地下廠房式大型水電站智能巡檢系統(tǒng)建設(shè)研究

舒西剛

(重慶大唐國際彭水水電開發(fā)有限公司，重慶 409600)

隨著信息化、數(shù)據(jù)化、人工智能等工業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展，智能應(yīng)用逐漸深入電力生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)。打破現(xiàn)有電力生產(chǎn)模式，引進(jìn)更先進(jìn)、更智能的生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)更安全、更高效的目標(biāo)，是目前發(fā)電廠建設(shè)的迫切需求。

智能巡檢管理通過先進(jìn)的管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)、智能終端設(shè)備、通信技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備巡檢的現(xiàn)代化管理，保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減輕了巡、點(diǎn)檢人員和設(shè)備管理人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率[1]。打造一套智能化、科學(xué)化、可視化的巡檢系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快精準(zhǔn)的巡檢任務(wù)策劃、全方位的巡檢人員管理、全閉環(huán)的巡檢過程管控、高效率的設(shè)備異常消缺、智能化的數(shù)據(jù)分析決策。該系統(tǒng)旨在提高巡檢過程效率、設(shè)備運(yùn)維管理水平和績(jī)效，從而進(jìn)一步提升設(shè)備的可靠性。

1 水電站巡檢現(xiàn)狀分析

目前水電站正使用的巡檢系統(tǒng)有運(yùn)行巡檢系統(tǒng)、設(shè)備點(diǎn)檢系統(tǒng)、主變油色譜在線監(jiān)視系統(tǒng)等常規(guī)系統(tǒng)，各自能實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，巡檢基本依賴人員手持巡檢儀，現(xiàn)場(chǎng)掃碼、手動(dòng)輸入巡檢數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)情況，巡檢完成后回傳數(shù)據(jù)至生產(chǎn)管理系統(tǒng)[2]。巡、點(diǎn)檢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備全覆蓋，但部分設(shè)備參數(shù)不能真實(shí)反映情況，巡檢手段單一，不能自動(dòng)報(bào)警及進(jìn)行趨勢(shì)分析。現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)電視沒能做到全覆蓋，且無圖像自動(dòng)識(shí)別功能。

2 智能巡檢需求分析

智能巡檢系統(tǒng)能盡早發(fā)現(xiàn)可能影響系統(tǒng)和設(shè)備故障的早期故障特征，以對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行、檢修和管理人員提供生產(chǎn)決策支持，消除設(shè)備隱患，提前安排設(shè)備運(yùn)行方式、合理安排設(shè)備檢修等，實(shí)現(xiàn)機(jī)組故障的自分析、自診斷，提高設(shè)備的安全運(yùn)行水平和設(shè)備可靠性水平。智能巡檢應(yīng)具備以下功能。

1)日常巡、點(diǎn)檢數(shù)據(jù)分析。將運(yùn)行巡、點(diǎn)檢人工回傳數(shù)據(jù)與定值進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)超標(biāo)數(shù)據(jù)報(bào)警，并篩選出未按標(biāo)準(zhǔn)開展巡查的項(xiàng)目。

2)工業(yè)攝像頭畫面分析。增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)攝像頭，做到全廠重要區(qū)域全覆蓋，智能巡檢系統(tǒng)對(duì)攝像頭采集到的畫面進(jìn)行處理分析，自動(dòng)識(shí)別漏油、漏水、著火等異常情況。

3)電氣設(shè)備溫度監(jiān)視分析。在廠用干式變、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)、滑環(huán)、定子引出線、電纜接頭等重要部位安裝紅外溫度傳感器，將各部位回傳溫度與定值進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警及趨勢(shì)分析。

4)機(jī)器人自動(dòng)巡檢分析。地線廠房發(fā)電機(jī)層、GIS配電室等重點(diǎn)區(qū)域配置智能巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)定時(shí)巡查及對(duì)單個(gè)異常設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行監(jiān)視，并將結(jié)果回傳至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)。

5)主變油色譜在線監(jiān)視分析。升級(jí)主變油色譜在線監(jiān)視系統(tǒng)，以準(zhǔn)確識(shí)別油劣化程度，將分析結(jié)果回傳至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。

6)水工無人機(jī)巡檢分析。配置無人機(jī)，對(duì)水工建筑物、庫區(qū)危巖體等開展巡查，并實(shí)現(xiàn)泄洪前尾水漁船驅(qū)趕檢查，將畫面分析結(jié)果回傳至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，發(fā)出報(bào)警。

7)報(bào)警信息推送功能。各項(xiàng)巡檢結(jié)果均在生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)子模塊中生成“報(bào)警列表”，重要信息自動(dòng)推送至相關(guān)管理人員，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)故障提醒。

