一種電網倒閘操作票智能監(jiān)護系統(tǒng)設計新方案
作者：張毅
倒閘操作是電力系統(tǒng)中變更一次接線方式、調整繼電保護定值、啟停用保護裝置、切換二次回路、投切自動裝置、切換試驗等一次、二次設備操作過程的總稱 電網操作票是保證電力系統(tǒng)安全運行及管理的有效措施經過多年的改進和優(yōu)化，現有的電網倒閘操作票系統(tǒng)已經達到了很好的通用性和維護性，基于一次、二次接線圖的在線實時開票系統(tǒng)已經把專家知識庫等相應操作規(guī)范固化在程序里。介紹了倒閘操作票開票和防誤系統(tǒng)，防誤規(guī)范在操作票開票過程中保證了倒閘操作票各步驟的邏輯性和安全性，但是其缺少在倒閘操作票執(zhí)行時保證安全的有效措施和方法。介紹了未來計算機輔助的發(fā)展方向，其中就包括谷歌眼鏡技術和3D顯示技術在虛擬與增強現實中的應用。
正常情況下，調度員必須提前以書面或者網絡的方式預先發(fā)布操作任務票，才能正式發(fā)令操作．只有在緊急情況或事故處理時，才能采用口頭指令方式下達倒閘操作任務。不論以何種方式下達倒閘操作任務，倒閘操作過程巾必須由監(jiān)護人和操作人共同執(zhí)行同一張倒閘操作票。本系統(tǒng)是采用服務器終端，通信網絡和谷歌眼鏡組建的電網倒閘操作票智能監(jiān)護系統(tǒng)，同時配有圖像識別和語音識別雙重校驗機制，用計算機輔助現場人員監(jiān)護操作．并將操作票現場執(zhí)行情況實時傳送調度員與值班員。
本系統(tǒng)優(yōu)點在于使用智能校驗機制和遠程監(jiān)控．真正做到操作現場的防誤功能和輔助作業(yè)功能．使用谷歌眼鏡設備，解放了現場操作人員雙手．使其可以從容地應對倒閘操作過程中的突發(fā)事件和調度員口令無票操作任務的安全性。該系統(tǒng)使得原本需要1人監(jiān)護1人操作的工作任務變?yōu)?人監(jiān)護1人操作的同時電腦作為第2個監(jiān)護人員和具有遠程監(jiān)護功能的模式，大大降低了誤操作的可能性，有效地提高了工作效率，使原本調度員口令無票操作任務變?yōu)榈蚨葐T口令有票遠程監(jiān)護操作任務。
1 電網倒閘操作要求和流程
國家電網公司和各網省電力公司都對電網倒閘操作做出了明確的規(guī)定，并嚴格遵循《電力安全工作規(guī)程（變電部分）》（國家電網安監(jiān)[2009]664號），2010年汀蘇省電力公司為了更有效地規(guī)范變電站電氣設備倒閘操作工作，并適應目前變電運行管理方式的改變，確保人身、電網與設備的安全，提高變電運行管理水平，頒布了《變電站電氣沒備倒閘操作規(guī)范》，該規(guī)范適用于江蘇省電力公司管轄范圍內所有500 kV及以下變電站電氣設備的倒閘操作管理。
1.1 電網倒閘操作要求
倒閘操作共有監(jiān)控（調控）遠方操作和變電站現場操作2種方式。
監(jiān)控班（調控班）值班員在調度自動化系統(tǒng)監(jiān)控工作站上所執(zhí)行的遙控操作稱為遠方操作。執(zhí)行遠方操作的調度自動化系統(tǒng)監(jiān)控工作站的人機工作界面，必須強制手動輸入待操作的變電站代碼及設備編號，使系統(tǒng)能核對待操作的變電站及設備的正確性。系統(tǒng)必須強制操作人、監(jiān)護人分別輸入正確的倒閘操作密碼來保證操作監(jiān)護工作．監(jiān)控班（調控班）值班員在倒閘操作完成后必須將變電站運行方式和設備狀態(tài)的改變情況告知操作班值班員。
