一種變電站智能聯(lián)合巡檢系統(tǒng)

吳俊杰

（國網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361006）

傳統(tǒng)的變電站巡檢方式為運(yùn)維人員驅(qū)車到目標(biāo)地之后，在變電站設(shè)備下方巡視通道上用望遠(yuǎn)鏡或紅外測(cè)溫儀實(shí)施檢測(cè)，巡檢費(fèi)時(shí)費(fèi)力，智能化、數(shù)字化水平較低，巡檢耗時(shí)長，效率低；且設(shè)備區(qū)上方常存在巡視“死角、盲區(qū)”，人工巡視也存在故障異常響應(yīng)速度慢等問題。針對(duì)人工巡檢的痛點(diǎn)難點(diǎn)，通過在變電站配置高清視頻、機(jī)器人、無人機(jī)3 類智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建變電站智能巡檢系統(tǒng)，提升設(shè)備巡檢智能化和數(shù)字化水平[1]。

1 系統(tǒng)組成

變電站智能聯(lián)合巡檢系統(tǒng)由高清視頻、機(jī)器人、無人機(jī)等前端感知設(shè)備和變電站站端智能巡視主機(jī)組成，各變電站立體聯(lián)合巡檢系統(tǒng)統(tǒng)一接入智能巡檢管理服務(wù)器，在智能巡檢管理服務(wù)器中部署遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)并與PMS 系統(tǒng)和智能分析主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，運(yùn)維人員可遠(yuǎn)程下發(fā)巡檢任務(wù)，靈活調(diào)用各變電站前端感知設(shè)備實(shí)現(xiàn)立體聯(lián)合巡檢[2]。智能聯(lián)合巡檢系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 智能聯(lián)合巡檢系統(tǒng)組成

在變電站聯(lián)合巡檢中高清視頻重點(diǎn)對(duì)觀測(cè)目標(biāo)間隔的中、低處區(qū)域設(shè)備外觀進(jìn)行巡檢，自動(dòng)進(jìn)行開關(guān)刀閘位置、表計(jì)油位示數(shù)識(shí)別，自動(dòng)判別飄浮物、鳥巢等異物。每個(gè)點(diǎn)位的拍照?qǐng)D譜和識(shí)別結(jié)果可以實(shí)時(shí)推送上窗，并對(duì)異常識(shí)別結(jié)果進(jìn)行告警。

變電站內(nèi)機(jī)器人主要負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備區(qū)各點(diǎn)位進(jìn)行紅外測(cè)溫，同時(shí)補(bǔ)充高清視頻的盲區(qū)并對(duì)拍攝效果不佳的表計(jì)、油位、設(shè)備外觀等進(jìn)行補(bǔ)充拍攝。巡檢過程中機(jī)器人同樣采用可見光和紅外雙鏡頭進(jìn)行巡檢，并對(duì)所采集的巡視圖片和紅外圖譜溫度進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別。機(jī)器人紅外成像功能也較為成熟，巡檢過程中紅外成像的溫寬可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，畫面可自動(dòng)呈現(xiàn)最高溫、最低溫和平均溫度，圖片傳至后臺(tái)可自動(dòng)對(duì)拍攝部位進(jìn)行框圖并自動(dòng)讀取紅外溫度。

無人機(jī)的角色主要是補(bǔ)充高清視頻和機(jī)器人的可見光巡視和紅外測(cè)溫盲區(qū)，完成變電站內(nèi)目標(biāo)間隔的中高處設(shè)備部件自主巡檢，重點(diǎn)包括高處引線接頭、絕緣子、門型構(gòu)架、半高層設(shè)備、主變頂部等站內(nèi)設(shè)備和建筑物[3]。

原3 類前端感知設(shè)備分屬3 個(gè)獨(dú)立平臺(tái)管理控制，通過系統(tǒng)資源整合，目前3 類遠(yuǎn)程智能巡視設(shè)備均已接入智能巡視管理服務(wù)器中部署的遠(yuǎn)程巡視系統(tǒng)。通過遠(yuǎn)程巡視系統(tǒng)調(diào)用變電站內(nèi)不同的前端感知設(shè)備進(jìn)行聯(lián)合巡檢，也實(shí)現(xiàn)了與PMS 系統(tǒng)的雙向貫通。巡視過程中可以實(shí)時(shí)查看3 類智能巡視設(shè)備各自的巡視進(jìn)度，每個(gè)點(diǎn)位的巡視結(jié)果可實(shí)時(shí)推送上窗，當(dāng)巡視點(diǎn)位異常時(shí)可對(duì)異常實(shí)時(shí)查看，人工進(jìn)行確認(rèn)。

2 智能聯(lián)合巡檢策略

為提升智能聯(lián)合巡檢實(shí)用化程度，依據(jù)國家電網(wǎng)（運(yùn)檢/3）828—2017《國家電網(wǎng)公司變電運(yùn)維管理規(guī)定（試行）》規(guī)程規(guī)定，結(jié)合設(shè)備運(yùn)維實(shí)際，將設(shè)備巡視需求分為3 個(gè)類別，具體如下。