3 智能巡檢系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

3.1 生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)建設(shè)

3.1.1 建設(shè)目標(biāo)

生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)需增加“智能巡檢”模塊及各子模塊，增加生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)信息推送功能，將重要報(bào)警信息推送至相關(guān)人員。

3.1.2 系統(tǒng)功能

1)正常運(yùn)行監(jiān)視。將智能機(jī)器人、無人機(jī)、主變油色譜、設(shè)備溫度等子系統(tǒng)數(shù)據(jù)及報(bào)警信號(hào)回傳至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，使值班人員能正常監(jiān)視。

2)異常告警提示。各子系統(tǒng)生成告警列表，主目錄生成告警匯總表。

3)歷史數(shù)據(jù)查詢。記錄保存所有歷史數(shù)據(jù)，以對(duì)比分析劣化趨勢(shì)。

4)重要告警信息推送。主設(shè)備超溫告警、主變油劣化告警、壩前大型漂浮物告警等異常告警信號(hào)能通過短信形式推送至相關(guān)管理人員，提醒其及時(shí)處理。

3.2 工業(yè)攝像頭巡查

3.2.1 建設(shè)目標(biāo)

在現(xiàn)有已建成工業(yè)攝像頭系統(tǒng)基礎(chǔ)上，完善攝像頭布置，在應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)視而未安裝攝像頭的部位增設(shè)攝像頭，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)部位全覆蓋。采用圖像分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)畫面分析，識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)漏水、漏油、著火等情況。

3.2.2 系統(tǒng)功能

1)正常運(yùn)行監(jiān)視。所有攝像頭畫面?zhèn)骰刂林锌厥夜I(yè)電視，值班人員能夠自主選擇監(jiān)視畫面查看現(xiàn)場(chǎng)情況。

2)異常畫面查看。在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生異常及電廠發(fā)生事故的情況下，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)取現(xiàn)場(chǎng)攝像頭查看現(xiàn)場(chǎng)情況。

3)歷史畫面回放。所有攝像頭須備份存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行歷史畫面回放，追溯早期錄像。

4)圖像自動(dòng)識(shí)別。對(duì)各重點(diǎn)部位攝像頭實(shí)時(shí)畫面進(jìn)行識(shí)別分析，自動(dòng)判斷現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備漏水、漏油、著火等異常，生成報(bào)警信息。

5)壩前漂流船只、大型漂浮物識(shí)別。通過對(duì)進(jìn)水口、近壩區(qū)域?qū)崟r(shí)攝像頭監(jiān)視畫面進(jìn)行識(shí)別，在有漂流船只、大型漂浮物時(shí)第一時(shí)間發(fā)出告警，提醒值班人員處理。

表1 應(yīng)安裝工業(yè)攝像頭主要部位列表

3.3 智能機(jī)器人巡查

3.3.1 建設(shè)目標(biāo)

在地下廠房220層配置一臺(tái)智能機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)巡回、視頻畫面分析、定點(diǎn)監(jiān)視等功能，彌補(bǔ)管理人員不能長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)視的缺陷。

3.3.2 系統(tǒng)功能

1)設(shè)備定點(diǎn)監(jiān)視。設(shè)備異?；蛩矔r(shí)故障監(jiān)控系統(tǒng)無法捕捉時(shí)，設(shè)置機(jī)器人定點(diǎn)監(jiān)視，錄制畫面，自動(dòng)識(shí)別異常信號(hào)。

2)實(shí)時(shí)圖像傳輸。通過無線傳輸方式實(shí)時(shí)回傳影像數(shù)據(jù)到生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)。

3)影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和高效檢索。通過信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和歷史影像數(shù)據(jù)的高效檢索。

4)庫區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)管理和安全預(yù)警。采用智能視頻圖像分析技術(shù)，利用影像數(shù)據(jù)對(duì)異?，F(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，及時(shí)預(yù)警。

5)巡查任務(wù)管理。根據(jù)巡查計(jì)劃安排，自動(dòng)生成巡查任務(wù)和巡查路線，結(jié)合巡查數(shù)據(jù)和結(jié)果反饋，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人巡查工作的閉環(huán)管理。

3.4 無人機(jī)巡查

3.4.1 建設(shè)目標(biāo)

針對(duì)水電站水庫庫區(qū)安全管理具體業(yè)務(wù)需求，采用無人機(jī)、移動(dòng)無線通信、GPS定位、智能視頻分析等先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)庫區(qū)無人機(jī)巡查及安全預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于無人機(jī)平臺(tái)的庫區(qū)安全巡查、庫區(qū)水土環(huán)境監(jiān)測(cè)、防洪應(yīng)急監(jiān)測(cè)、泄洪與發(fā)電放水告警、庫區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等應(yīng)用。建立和完善庫區(qū)無人機(jī)安全巡查常態(tài)化管理機(jī)制，提高庫區(qū)安全巡查效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)庫區(qū)安全隱患。無人機(jī)信息傳輸示意圖見圖1。