操作班值班員在變電站現場所進行的倒閘操作稱為現場操作。一次設備在正常情況下“就地操作”只適用于變電檢修工作。如在緊急情況下確實需要就地操作斷路器等設備，必須滿足以下條件：符合現場規(guī)程，必須保證即將帶電的設備（變壓器、母線、線路等）處于無故障狀態(tài)，受某些條件或情形的限制對設備（變壓器、母線、線路等）進行空載狀態(tài)下的操作。操作班現場值班員在操作前告知監(jiān)控班（調控班）值班員即將進行的操作內容，操作結束后必須告知設備狀態(tài)變化情況。
1.2 電網倒閘操作流程
接受正令：發(fā)令調度員正式發(fā)令時，發(fā)令調度員與受令操作人應使用標準調度術語和普通話．并全程電話錄音。發(fā)令調度員將該項倒閘操作任務的編號，以及對應的變電站、操作任務和發(fā)令時問依次口述給受令操作人，受令操作人填寫接收到的正令時間，并向發(fā)令調度員正確復誦正令內容，經雙方核對正確后發(fā)令即結束，受令操作人才可以開始該項倒閘操作。該項倒閘操作T作的操作人、監(jiān)護人在倒閘操作票中簽名．監(jiān)護人填寫倒閘操作開始時間，準備倒閘操作一次模擬圖預演。
模擬預演：監(jiān)護人手持倒閘操作票與操作人一起進行一次模擬圖預演。監(jiān)護人根據倒閘操作票的步驟，手指一次模擬圖上具體設備位置執(zhí)行模擬倒閘操作唱票，操作人則根據監(jiān)護人指令執(zhí)行復誦并操作一次模擬圖。
正式操作：變電站現場操作時監(jiān)護人手持操作票、錄音筆和解鎖鑰匙走在后面，操作人攜帶正確的工器具、安全用具走在前面。正式倒閘操作必須嚴格執(zhí)行復誦并錄音，在沒有得到監(jiān)護人的指令前，操作人不得擅自進行操作，監(jiān)護人必須嚴格執(zhí)行監(jiān)護工作，嚴禁操作設備一監(jiān)護人、操作人到達相應設備操作地點后．首先依據倒閘操作項目進行站位、設備名稱編號和設備實際狀況是否與操作項目相符的核對工作，核對無誤后監(jiān)護人依據操作步驟，高聲唱票的同時手指設備名稱編號，操作人聽到監(jiān)護人指令后，高聲復誦的同時也手指設備名稱編號進行核對．操作人核對正確無誤并且監(jiān)護人也再次核對正確無誤后．操作人才可操作。每項倒閘操作工作完成后都必須對設備的當前狀態(tài)進行檢查。在倒閘操作過程中必須嚴格按照操作步驟依次操作．每項操作結束后由監(jiān)護人在倒閘操作票相應項后打鉤。倒閘操作全部完成后，監(jiān)護人與操作人共同對所操作的設備進行檢查，以確認操作正確兀誤，設備運行狀態(tài)正常。監(jiān)護人在倒閘操作票上填寫操作完成時間。
操作匯報：倒閘操作完畢后，監(jiān)護人應及時使用錄音電話向發(fā)令調度員匯報：某時某分已完成某變電站的某操作任務，并核對相應設備操作后的運行方式正確無誤，得到發(fā)令調度員確認無誤后該倒閘操作任務才算全部執(zhí)行結束。
2系統(tǒng)架構設計
目前無論是紙質操作票、電子操作票、還是全程自動化遠程操作，都需要1人操作1人監(jiān)護一電網倒閘操作是一項邏輯嚴謹的T作．適合采用程序化和標準化工作，但是人工智能技術發(fā)展永遠替代不了人的工作，只能作為一種輔助手段，減輕操作人員的勞動強度，彌補操作人員因疲勞、疏忽和習慣性違章而導致的誤操作發(fā)生．提高電網倒閘操作的安全性和可靠性。
本系統(tǒng)開發(fā)的電網倒閘操作票智能監(jiān)護系統(tǒng)，主要創(chuàng)新核心在于安裝于谷歌眼鏡中基于安卓系統(tǒng)開發(fā)的APP程序，該程序可以輔助操作票監(jiān)護人員的工作，使用計算機完成對操作人員的監(jiān)護，保證操作安全執(zhí)行一該系統(tǒng)使電網倒閘操作從現場人工監(jiān)護、計算機監(jiān)護和調度員遠程監(jiān)護共同向完全由計算機監(jiān)護和調度員遠程監(jiān)護的工作方式進行過渡。
