高压互感器铭牌观测器的设计与应用 / 四六文摘

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国网山东省电力公司济南供电公司、山东农业大学的研究人员赵旭彤、殷昕羽，在2018年第3期《电气技术》杂志上撰文，针对目前电能计量工作中远距离观测运行互感器铭牌不清晰、近距离观测需要停电的缺点，研制了一种基于数字摄像模块组合的高压互感器铭牌观测器，可以实现互感器铭牌的带电观测，减少了铭牌观测与检查过程的停电次数，有效提高互感器铭牌观测的效率和安全性。

采用MT9M001C12STM作为图像传感器，将前端获取的图像信息经DSP图像处理器控制电路传输至显示屏进行显示，完成互感器铭牌信息的观测。测试结果表明，设计的高压互感器铭牌观测器绝缘性能、及图像清晰度均能满足互感器铭牌观测的要求。

互感器铭牌是互感器的信息标识牌，记录互感器的额定电压、额定电流、变比、检定日期等各项互感器运行基本信息[1]。通常固定在互感器的表面，在互感器正面或者一侧[2]。按照10kV计量柜（箱）的设计要求，需要将电能表、采集采集终端、计量用电压互感器和电流互感器封闭在计量柜（箱）中，10kV计量柜（箱）的空间较小。

实际计量工作中，有两种情况需要对于互感器铭牌进行观测：（1）在送电之前互感器铭牌信息要作详细记录，用于用电量计量；（2）在运行过程中，需要定期观测互感器铭牌信息进行核对，了解当前运行互感器情况。

10kV计量柜或计量箱中电压互感器、电流互感器排布情况如下所述。

（1）高供高计计量柜

高供高计计量柜中，三相母排并排排列，A、C相电流互感器串接在A、C相母排上，并排排列，相互距离为5cm，母排电压为10kV，电流互感器铭牌设置在互感器侧面，朝向柜体后侧；互感器投入运行后，由于互感器间距较近无法在远处直接观测，近距离观测铭牌则必须停电，并将身体探入计量柜才能看清[3]。

电压互感器安装在柜体底部，A、C两相并排排列，相互距离5cm；铭牌在互感器侧面，朝向柜体后侧，互感器上方为并排排列母排，母排电压为10kV，投入运行后观测互感器铭牌同样必须停电，并将身体探入计量柜中才能看清。

（2）高供低计计量柜

高供低计计量柜中，电能表、采集终端安装在下方，上方为交错排列的三相母排，母排电压220V；三相电流互感器套接在三相母排上，交错排列，相互距离为5cm，近距离观测有触电危险；互感器铭牌设置在互感器侧面，朝向计量柜左侧；计量柜上侧空间小，A相电流互感器靠近柜体左后部，投入运行后观测互感器铭牌通常要求不停电，不贴近互感器无难以看清铭牌内容，观测十分困难和危险。

（3）高供低计计量箱

高供低计计量箱中，电能表、采集终端安装在上方，下方为并排排列的三相母排，母排电压220V；三相电流互感器套接在三相母排上，并排排列，相互距离为5cm，近距离观测有触电危险；电流互感器铭牌设置在互感器侧面，朝向柜体左侧；互感器间距离较近难以直接观测，投入运行后检查观测互感器铭牌不停电，观测十分困难和危险。

通过上述结论可知：无论对于高供高计计量柜还是高供低计计量柜（箱），柜体空间均较小，母排与互感器安装紧密，电压与电流互感器距离母排较近，且铭牌设置在互感器侧面，朝向柜体后侧，无法在远处进行观测，铭牌观测需停电并将身体探入计量柜（箱）进行，靠近周围其他带点柜体，观察困难并且非常危险，大大增加了被迫停电进行观测时增加了停电次数，降低了供电服务质量，容易引发电力用户投诉。

综上所述，需要研制一种绝缘安全的高压互感器铭牌辅助观测工具，确保对互感器铭牌信息的不停电安全、准确的观测，并对观测信息进行准确记录。

1 高压互感器铭牌观测器的原理及硬件设计

图1给出了高压互感器铭牌观测器的示意图，主要由拍摄单元、图像处理单元、图像显示单元、电池单元和绝缘单元等构成。具体工作原理为，前端拍摄单元获取互感器铭牌信息，由图像处理单元将获取的图像信息传送到手持端的图像显示单元进行显示，完成互感器铭牌信息的观测与记录。

