變電站智能巡視技術(shù)研究

林在錦

（上海新能凱博實業(yè)有限公司 上海 201416）

變電站是對電力系統(tǒng)中的電壓與電流進行交換處理，并完成電能接收與分配的場所。變電站內(nèi)的一次設(shè)備與二次設(shè)備都需要作為高壓電的載體，一旦出現(xiàn)故障問題，必將引發(fā)嚴重的安全事故，造成大量的經(jīng)濟損失，甚至危及人員生命安全，因此，相關(guān)電力企業(yè)需要做好變電站的智能巡視工作，利用先進的設(shè)備與技術(shù)，提高巡檢效果，保證第一時間發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的相關(guān)問題。

1 變電站智能巡視技術(shù)實施必要性

以往的變電站巡視方法已經(jīng)難以滿足電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，過于依賴巡視人員個人能力與工作經(jīng)驗的方法也無法保證巡視效率與質(zhì)量。為了切實滿足環(huán)境監(jiān)管要求，符合數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展形勢，降低人為操作失誤的可能性，需要促進巡視技術(shù)的智能化轉(zhuǎn)變，完成電力網(wǎng)絡(luò)的升級創(chuàng)新。當前，變電站智能巡視技術(shù)需要將特高壓電網(wǎng)作為骨干網(wǎng)架，實現(xiàn)不同電壓等級的電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，促進傳感測量、信息通信、控制技術(shù)的融合與應用，達到強化設(shè)備運行管理水平的目的，及時檢測設(shè)備的運行狀況，明確設(shè)備運行規(guī)律與影響其正常使用的不利因素。但根據(jù)實際調(diào)查顯示，當前，許多變電站尚未采用統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，在巡視方面也存在一定的不足之處，例如：缺少規(guī)范的巡檢標準與操作要求，沒有對技術(shù)人員進行嚴格管理；變電站的試驗輪換裝置缺少針對性的信息管理手段；在日常巡檢與特殊巡檢方面，沒有明確的界定，經(jīng)常出現(xiàn)巡檢人員難以第一時間趕赴變電站現(xiàn)場完成相關(guān)處理的狀況；信息記錄與查詢功能不夠完善，無法自動備份設(shè)備歷史狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，不利于后期檢修工作的開展。

隨著我國技術(shù)水平的不斷提高，硬件研發(fā)效率進一步提升，對變電站的巡視工作要求也會愈發(fā)嚴格。因此，為了滿足信息時代的發(fā)展趨勢，提高智能電網(wǎng)的建設(shè)質(zhì)量，改變以往巡視過程中存在的不足之處，需要高效處理巡視數(shù)據(jù)，加強數(shù)據(jù)的上傳速度，利用專門的程序系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的分類與分析，以此及時消除潛在的安全隱患，預防危險事故的形成。

2 變電站智能巡視系統(tǒng)設(shè)計方法

變電站智能巡視系統(tǒng)能夠為巡視人員提供安全、便捷的工作平臺，其主要構(gòu)成可分為以下兩部分。

一是手持智能巡檢儀。該裝備能夠?qū)崿F(xiàn)人工特殊巡視及帶電檢測的智能化發(fā)展，可以與PMS2.0完成通信傳輸，也能與RFID 技術(shù)實現(xiàn)無縫連接，提高帶電檢測的準確性與效率，借助無線網(wǎng)絡(luò)，將檢測數(shù)據(jù)傳遞到智能云檢系統(tǒng)當中，降低人工輸入的工作量，同時，該設(shè)備內(nèi)置標準數(shù)據(jù)記錄模板可以與紅外鏡頭有效結(jié)合，促進紅外成像設(shè)備的小型化轉(zhuǎn)變。

二是服務器管理軟件及系統(tǒng)硬件平臺。其主要采用B/S結(jié)構(gòu)，需要建立在WEB平臺上，利用ORACLE數(shù)據(jù)庫完成信息存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及JAVA、ASP.NET 等開發(fā)工具進行編制，以此向手持設(shè)備傳達巡視任務，之后，由巡視人員將巡檢結(jié)果傳遞到服務器管理系統(tǒng)當中，幫助管理人員做好數(shù)據(jù)分析管理，判斷變電站設(shè)備是否存在安全隱患或缺陷，這樣不僅可以提高設(shè)備運行管理水平，還能防止出現(xiàn)巡檢不到位的現(xiàn)象產(chǎn)生。同時，變電站智能巡視系統(tǒng)還能進一步推動管理規(guī)范化、手段信息化及分析科學化，能夠?qū)⒂嘘P(guān)設(shè)備巡視、運行的制度落實，保證巡視工作有序開展，降低人為操作失誤的可能性，提高巡視數(shù)據(jù)的真實性，通過將設(shè)備巡檢工作劃入到計算設(shè)備機管理當中，實現(xiàn)無紙化工作，促進與其他企業(yè)的信息共享。