操作票監(jiān)護是一個比較復雜的過程，其過程包含了站所名稱的核對，操作開關問隔的核對，設備電氣狀態(tài)核對，模擬操作，操作票復誦核對，整個操作過程中不能有任何錯誤和疏忽。
計算機輔助監(jiān)護操作票的執(zhí)行，不僅可以降低人為的誤操作率，還可以實時核對關鍵信息，及時發(fā)出告警提示．采用谷歌眼鏡可以有效地釋放操作人員雙手，使其可以從容應對突發(fā)事件和正在進行的工作。
2.1 谷歌眼鏡特點
谷歌公司在2012年4月推出了一款“拓展現實”數碼產品，即谷歌眼鏡，用戶可以通過語音控制它攝影攝像、視頻通話和導航，并具有智能手機同樣的功能，如上網沖浪、處理文字信息和收發(fā)電子郵件等。
谷歌眼鏡的結構主要包括位于鏡框右側一個寬條狀的電腦處理器裝置和1臺懸置在眼鏡前方500萬像素的攝像頭，該攝像頭可拍攝720P視頻（一種在逐行掃描下達到1280x720分辨率的顯示格式）。谷歌眼鏡的鏡片上裝有一個將數據投射到用戶右眼上方的頭戴式微型顯示屏，它的顯示效果就像2.4 m外的25英寸高清顯示屏一樣。
2.2 系統(tǒng)總體硬件結構
本系統(tǒng)的研究基礎是基于專家系統(tǒng)進行的，通過在專家規(guī)則中引入手勢識別，圖像識別和語音識別進行防誤操作監(jiān)護，從而提高了系統(tǒng)的通用性。系統(tǒng)為了提高通用性和易維護性，在結構設計上采用了模塊化設計方法。圖1給出了本系統(tǒng)硬件結構體系。本系統(tǒng)主要由信息交互總線、數據處理服務器、PC終端、站所通信終端和谷歌眼鏡(Google Glass)構成。
2.3 系統(tǒng)總體軟件結構
本系統(tǒng)功能模塊框架如圖2所示。
數據處理服務器：具有倒閘操作票管理模塊，用戶權限管理模塊，視頻通信模塊，倒閘操作統(tǒng)計分析模塊，通信模塊（有線）。強大的支持平臺是實現智能操作票管理的基礎，可以有效地進行操作票的管理、保存、流轉、倒閘操作情況統(tǒng)計分析匯總。
PC終端：以B/S形式訪問數據處理服務器，具有倒閘操作票編輯模塊，視頻通信模塊，通信模塊（有線）。該終端負責操作票的編輯、查詢、刪除、打印等功能，并將操作票內容實時發(fā)布至操作人佩戴的谷歌眼鏡中，當操作票在現場執(zhí)行時可以通過顯示器向調度員和值班員展示現場操作票執(zhí)行情況。
站所：站所內安裝有站所通信終端，具有數據加密打包模塊，通信模塊（有線），通信模塊( WiFi)。該終端負責谷歌眼鏡與PC終端之間的數據傳輸，為谷歌眼鏡提供無線網絡支持。
谷歌眼鏡：配置有640x480像素的投影顯示屏．具有語音提示功能和內置式攝像頭，基于安卓系統(tǒng)的APP具有倒閘操作票監(jiān)護模塊、語音識別模塊、圖像識別模塊、手勢識別模塊、視頻通信模塊、通信模塊( WiFi)。
圖3是谷歌眼鏡APP中操作票安全執(zhí)行流程。關鍵系統(tǒng)為手勢識別、語音識別和圖像識別模塊的算法和開發(fā)。
3模式識別算法設計
谷歌眼鏡APP基于谷歌公司的安卓平臺開發(fā)，它雖然也是基于安卓平臺，但是與普通的智能手機上使用的安卓平臺有著明顯的區(qū)別。谷歌公司對于谷歌眼鏡所使用的APP環(huán)境采取很高的安全措施，使程序編寫的隨意度大大地降低．也提高了使用過程中的安全性。它嚴格禁止APP程序運行過程中的彈窗、提示和切換等功能，保證了用戶使用過程中不被打擾。對程序中文字顯示的字體、顏色和顯示位置有嚴格的限制．保證了用戶使用中的安全性。岡為采用了這些嚴格的限制措施，使得谷歌眼鏡APP有著很好的使用安全性，也能很好地滿足電網倒閘操作工作的安全性。
