摘 要

随着时代的变迁，电力设备在人们的日常生活中的应用越来越广泛，人们的日常生活已经离不开电力设备了。高压输电—变压器降压—低压供电是我国城乡电网供电的基本格局，变压站在其中的起到了十分重要的作用。变电站的保护压板是保证装置联系外部接线的中间设备, 关系到保护的性能和输出能否正常发挥功能，因此对保护压板开关的实时在线监测显得极其重要。本文借助机器视觉和保护压板开关对变电站保护压板开关状态进行了实验，所得的结果对变电站保护压板的实时监测具有重要的指导意义。

本文主要设计内容是先通过摄像头拍摄开关的照片并传输到上位机，再通过Visual Studio 2010 软件将彩色图像转灰度图像；接着对灰度图像进行边缘检测，阈值分割，形态学处理，把开关的轮廓标识出来；最后根据开关的宽高比得出开关的状态。实验结果表明，该系统能够较好的实现开关的分割、定位和判断开关状态，具有良好的实用性能。

关键词：机器视觉；图像处理；保护压板；

Abstract

With the changing times, power equipment is becoming more and more widely used in people's daily life. People cannot live without it. High-voltage transmission - transformer buck - low-voltage power supply is the basic pattern of urban and rural power supply in China, where the transformer station plays a very important role. The substation protection plate device is an intermediate equipment to connect the external wires, which concerns whether the output can function properly. Therefore, the on-line monitoring protection of the pressure plate is extremely important. The state of the switchboard of the substation is simulated by the machine vision, the image processing technology and the protection plate switch model. The results are of great significance to the real-time monitoring of the protection plate of the substation

The paper mainly designs as follows: firstly, through the camera, the photo of the switch in the substation protection press is transmitted to the host computer. Through Visual Studio 2010, the color image is transmitted to the grayscale image. Then we do the edge detection, threshold segmentation and the morphological processing .Next, identify the switch boundary. Finally, according to the switch width ratio, we can identify the state of the switch. The simulation results show that the system can realize the segmentation, positioning and judgment of the switch well and has good practical performance.

Key Words：Machine vision；Image processing；Protective pressboard；

目录

第1章 绪论 1

1.1 设计背景和目的意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.2 机器视觉检测系统的发展和应用 2

1.3 论文的主要内容和组织结构 3

第2章 开关柜状态检测整体设计 5

2.1 开关柜状态检测设计任务及方案 5

2.1.1 设计任务 5

2.1.2 设计方案 5

2.2 整体设计流程图 5

第3章 开关压板图像的处理 7

3.1 开关图像的获取 7

3.2 开关图像的预处理 8

3.3.1 Roberts边缘检测 10

3.3.2 Prewitt边缘检测 10

3.3.3 Sobel边缘检测 11

3.3.4 Laplacian边缘检测 12

3.3.5 几种算法的比较 13

3.4 开关图像阈值分割和形态学处理 14

3.4.1 开关图像阈值分割 14

3.4.2 开关图像形态学处理 16

3.5 开关图像边界检测定位 17

3.5.1 cvFindContours函数和cvBoundingRect函数 17

3.5.2 边界查找定位 18

3.6 开关状态的检测及输出 20

3.6.1 开关状态的检测 20

3.6.2 开关状态的文本形式输出 21

3.7 本章小结 22

第4章 系统仿真实验与结果分析 23

第5章 结论 26

参考文献 27

致谢 29

绪论

本章首先介绍了变电站保护压板开关的实时在线监测的设计背景和目的意义，介绍了智能开关柜的国内外发展和机器视觉在开关柜实时在线监测这一领域的国内外发展现状以及用机器视觉来实时监测开关状态的优势，最后介绍本文的主要设计内容和章节安排。

设计背景和目的意义

随着电力系统的飞速发展，电力设备已经成为了人们日常生活中不可或缺的设备之一。其中高压电力从发电厂运输到人们日常生活的用低压供电设备中需要变电站这个中间环节，其作用是将高压电通过变压器转换成能够供人使用的低压电，因此变电站的工作正常工作是人们正常日常生活的必要保证。变电站继电保护系统在电力输送过程中有着十分重要的作用，用于保护投入和退出的保护压板关系到各类保护功能的投入及出口动作的正确性，误投或者漏投都会导致保护的操作失误或拒绝操作，给电网安全可靠运行和用户安全用电带来极大影响^[1]。在当前变电站保护压板的检测和输出操作主要采用的是人工方式，自动化程度较低，浪费大量的时间和劳动力，由于检测工作较为复杂繁琐，使人容易感到疲累，从而导致检测出错，带来不必要的危害^[2]。同时人工检测的方法不能实现实时性，在保护压板出现故障时不能及时发现并处理，从而延长了发现和处理故障的时间^[3]。因此需要一种简单方便并且能实现实时监测的方法来实时监测变电站保护压板开关的状态，在发生故障时第一时间通知工作人员，让工作人员及时处理故障，避免造成不必要的损失。

本文就是通过用摄像头和图像处理技术来代替人工排查的方式对变电站保护压板进行实时监测，用摄像头取代人眼，可以实现实时观察到保护压板开关，然后通过图像处理技术检测保护压板开关的状态。这种实时监测操作简单，同时和将目前的大量非智能开关柜更换成智能保护压板开关相比，这种监测的成本也比较低，还能减少多余的劳动力浪费和节约大量时间，提高了对保护压板开关的检测效率。而且机器视觉比起人眼来说，不存在视觉疲劳，不会因为人眼疲劳而主观判断失误，从这一方面大大的提高了检测效率。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 智能开关柜的国内外发展