圖1 無人機(jī)信息傳輸圖

3.4.2 系統(tǒng)功能

1)無人機(jī)航拍。通過按照預(yù)設(shè)航線巡視或地面控制站遙控方式對(duì)水庫庫區(qū)進(jìn)行空中拍照、空中攝像。

2)無人機(jī)喊話。通過按照預(yù)先錄制播放或?qū)崟r(shí)對(duì)講(喊話)方式，對(duì)水庫庫區(qū)進(jìn)行遠(yuǎn)距離語音通知、語音告警。在電站泄洪放水、發(fā)電放水或突發(fā)事件處置時(shí)，通過該項(xiàng)功能及時(shí)向周邊群眾和員工進(jìn)行通知和告警。

3)實(shí)時(shí)圖像傳輸。通過無線傳輸方式實(shí)時(shí)回傳航拍影像數(shù)據(jù)到地面工作站的功能。

4)航拍影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和高效檢索。通過無人機(jī)巡查與安全預(yù)警管理信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)航拍影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和歷史影像數(shù)據(jù)的高效檢索。

5)庫區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)管理和安全預(yù)警。建立庫區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，以提供安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)管理及維護(hù)功能。采用智能視頻圖像分析技術(shù)，利用航拍影像數(shù)據(jù)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，及時(shí)預(yù)警。

6)巡查任務(wù)管理。根據(jù)庫區(qū)無人機(jī)巡查計(jì)劃安排，自動(dòng)生成巡查任務(wù)和巡查路線，結(jié)合巡查數(shù)據(jù)和結(jié)果反饋，實(shí)現(xiàn)庫區(qū)無人機(jī)巡查工作的閉環(huán)管理。

3.5 主變油色譜在線監(jiān)視

3.5.1 建設(shè)目標(biāo)

在現(xiàn)有主變油色譜在線監(jiān)視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確監(jiān)視分析，將數(shù)據(jù)傳至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，以便于實(shí)時(shí)監(jiān)視分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)告警信號(hào)。

3.5.2 系統(tǒng)功能

1)正常運(yùn)行監(jiān)視。運(yùn)行數(shù)據(jù)傳至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視。

2)異常告警提示。運(yùn)用自動(dòng)數(shù)據(jù)分析，發(fā)生油劣化時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出告警信息，提醒管理人員處理。

3)歷史數(shù)據(jù)查詢。記錄保存所有歷史數(shù)據(jù)，能夠據(jù)此對(duì)比分析劣化趨勢(shì)。

3.6 電氣設(shè)備溫度監(jiān)視

3.6.1 建設(shè)目標(biāo)

在廠用干式變、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)、滑環(huán)、定子引出線、電纜接頭等重要部位安裝紅外溫度傳感器，采用射頻技術(shù)，并建設(shè)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，將數(shù)據(jù)傳至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，以便于實(shí)時(shí)監(jiān)視分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)告警信號(hào)。

3.6.2 系統(tǒng)功能

1)正常運(yùn)行監(jiān)視。運(yùn)行數(shù)據(jù)傳至生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視。

2)異常告警提示。系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)負(fù)荷情況，將溫度值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，能夠及時(shí)發(fā)出告警信息，提醒管理人員處理。

3)歷史數(shù)據(jù)查詢。記錄保存所有歷史數(shù)據(jù)，能夠據(jù)此對(duì)比分析劣化趨勢(shì)。

4 總結(jié)建議

智慧化水電廠的建設(shè)在提高運(yùn)行監(jiān)控能力、設(shè)備管控能力、安全生產(chǎn)管控能力和經(jīng)營決策水平等多方面產(chǎn)生了積極作用。智能巡檢系統(tǒng)將為故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測(cè)的科學(xué)決策提供技術(shù)支撐，能結(jié)合廠站巡檢數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)挖掘及AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)受控廠站設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的劣化分析和智能預(yù)警報(bào)警。遠(yuǎn)程工業(yè)電視監(jiān)視、機(jī)器人巡視、無人機(jī)巡查、紅外射頻測(cè)溫等功能，將電站數(shù)據(jù)、圖像遠(yuǎn)程傳送至各專業(yè)診斷中心，由專業(yè)技術(shù)人員開展后臺(tái)分析診斷，組織、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)開展維護(hù)消缺，可提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，提升水電站智能管控水平。