3.1 手勢識別算法設計
電網倒閘操作開始后，操作人要對現場模擬圖進行預演操作。目前電力公司采用的預演模擬圖為馬賽克版模擬接線圖或者顯示屏版模擬接線圖，操作人根據操作票要求在模擬圖上進行模擬操作。本系統(tǒng)設計了直接在谷歌眼鏡的顯示屏上顯示現場一次接線模擬圖，操作人進行人機復誦．并用手指在當空模擬操作，谷歌眼鏡上的攝像頭取景，識別操作人手勢撥動開關的情況．確認模擬操作的正確性．
本系統(tǒng)所述的模擬操作過程，采用了一種半自動標定方法，利用隨機決策樹建立深度像素的標定數據集，并利用該基于視覺的手勢交互桌面應用開發(fā)框架，實現電網倒閘操作復雜手勢的實時識別。電網模擬倒閘操作過程如圖4所示。
3.2 圖像識別算法設計
電力公司運維部門對變電站所（包括站所名稱和設備）標志都有嚴格的要求和標準．在設備命名上用詞嚴謹而簡潔，設備面板顏色區(qū)別度大．這樣對于本系統(tǒng)建立圖像中文字識別需要的文字識別數據庫有著很大的可操作性和識別準確度。
在電網倒閘操作過程中，操作人復誦操作票的過程中需要反復核對操作項和操作設備．通過谷歌眼鏡攝像頭取景識別設備編號和文字．識別設備電氣狀態(tài)，輔助完成操作監(jiān)護人的工作 當操作人操動機構前通過谷歌眼鏡的攝像頭取景檢查操作人是否翻下防護面罩和穿戴絕緣手套，谷歌眼鏡亦通過絕緣手套和防護面罩的色差準確識別操作人的安全防護設備。
本系統(tǒng)采用基于顏色聚類和多幀融合的視頻文字識別方法，該方法充分考慮了文字區(qū)域的2個顯著特征：密集文字邊緣和一致文字顏色。采用近鄰傳播聚類算法把不同顏色的邊緣分解到若干邊緣子圖中，使得在各個邊緣子圖中檢測和定位文字區(qū)域更加準確。操作過程中人機互動如圖5所示。
3.3 語音識別算法設計
電力公司運維部門對電網倒閘操作過程中的操作票復誦環(huán)節(jié)有著嚴格的用語要求，操作人和監(jiān)護人采用標準普通話完成操作任務的復誦和確認工作。電網操作票采用標準流程和標準化用詞，因此對于建立語音識別需要的語音數據庫有著很大的可操作性和識別準確度，主要難度在于對環(huán)境噪聲的過濾。
電網倒閘操作過程中，谷歌眼鏡顯示屏上顯示需要操作人復誦的操作內容，操作人嚴格進行復誦，谷歌眼鏡的拾音器對操作人的復誦進行采集、濾噪和進行數字化處理，完成對操作人復誦情況的核實，同步進行操作錄音，保證操作人復誦操作票內容正確無誤。
本系統(tǒng)采用離散隱馬爾科夫模型的嵌入式語音識別系統(tǒng)的實現方法，在嵌入式系統(tǒng)上完成語音識別功能，在PC系統(tǒng)上完成模板訓練功能的軟件架構。根據語音信號不可逆的特點，該方法提出一種優(yōu)化的Viterbi算法，在保證識別率的條件下系統(tǒng)取得了200 ms以內的實時響應速度，具有很高的實用性。
4安全性和效益分析
本系統(tǒng)設計的目的在于提高電網倒閘操作，尤其是緊急情況下口令無票操作工作的安全性和準確性。該系統(tǒng)使電網倒閘操作從現場人工監(jiān)護，到現場人工監(jiān)護、計算機監(jiān)護和調度員遠程監(jiān)護共同進行向完全由計算機監(jiān)護和調度員遠程監(jiān)護的工作方式進行過渡。使用現場人工監(jiān)護、計算機監(jiān)護和調度員遠程監(jiān)護共同進行工作時，可以極大地提高電網倒閘操作工作的安全性。當完全采用計算機監(jiān)護和調度員遠程監(jiān)護的倒閘操作工作方式時，可以真正地做到單人執(zhí)行電網倒閘操作的構想，極大地提高了工作效率和電力公司的經濟效益。
