关)操作频繁，为保证安全， 对GIS开关状态的监控也提出了新要求。

常规的GIS隔离开关状态的方法是：开关操作完成后，由观察窗 (直径10mm左右)人工逐点目视或光纤镜检查开关是否按操作分合。 在实际应用中，该方法劳动力大、效率低、安全性差、视野狭窄，光 场暗淡等缺点一直无法克服，由此产生的误判造成了多起“带负荷拉 隔离开关”的重大事故。同时因高压开关合过程中，极亮的电弧和高 压脉冲电磁场对人眼及人体的危害，使得无法对开合过程中动静触头 的分合动作进行实时监控和判断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于视频的GIS开关 位置远程在线监测系统。本发明能够快速、可靠和安全的对GIS隔离、 接地等开关状态进行在线监测，大幅度减少了工作误差和强度，提高 了电气设备运行的可靠性，为实现GIS的全寿命管理和全周期安全运 行提供了方法和设备保障。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：基于视频的GIS 开关位置远程在线监测系统，其特征在于，包括GIS开关状态视频采 集装置，通过布置在GIS开关观察窗上的微型摄像头，在线对所位于 的GIS开关实时拍摄，完成对GIS开关状态的高速视频采集；

视频信号传输系统，实现对微型摄像头及光源的供电、视频信号 传输和对高压脉冲电磁的屏蔽；

视频矩阵与数据库系统，以阵列切换的方法将多路微型摄像头的 视频信号输出，并将视频信号录入管理数据库；

视频同步多通道监视器，用于接受视频矩阵与数据库系统发出的 视频信号，将各通道的图像以逐屏或同屏的方式显示在屏幕上；

图像监控辅助处理系统，用于接受和处理视频矩阵与数据库系统 发出的视频信号，通过GIS开关位置判断动触头动作状态是否到位， 辅助监控并记录。

前述的基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统中，所述GIS 开关状态视频采集装置包括GIS开关观察窗，GIS开关观察窗上设有 两个观测孔，观测孔为封闭结构，观测孔的末端设有圆形玻璃片；所 述的两个观测孔分别为孔径为10mm的摄像孔和孔径为8mm的光线射 入孔，GIS开关观察窗上设有固定座，固定座上设有微型摄像机和光 源，微型摄像机设置在摄像孔上，光源设置在光线射入孔上。

前述的基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统中，所述的 GIS开关状态视频采集装置与视频信号传输系统通过快速接头连接。

前述的基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统中，所述的微 型摄像机设置在双层金属管套内，双层金属管套内设有位于微型摄像 机镜头前端的透光性电磁屏蔽层。

前述的基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统中，所述连接 各部分的传输线外均包覆有复合屏蔽套，复合屏蔽套包括外屏蔽层的 金属波纹管、中间层的软性阻燃材料和内屏蔽层的金属网套管。

前述的基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统中，所述的图 像监控辅助处理系统包括具有图像分析比对功能的GIS开关状态图 像数据库，能对实时图像与开关标准状态进行比较判断，给出是否到 位的结果，并根据结果得出隔离开关、接地开关是否存在异常，辅助 操作和巡检人员工作，并将开关编号、时间、状态及是否正常等所有 信息均实时记录入GIS开关状态图像数据库。

前述的基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统中，所述的微 型摄像头包括镜片组，镜片组一端设有互补金属氧化物半导体感光元 件，另一端设置透光性电磁屏蔽层。

前述的基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统中，所述镜片 组包括依次排列的第一非球面镜、第二非球面镜、第三非球面镜、第 四非球面镜、第五非球面镜、第六标准面镜和第七标准面镜，第一非 球面镜的曲率半径是-3.8342，第二非球面镜的曲率半径是2.2626， 第三非球面镜的曲率半径是13.5423，第四非球面镜的曲率半径是 -5.1469，第五非球面镜的曲率半径是0.8612。

本发明的有益效果：本发明以微型专用摄像头及低温光源，通过 GIS开关(隔离开关、接地开关)观察窗监测GIS设备开关的动静触 头；视频信号处理电路与可变焦距的微型摄像头的相连；视频信号处 理电路将摄像头的光学信号转换为电子信号，并通过电磁双层复合屏 蔽的远程线缆将多路信号同时传输至监控主机；微型专用摄像头的镜 头和感光线路，有可防护开关电弧冲击的屏蔽片和屏蔽套，能够长期 监测高压开关状态而不损坏。监控主机系统可并行处理多路远程视频 监控信号，并能实时记录各开关状态的视频或图像信息，并以此辅助 确定开关触头是否执行开合操作及触头是否正确到位，该系统应用于 GIS开关设备状态远程在线监测中，能保证GIS开关设备可靠执行 和准确到位，杜绝“带负荷操作隔离开关”事故，从而提高了GIS 的运行可靠性。

本发明与传统的人工确认开关的方法相比，准确性好、效率高， 实现了人工无法达到的，同时对多个GIS开关进行全过程连续监测和 记录功能，大幅度减少了工作误差和强度，提高了电气设备运行的可 靠性，为实现GIS的全寿命管理和全周期安全运行提供了方法和设备 保障，具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中E的放大示意图；