3 變電站智能巡視技術(shù)應用路徑分析

變電站智能巡視技術(shù)需要將計算機設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)作為依托，利用綜合信息系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站的自動運維。本文將以其中最典型的集中智能巡視技術(shù)作為主要分析對象。

3.1 RFID技術(shù)

RFID是指無線射頻識別技術(shù)，屬于自動識別方法的一種，能夠借助無線射頻的方式，實現(xiàn)非接觸數(shù)據(jù)的雙向通信，對記錄媒體完成讀寫，以此達到目標識別及數(shù)據(jù)交換的目的。該技術(shù)的優(yōu)勢在于可以利用無線波快速進行信息交換與存儲，通過數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，直接連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的串聯(lián)，不僅具有極強的適用性，可以無視粉塵、塑料、木材等障礙物建立連接，還具有一定的高效性、簡易性及獨一性，可以保持極高的讀寫速度，與產(chǎn)品形成一一對應的關(guān)系。同時，無線射頻識別技術(shù)的信息存儲量龐大、資料更新頻率較高、安全性極佳，擁有極長的使用壽命，可以實現(xiàn)多目標同時識別。除此之外，由于無線射頻識別技術(shù)是以封裝形式投入到變電站的巡視工作中，因此能夠保持良好的抗干擾性，不會被外界仿冒或入侵。

為了進一步提高RFID技術(shù)的巡視效果，還需要適當結(jié)合嵌入式數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、缺陷庫、巡視數(shù)據(jù)等技術(shù)。嵌入式數(shù)據(jù)庫可以消除客服機服務器配置的相關(guān)開銷，運行時對內(nèi)存的占用較低，通過采用精簡代碼的方式，進一步提高運行效率，利用SQL高效管理應用程序數(shù)據(jù)，可以在沒有人工干預的情況下長時間穩(wěn)定使用，并且數(shù)據(jù)庫操作具有一定的可預測性，能夠評估系統(tǒng)大小與性能，更好地滿足個性化應用開發(fā)與管理需求。而缺陷庫則主要負責工程經(jīng)驗的累積，能夠?qū)ψ冸娬驹O(shè)備進行缺陷狀況的標準化描述，從而促進管理工作有序開展，并且缺陷庫本身屬于開放式結(jié)構(gòu)，如果條件允許，可以對其內(nèi)容進行適當修訂，以此滿足巡視現(xiàn)場需要。而巡視數(shù)據(jù)技術(shù)則是要求巡視系統(tǒng)可以依照既定程序與任務，遵循國電公司制定的作業(yè)指導書完成變電站現(xiàn)場巡視。

3.2 紅外熱圖像技術(shù)

變電站設(shè)備在使用過程中會引發(fā)一系列數(shù)據(jù)參數(shù)的動態(tài)變化，如負載、壓力值、溫度等，為了確保設(shè)備穩(wěn)定運行，需要及時檢測設(shè)備的實際運行狀態(tài)，判斷其是否存在異常。此時，便可借助紅外熱圖像處理技術(shù)及紅外熱像儀獲取設(shè)備溫度特征信息。首先，熱紅外遙感可以利用紅外探測器收集與記錄地物輻射出的熱紅外輻射信息，并將其準確識別與反演。當巡檢裝置接收到相關(guān)數(shù)據(jù)后，會將其上傳至終端設(shè)備，之后，開展智能分析處理，進而判斷變電站是否存在故障狀況。由于變電場現(xiàn)場的信號干擾元素較多，容易影響紅外熱圖像的測量效果，導致溫度值計算出現(xiàn)偏差，因此，需要采取適當?shù)目刂剖侄?，進一步強化效果處理質(zhì)量。例如，在使用電荷耦合元件獲取監(jiān)控視頻信息后，可借助平滑、增強處理等算法實現(xiàn)去噪處理，提高圖像的清晰度與識別率，通過濾波算法，準確定位熱缺陷位置，并發(fā)出定位信息與報警信號。而在數(shù)據(jù)整理方面，則可利用神經(jīng)網(wǎng)元實現(xiàn)圖像的融合計算，以此充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的應用價值。