图1 高压互感器铭牌观测器示意图

1.1 拍摄单元

拍摄单元采用CMOS（MT9M001C12STM[4]）摄像头，其性能优异，具有很多有优点，不仅能完全满足数字图像处理的需要，还能够很好地满足互感器铭牌观测的要求。

其拥有的优点有：

（1）在数字图像处理技术中，处理的图像均要以灰度图像的形式进入处理程序，而MT9M001C12STM传回的灰度图像不需进入嵌入式系统进行色空间到灰度空间转换，而是将传回的图像直接进行数字图像处理。

（2）MT9M001C12STM为用户提供了VGA，CIF，QCIF等多种输出格式，以满足用户不同需求的选择。

（3）集成了可编程灰度矫正，白平和增益控制。

（4）配置了两线串行接口总线，可以方便的控制MT9M001C12STM的工作模式。

1.2 图像处理单元

DSP图像处理器控制电路的设计如图2所示，设计控制电路以两片DSP处理器芯片为核心处理器，使用FPGA作为协调处理器[5]，PCI总线传输数据的方式，实现高速图像处理功能。FPGA连接两片C6416的64bit/133MHz的EMIFA总线，或通过McBSP口连接。

在FPGA的存储扩展结构上，可连接两组片外存储器2MB的快速SBSRAM和32MB的DDR SDRAM，这种双存储机制能够在增强运算的协调处理能力及灵活性方面得到一定程度的优化。

对设计电路图像处理效果进行测试，使用TI公司的CCS集成的C/C++开发环境，仿真测试通过后经PCI总线写入相应存储器。采用M为2的整数次幂FFT算法，利用设计基于C6416 DSP处理器控制电路处理二维FFT和一维FFT，对计算速度进行测试，满足实际应用的要求。

图2 DSP图像处理器控制电路设计

1.3 图像显示单元

UFB液晶屏(Ultra Fine & Bright超精高亮液晶屏)[6]，它采用了特别的光栅设计，可以减小像素的间距，以获得更佳的图像质量。通常UFB-LCD可显示65536种色彩，对比度是STN的两倍，在65536色时亮度与TFT不相上下，耗电量却比TFT低，能够达到128×160像素的分辨率。

1.4 电池单元

电池单元选用4节1.5V干电池串联组装为拍摄单元和图像处理单元提供电源。考虑到干电池组大量消耗后，可能导致电池组电压较大的降低，为保障名牌观测器图像处理单元供电电压的稳定，分别对充满电和电量大量消耗两种情况进行电池组电压测试，重复试验50次。

新购买干电池组，电压平均6.02V，50组试验中未出现电压波动范围大于0.2V的情况，电压波动均在0.2V范围中，符合6V干电池组电源设计要求。

1.5 绝缘单元

为保障设备靠近高压母排时的绝缘性能，确保观测与拍摄的安全性，根据《配电安规》中“配电设备不停电时的安全距离”的规定，10kV及以下设备不停电安全距离为1m[7 ]。因此，高压铭牌观测器的操纵杆使用1m长绝缘杆。同时，为保证观测器的整体绝缘性能和工作人员使用中的安全，摄像头采用绝缘罩进行包裹，手持端的显示仪器外观均采用非金属绝缘材料，且按钮突出，便于佩戴绝缘手套进行操作。

2 互感器铭牌观测器测试

2.1 绝缘性能测试

绝缘性能是互感器铭牌观测器的重要指标，关系到工作人员在设备使用中的人身、设备和电网安全。将制作完成的互感器铭牌观测器送至检定机构进行1min工频10kV交流耐压试验，验证设备是否符合10kV耐压标准。经试验测试，该设备可耐受10kV电压冲击且无击穿，符合高压铭牌观测器绝缘系统设计要求[8]。互感器铭牌观测器按照安全工具器的管理要求，应每年进行一次耐压试验。

2.2 显示性能测试

通过使用屏幕测试软件DisplayX，将三星UFB-LCD显示屏经串行接口连接电脑，设置显示屏测试项目，对采购显示屏的对比度、灰度、会聚能力、色彩等主要显示性能进行测试，测试结果如下表1所示。

通过表1的测试结果可知，UFB-LCD显示屏显示效果各个方面符合高压互感器铭牌观测器的设计要求。由电脑输出文字图片到显示屏幕，调节显示屏幕亮度后进行拍照测试，观测拍照后照片效果与文字的分辨情况可知：当屏幕显示亮度设置为高亮度时，拍照效果较好，可以从照片上清晰分辨文字内容，屏幕亮度可以满足量化目标要求。

表1 UFB-LCD测试结果