图3是复合屏蔽套的结构示意图；

图4是微型摄像头的结构示意图。

附图中的标记为：1-GIS开关状态视频采集装置，2-视频信号传 输系统，3-视频矩阵与数据库系统，4-视频同步多通道监视器，5- 图像监控辅助处理系统，6-GIS开关观察窗，7-微型摄像机，8-光源， 9-固定座，10-快速接头，11-复合屏蔽套，12-金属波纹管，13-软性 阻燃材料，14-金属网套管，15-镜片组，16-互补金属氧化物半导体 感光元件，17-透光性电磁屏蔽层。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，本发明的实施 方式不限于下述实施例，在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变 化均属于本发明的保护范围之内。

具体实施方式

实施例。基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统，其特征在 于，包括GIS开关状态视频采集装置1，通过布置在GIS开关观察窗 上的微型摄像头，在线对所位于的GIS开关实时拍摄，完成对GIS 开关状态的高速视频采集；

视频信号传输系统2，实现对微型摄像头及光源的供电、视频信 号传输和对高压脉冲电磁的屏蔽；

视频矩阵与数据库系统3，以阵列切换的方法将多路微型摄像头 的视频信号输出，并将视频信号录入管理数据库；

视频同步多通道监视器4，用于接受视频矩阵与数据库系统发出 的视频信号，将各通道的图像以逐屏或同屏的方式显示在屏幕上；

图像监控辅助处理系统5，用于接受和处理视频矩阵与数据库系 统发出的视频信号，通过GIS开关位置判断动触头动作状态是否到 位，辅助监控并记录。

所述GIS开关状态视频采集装置1包括GIS开关观察窗6，GIS 开关观察窗6上设有两个观测孔，观测孔为封闭结构，观测孔的末端 设有圆形玻璃片；所述的两个观测孔分别为孔径为10mm的摄像孔和 孔径为8mm的光线射入孔，GIS开关观察窗6上设有固定座9，固定 座9上设有微型摄像机7和光源8，微型摄像机7设置在摄像孔上， 光源8设置在光线射入孔上。所述微型摄像头7用以拍摄采集开关动 触头的工作状态；所述光源8为低温光源，向摄像场提供照射光线； 将微型摄像头、光源、信号传输线、电源线均集中于固定座9上，具 有易维护和扩展性的特点。所述固定座9弹性卡接于GIS观察窗外壳 上，且加以机械紧固。

所述的GIS开关状态视频采集装置1与视频信号传输系统2通过 快速接头10连接，能实现GIS开关状态视频采集装置1和视频信号 传输系统2的快速接插和分离。

所述的微型摄像机7设置在双层金属管套内，双层金属管套内设 有位于微型摄像机镜头前端的透光性电磁屏蔽层17，提高了抗高压 电磁波的冲击性能。

所述连接各部分的传输线(包括电源线、信号线等)外均包覆有 复合屏蔽套11，复合屏蔽套11包括外屏蔽层的金属波纹管12、中间 层的软性阻燃材料13和内屏蔽层的金属网套管14。能保证系统线路 在高压脉冲电磁场环境下正常工作。

所述的图像监控辅助处理系统5包括具有图像分析比对功能的 GIS开关状态图像数据库，能对实时图像与开关标准状态进行比较判 断，给出是否到位的结果，并根据结果得出隔离开关、接地开关是否 存在异常，辅助操作和巡检人员工作，并将开关编号、时间、状态及 是否正常等所有信息均实时记录入GIS开关状态图像数据库。

所述的微型摄像头7包括镜片组15，镜片组15一端设有互补金 属氧化物半导体感光元件16，另一端设置透光性电磁屏蔽层17。

所述镜片组15包括依次排列的第一非球面镜、第二非球面镜、 第三非球面镜、第四非球面镜、第五非球面镜、第六标准面镜和第七 标准面镜，第一非球面镜的曲率半径是-3.834，第二非球面镜的曲率 半径是2.263，第三非球面镜的曲率半径是13.542，第四非球面镜的 曲率半径是-5.147，第五非球面镜的曲率半径是0.861。第六标准面 镜和第七标准面镜的曲率半径为Infinity(无穷大)。所述第一非球 面镜与透光性电磁屏蔽层17相邻，第七标准面镜与互补金属氧化物 半导体感光元件16相邻。

镜片组可采用如下表格：

顺序 类型 曲率半径 厚度mm 材料 K系数 1 非球面 -3.834 0.136 E48R 3.349 2 非球面 2.263 0.159 POLYCARB 10 3 非球面 13.542 0.691 POLYCARB -4.457

4 非球面 -5.147 0.369 E48R 10 5 非球面 0.861 0.477 E48R -5.112 6 标准面 Infinity 0.1 K9 0 7 标准面 Infinity 0.3 K9 0

镜片组15采用多组非球面镜设计，内聚焦变焦光路，在小后焦 距(0.56mm)和大视场(70°)的前提下实现了小的图像畸变(图像 畸变1.5％，TV畸变0.1％)和3cm到无穷远的变焦功能。采用互补金 属氧化物半导体感光元件16能满足摄像头体积小、成像速度快，动 态范围大，功耗和发热量低的要求。

本发明工作原理为：在GIS设备开关观察窗，逐点布置专用微型 摄像头(每组ABC三相)，通过经复合屏蔽的视频信号传输系统，将 开关位置及行程状态的动态视频信号，传入矩阵监视系统主机，在视 频显示器上同屏或逐屏放大显示，实现开关状态的全过程实时监控。 同时，该系统能将每个摄像头的信号传输至图像监控辅助处理系统， 自动分析开关到位状态，并给出结果，实现了人工和智能系统双判定。 同时，系统设置有记录功能，可将开关分合全过程的图像、视频信号 和判定果均同步记录入管理数据库。