3.3 視覺導航技術(shù)

視覺導航技術(shù)是將變電站巡視設(shè)備安置在設(shè)計好的路徑范圍內(nèi)，借助設(shè)備系統(tǒng)中的移動攝像機或者電荷耦合元件，進行道路視頻圖像的拍攝與提取，之后，完成相關(guān)路徑的識別處理，并引導控制裝置依照既定規(guī)劃路徑行駛，從而完成巡視任務。視覺導航技術(shù)可以通過傳感器感知周邊環(huán)境的信息，能夠利用背景差法、光流法、邊提取、貪婪算法進行特征狀態(tài)的分析，借助卡爾曼濾波、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全景圖像的分析，將圖像變量添加到控制當中。視覺導航技術(shù)的優(yōu)勢在于可以依靠視覺提供的信息與GPS、慣性導航等數(shù)據(jù)有效融合，進一步提高導航精度，且攝像裝置善于捕捉運動信息，因此具有極強的抗干擾性，不僅可以完成圖像的去噪、二值化處理，準確保留邊緣信息，還能將圖像放置在序列中進行特征匹配。

為了確保智能巡視效果優(yōu)良，在運用視覺導航技術(shù)時，可與模糊邏輯進行適當融合，這樣即便是在光照強度較高的環(huán)境也能實現(xiàn)準確導航。首先，要在變電站現(xiàn)場預先規(guī)劃好巡視線路，并設(shè)置導引線，之后，借助電荷耦合元件采集視頻圖像信息，圍繞相關(guān)圖像數(shù)據(jù)進行色彩分割與處理。其次，要使用濾波算法去除圖像干擾，使用B 樣條曲面擬合算法檢測導引線。最后，利用模糊邏輯算法，引導巡視設(shè)備自動完成導引線跟蹤，依照不斷變化的視覺導航信息，完成設(shè)備的運動狀態(tài)調(diào)整，確保巡視工作有序開展。

3.4 路徑規(guī)劃技術(shù)

路徑規(guī)劃技術(shù)的作用在于合理規(guī)劃巡視設(shè)備的運動路徑，以地圖信息及任務數(shù)據(jù)作為參考標準，設(shè)計出最優(yōu)引導路線，減少巡視距離、降低爬坡轉(zhuǎn)彎次數(shù)，能夠準確向設(shè)備發(fā)出操作指令，保證設(shè)備穩(wěn)定行駛。路徑規(guī)劃技術(shù)在應用過程中，需要借助模擬退火算法、模糊邏輯算法、圖形學算法、智能仿生學算法，用以解決離散區(qū)域范圍內(nèi)的遍歷式最優(yōu)路徑、最短路徑規(guī)劃等問題。該技術(shù)在變電場現(xiàn)場的應用步驟可分為以下3點：一是進行環(huán)境建模，打造一個能夠便于計算機完成路徑規(guī)劃的環(huán)境模型，運用抽象算法，將實際物理空間轉(zhuǎn)換為抽象空間，并實現(xiàn)彼此的映射；二是路徑搜索，是指在建立環(huán)境模型的基礎(chǔ)上尋找行走路徑，使預定性能函數(shù)可以取得最優(yōu)值；三是路徑平滑，是指利用相關(guān)算法找出一條運動體能夠行走的路徑，并進一步采取預處理與平滑操作，確保路徑的可靠性。

3.5 無人巡視技術(shù)

變電站智能巡視技術(shù)的應用目標即是實現(xiàn)無人巡視，進一步解放工作人員的工作壓力，提高巡視效果與精確性。因此，為了上述智能巡視技術(shù)得到有效運用，需要根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境特征選取適合的無人巡視設(shè)備，完成變電站內(nèi)設(shè)備外觀、狀態(tài)的準確識別，提高局部放電、溫度變化的檢測效率，并規(guī)劃好巡視周期。例如：在高壓場地，可配置輪式巡視機器人，并配置視頻與熱成像系統(tǒng)，搭載雙鏡頭攝像裝置，以此完成高壓場地開關(guān)、避雷器、導線等裝置的外觀、溫度、位置的信息識別；在繼保室及高壓室，則可配置掛軌巡視機器人，實現(xiàn)保護裝置的燈光、壓板、發(fā)熱等信息的自動識別；在狹窄區(qū)域，需使用機器蜘蛛，該裝置配有仿生觸角，可以準確探測地形與障礙，且機器蜘蛛體積極小，直立高度僅為18cm；在高空避雷針出現(xiàn)銹蝕的情況下，可使用站內(nèi)無人機替代運行人員進行巡視，并保證設(shè)備具備可見光、紅外探頭，能夠進行可見光視頻的錄制與傳輸，準確識別表計讀數(shù)與刀閘位置，并對過熱狀態(tài)進行報警，同時，無人機還要具備定位及聲音識別功能，能夠完成設(shè)備異響識別，進行巡視數(shù)據(jù)的記錄。

