本发明属于电力系统领域，更具体地涉及电力系统继电保护母线保护利用摄像头提高母线保护区内故障动作速度的新方法。
背景技术：
由于母线在电力系统中起汇集和分配电能的作用，母线保护在电力系统继电保护领域有非常重要的地位。随着电力系统的容量越来越大，系统稳定破坏造成的损失也越来越大。母线区内故障时母线保护需要尽可能快的动作切除故障，这对保持电力系统稳定有非常重要的意义。
母线区内故障情况较多，除了典型的金属性故障外，还有经过渡电阻故障、CT饱和、转换性故障、系统振荡时故障等。为在上述各种情况下母线保护均能正确动作，现有母线保护均有一系列复杂的判据，如区外转区内故障时带延时动作，区外故障CT饱和时闭锁母线保护一定时间等。上述措施虽然保证了保护动作行为的正确性，但各种复杂判据和延时元件的存在，势必降低了母线保护在区内故障时的动作速度。因此非常有必要探索利用某种母线区内故障的特征来加快母线保护的动作速度。
近年来，随着高速摄像技术和图像智能识别技术的发展，提供了利用母线区内故障时某种明显可视的物理特征进行故障判别的可能性。
技术实现要素：
为了提高母线保护在各种复杂情况下的动作速度，本发明提出了一种利用摄像头提高母线保护区内故障动作速度的保护方法。
本发明具体采用以下技术方案。
一种利用摄像头提高母线保护区内故障动作速度的保护方法。其特征在于：用摄像头拍摄母线区内是否有弧光，如果有弧光则母线保护迅速动作切除故障。
一种利用摄像头提高母线保护区内故障动作速度的保护方法，其特征在于，所述方法包括以下内容：
(1)在母线两侧装设摄像头，该摄像头实时拍摄母线区内的图像；
(2)摄像头的拍摄结果实时传输给图像识别设备，由该设备判别母线区内是否发生弧光放电，并将判定结果以简单的数字方式实时传输给母线保护装置；
(3)如果图像识别设备判断母线区内出现弧光放电，则母线保护判别为母线区内故障，迅速动作切除故障母线；如果图像识别设备判断母线区内没有出现弧光放电，则母线保护维持原有判据。
本发明进一步包括以下优选方案：
摄像头拍摄、图像的传输和识别以及将识别结果传输给母线保护装置的时间之和应该控制在15ms以内，以保证母线保护动作的快速性。
弧光最小持续时间th和摄像机的拍摄速率vp之间应满足如下关系：vp≥1/th≥17帧/s。
收集有关母线区内故障时弧光放电的图像，送给图像识别设备，由图像识别设备根据某些图像识别技术，图像识别设备根据这些图像特征及某些图像识别技术对摄像头拍摄的图像进行判别，以确定是否是母线区内故障。
本发明具有以下有益的技术效果：
采用本发明的技术方案，如果摄像头拍摄到弧光，可认为是母线区内故障，母线保护快速动作，不考虑CT饱和等元件判别结果和延时处理；如果摄像头未拍摄到弧光，母线保护按照原有逻辑进行判别处理。本发明在有弧光的情况下将加快母线保护的动作速度，有利于迅速切除母线区内故障，保持电力系统稳定。
附图说明
附图1为本发明利用摄像头提高母线保护区内故障动作速度的保护方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细介绍。
如背景技术部分所述，由于母线区内存在复杂故障情况下，如CT饱和、转换性故障等，母线保护的动作速度会变慢，故考虑采用新技术提高母线保护的动作速度。
本发明利用摄像头拍摄弧光现象来提高母线保护的动作速度。如附图1所示，本发明的技术方案如下：
步骤1：在母线两侧装设摄像头，该摄像头实时拍摄母线区内的图像。
母线区内故障时，往往有弧光产生，故弧光可认为是区内故障的一个显著特征。考虑到弧光现象具有非常明显的可视性，采用摄像头来实时监视是否有弧光。但考虑到母线区外故障时也可能有弧光，为准确区分区内外故障，故在母线两侧装设摄像头，并且摄像头应对着母线区内拍摄，同时为保证拍摄图像的清晰度，应该采用高清晰度的摄像头。这样母线区内故障并且有弧光时，摄像头便有可能抓拍到弧光图像，而在母线区外故障时，摄像头无法抓拍到弧光图像，从而为区分母线区内外故障奠定了基础。
由于母线保护动作速度要求较快，故考虑摄像头应具备较高的拍摄速率，这样便会在短时间内拍摄到大量的图像。
步骤2：摄像头的拍摄结果实时传输给图像识别设备，由该设备判别母线区内是否发弧光放电，并将判定结果以简单的数字方式实时传输给母线保护装置。
为了对这些图像进行实时的接收、存储和识别，需要配置高性能的图像识别和处理设备。该设备对图像处理和识别后，将识别结果，即是否是弧光以简单的二进制数字方式(例如，1表示弧光，0表示不是弧光)迅速送给母线保护装置。
步骤3：如果图像识别设备判断母线区内出现弧光，则母线保护判别为母线区内故障，迅速动作切除故障母线；如果图像识别设备判断母线区内没有出现弧光，则母线保护维持原有判据。
母线保护对图像识别设备的处理结果进行逻辑判断。如果有弧光，则认为是母线区内故障，并结合区内故障典型特征迅速动作；如果没有弧光，则维持原有判别逻辑，即使有区内故障也可以正确动作。这样弧光图像便构成了一个母线保护区内故障动作的加速元件，即使没有弧光，原有母线保护判别元件也能正确动作，只是没有速度优势而已，从而继承了原有判据的稳定性和可靠性。
本发明对摄像头的拍摄速率，以及弧光图像的拍摄、传输、识别时间限定如下。
首先从弧光的产生和存在时间的角度进行推导计算。弧光一般在母线有故障时产生，最晚在母线故障切除后消失，也可能提前消失，有一定的随机性。摄像头要拍摄到弧光的照片，则其拍摄速率vp(单位为帧/s)应该满足如下公式：
vp≥1/th≥1/0.06帧/s (1)
即vp≥1/th≥17帧/s (2)
其中，th≤60ms。
随着图像识别技术的飞速发展，已经可实现仅需要一帧图像就可以识别出弧光特征。因此理论上来说，只要摄像头拍摄速率满足公式(2)，就可以对持续存在th(th≤60ms)的弧光至少拍摄到一帧照片，并且利用一帧照片识别出弧光特征。工业级摄像机的拍摄速度甚至可以达到1000～10000帧/s。
采用弧光图像提高母线保护动作速度，则弧光图像的拍摄、传输、识别时间td不应该大于国家标准要求的区内金属性故障的最小动作时间，即：
td≤15ms (3)
如弧光图像的拍摄和处理同时满足公式(2)和公式(3)，则一方面可以拍摄到存在时间大于th的弧光，另一方面保护动作行为可保证在即使是典型金属性区内故障时保护出口动作时间小于20ms。这样在其他复杂故障，如CT饱和且有故障、转换性故障等情况下保护出口时间小于20ms，从而大大提高了母线保护的动作速度。
本发明中图像识别设备对母线区内故障弧光放电图像的识别采用如下方式实现：
收集有关母线区内故障时弧光放电的图像，送给图像识别设备，由图像识别设备根据图像识别技术，提取母线区内故障时弧光放电的图像特征。图像识别设备根据这些图像特征及某些图像识别技术对摄像头拍摄的图像进行判别，以确定是否是母线区内故障。图像识别技术参见《基于半监督聚类分析及广义距离函数学习的图像识别技术》(浙江大学博士论文，作者顾弘，2011年)。
申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。