4.1 安全性分析
谷歌眼鏡等穿戴式智能設備開發(fā)的初衷就是輔助用戶工作以及給用戶提供便利，使用的場景比如在駕車、體育運動等對安全性要求較高的場合。本系統(tǒng)使用谷歌眼鏡作為終端，完成了整個電網操作票安全執(zhí)行系統(tǒng)設計和開發(fā)工作，谷歌眼鏡APP的開發(fā)要求遠遠嚴格于安卓手機的APP開發(fā)環(huán)境，這樣也從軟件的角度保證了系統(tǒng)的安全可靠性。
本系統(tǒng)依舊采用電力公司規(guī)定的1人監(jiān)護1人操作的要求，監(jiān)護人監(jiān)護操作人與谷歌眼鏡共同操作情況，調度員通過谷歌眼鏡進行遠程監(jiān)控，使發(fā)令人、監(jiān)護人和操作人融為一體．最大限度地保證了操作的安全性。在技術和系統(tǒng)逐漸成熟后．將嘗試采用計算機監(jiān)護和調度員遠程監(jiān)護的工作方式，用調度員遠程監(jiān)控和谷歌眼鏡監(jiān)護代替現場監(jiān)護人的工作。
4.2效益分析
目前，各地電力公司依舊有電網倒閘操作過程中發(fā)生誤操作的通報，采用本系統(tǒng)后，可以最大限度地使調度員、操作人和監(jiān)護人都融入倒閘操作過程中，在人員配置上達到了最大化，通過谷歌眼鏡和人工共同監(jiān)護操作人的工作，最大限度地避免誤操作的發(fā)生，減少因誤操作導致的設備、人生和財產的損失。
未來采用計算機監(jiān)護和調度員遠程監(jiān)護的工作方式，用調度員遠程監(jiān)控和谷歌眼鏡監(jiān)護代替現場監(jiān)護人的工作，可以使常規(guī)的電網倒閘操作工作減少1／3的工時。
5結語
本文綜合采用服務器終端、通信網絡、智能穿戴設備以及計算機模式識別校驗機制．完成了電網倒閘操作票智能監(jiān)護系統(tǒng)設計工作。系統(tǒng)優(yōu)點在于使用智能校驗機制和遠程監(jiān)控，真正做到操作現場的防誤操作功能和輔助作業(yè)功能。使用谷歌眼鏡設備，解放了現場操作人員雙手，使其可以從容應對倒閘操作過程中的突發(fā)事件和調度員口令無票操作任務的安全性。該系統(tǒng)使得原本需要1人監(jiān)護1人操作的工作任務變?yōu)?人監(jiān)護1人操作，電腦作為第2監(jiān)護人員和具有遠程監(jiān)護的模式，大大降低了誤操作的可能性，有效地提高了工作效率，使原本調度員口令無票操作任務變?yōu)檎{度員口令有票遠程監(jiān)護操作任務。
6摘要：介紹了電網公司現行電網倒閘操作票的操作現狀、操作要求和操作流程，提出了電網倒閘操作票智能監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合采用服務器終端、通信網絡、智能穿戴設備以及計算機模式識別校驗機制，使得原本需要1人監(jiān)護1人操作的工作模式變?yōu)?人監(jiān)護1人操作的同時電腦作為第2個監(jiān)護人和具有遠程監(jiān)護人功能的模式，從技術和工作效率上最大限度地避免電網倒閘操作過程中發(fā)生誤操作的可能性，有效地提高了工作效率。該系統(tǒng)同時使原本調度員口令無票操作任務變?yōu)檎{度員口令有票遠程監(jiān)護操作任務。當完全采用計算機監(jiān)護和調度員遠程監(jiān)護的工作方式時，可以真正地做到單人執(zhí)行電網倒閘操作的構想，極大地提高了工作效率和電力公司的經濟效益。
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