為了更好地提高無人機巡視效果，保證變電站電力系統(tǒng)的安全可靠，還需要從以下幾方面進行優(yōu)化處理。

一是豐富無人設(shè)備的搭載系統(tǒng)，加強設(shè)備工作狀態(tài)與物理變量的監(jiān)測效果，幫助維修人員了解維修時機。例如：圖像檢測系統(tǒng)可以搭載在攝影裝置中，將不同位置的圖像數(shù)據(jù)傳送到主控室，用以輔助設(shè)備服務器借助視頻編碼裝置完成圖像處理，并顯示在顯示屏上；智慧消防系統(tǒng)需要設(shè)置在探查裝置當中，用以第一時間發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的火災事故，并及時發(fā)出報警信號，達到降低火災影響的目的；環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是指借助溫度傳感器、濕度傳感器、PM測量設(shè)備，第一時間掌握變電站環(huán)境，進一步提高工作效率，通過安裝多個環(huán)境監(jiān)測點，滿足變電站環(huán)境監(jiān)測需求，并在設(shè)備室配備處理單元。

二是實現(xiàn)技術(shù)改造。一方面要進行硬件改造，完成移動機器人性能的升級與固定視頻監(jiān)控的配置優(yōu)化，為移動機器人搭載激光雷達、高清鏡頭及圖像識別算法，使移動機器人可以完成自動避障、路線定位、儀表設(shè)備的檢查及聲音識別。而對于固定視頻監(jiān)控，則要配備紅外測溫及圖像識別功能，利用數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)，將監(jiān)測信息上傳到指揮中心，實現(xiàn)交叉覆蓋巡視，進一步提高巡視范圍，并采用布置監(jiān)控云臺的方式，為移動機器人配備高清識別鏡頭，確保變電站識別能夠得到全方位監(jiān)控。另一方面要做好軟件改造，不僅要拓展終端數(shù)據(jù)內(nèi)容，將可見光、紅外線等圖像圖片包含在內(nèi)，及時收集傳感器監(jiān)測到的聲譜頻譜等信息，還要做好數(shù)字化傳輸設(shè)備的數(shù)據(jù)獲取，并保證變電站接口數(shù)據(jù)格式規(guī)范統(tǒng)一。

4 變電站智能巡視技術(shù)的應用價值

變電站智能巡視技術(shù)需要以巡視數(shù)據(jù)庫及巡視管理系統(tǒng)作為應用基礎(chǔ)，能夠集位置編碼、通信技術(shù)、信息處理等先進的軟件技術(shù)與硬件設(shè)備于一身。通過設(shè)計科學、合理的巡視線路為巡視設(shè)備規(guī)劃行駛路線，提高巡檢效率，之后，通過傳輸適配器，將巡視指令傳遞給巡視裝置，并在巡檢完成后將信息返回至計算機，以供管理人員進行分析使用，這樣不僅可以保證變電運行的安全性與穩(wěn)定性，也能降低電力系統(tǒng)的能量損耗，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的進一步增長。同時，變電站智能巡視系統(tǒng)的設(shè)計更加人性化與智能化，可以完成快捷選取與手寫輸入，這樣即便作業(yè)人員的技術(shù)水平有限，也能迅速掌握系統(tǒng)的使用方法。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對變電站智能巡視技術(shù)實施必要性進行分析討論，闡述變電站智能巡視系統(tǒng)設(shè)計方法，并提出RFID技術(shù)、紅外熱圖像技術(shù)、視覺導航技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、無人巡視技術(shù)等變電站智能巡視過程中使用的巡檢方法，以此提高巡視效率與質(zhì)量，確保變電站設(shè)備的運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)得到及時反饋，幫助后續(xù)維修人員做好故障處理工作，促進變電站設(shè)備管理水平的大幅度提升，推動電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。