設(shè)備巡視需求類別Ⅰ類（以下簡(jiǎn)稱Ⅰ類）：即設(shè)備異常風(fēng)險(xiǎn)性大、設(shè)備巡視需求高的設(shè)備。設(shè)備Ⅰ類點(diǎn)位列入每次例行巡視，機(jī)器巡檢失敗，應(yīng)由人工確認(rèn)（優(yōu)先通過遠(yuǎn)程方式確認(rèn)）。

設(shè)備巡視需求類別Ⅱ類（以下簡(jiǎn)稱Ⅱ類）：即設(shè)備突發(fā)異?？赡苄缘?、異常風(fēng)險(xiǎn)性低，可采用差異化巡檢周期，但須在特定時(shí)段開展專項(xiàng)巡視的設(shè)備。設(shè)備Ⅱ類點(diǎn)位在技術(shù)條件滿足的情況下開展專項(xiàng)巡視，不列入例行巡視要求，機(jī)器巡檢盲區(qū)或巡檢失敗點(diǎn)位，可由下次人工巡視時(shí)確認(rèn)。

設(shè)備巡視需求類別Ⅲ類（以下簡(jiǎn)稱Ⅲ類）：即設(shè)備異常發(fā)展可能性低或具備其他遠(yuǎn)方評(píng)價(jià)手段，可采用差異化巡視周期的設(shè)備。設(shè)備Ⅲ類點(diǎn)位智能巡視不做要求，由人工巡視時(shí)確認(rèn)。

對(duì)于Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類巡視點(diǎn)位，變電站內(nèi)Ⅰ類巡視點(diǎn)位應(yīng)滿足100%巡視覆蓋；Ⅱ類巡視點(diǎn)位也應(yīng)滿足100%巡視覆蓋，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)部分Ⅱ類巡視點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整；Ⅲ類巡視點(diǎn)位在符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況下應(yīng)滿足最大化巡視覆蓋。

為滿足巡視點(diǎn)位覆蓋區(qū)要求，智能聯(lián)合巡檢點(diǎn)位設(shè)置綜合考慮設(shè)備類型、巡視類型、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和道路布置方式等因素，滿足室內(nèi)外一次設(shè)備、二次設(shè)備及輔助設(shè)施巡視全覆蓋要求，包括設(shè)備外觀、表計(jì)、狀態(tài)指示、變壓器（電抗器）聲音、二次屏柜、設(shè)備及接頭測(cè)溫、變電站周界、出入口、主控室、蓄電池室、保護(hù)室、消防室、電纜層等。

依托智能聯(lián)合巡檢系統(tǒng)配備的3 類巡視點(diǎn)位，運(yùn)維人員可根據(jù)不同巡視類別、不同巡視對(duì)象合理選擇巡視點(diǎn)位，配置智能聯(lián)合巡檢方案，巡檢方案包括例行巡視、專項(xiàng)巡視（充油設(shè)備巡視、SF6設(shè)備抄表專項(xiàng)巡視等）、特殊巡視（惡劣天氣前后特巡、重要間隔保電特巡等）。

變電站各類智能聯(lián)合巡檢方案總體遵循“機(jī)巡為主、人巡為輔”的原則，考慮機(jī)器巡視各類終端（機(jī)器人、無人機(jī)、高清視頻）特性，如天氣適應(yīng)性、續(xù)航能力、配屬攝像頭功能特性、自身工作穩(wěn)定性、對(duì)運(yùn)行設(shè)備安全影響等。聯(lián)合巡檢系統(tǒng)總體要求為：

惡劣天氣減少機(jī)器人參與巡視頻率，杜絕無人機(jī)參與巡視，夜間巡視應(yīng)盡量減少無人機(jī)巡視；

紅外測(cè)溫以機(jī)器人巡視為主，無人機(jī)為輔；

常規(guī)可見光巡視以高清視頻為主，無人機(jī)、機(jī)器人為輔；

主變區(qū)域、站內(nèi)高處架構(gòu)、一次設(shè)備頂端、站內(nèi)高視角全景巡視等以無人機(jī)為主（具體以各電壓等級(jí)變電站實(shí)際情況而定）；

高清視頻、機(jī)器人巡視按點(diǎn)位匹配，無人機(jī)巡視按完整或部分區(qū)域做連貫匹配；

有條件的變電站，應(yīng)適當(dāng)考慮重點(diǎn)部分巡視同時(shí)匹配一主一備2 種機(jī)巡點(diǎn)位作為互補(bǔ)，互補(bǔ)原則為視頻系統(tǒng)>機(jī)器人>無人機(jī)；

各站須根據(jù)實(shí)際情況，梳理機(jī)巡盲區(qū)，并具體明確人工巡視具體補(bǔ)充點(diǎn)位；

為了最大限度地實(shí)現(xiàn)機(jī)巡，減少人工巡視工作量，人機(jī)協(xié)同巡視應(yīng)遵循人工巡視應(yīng)在機(jī)巡任務(wù)完成后啟動(dòng)開展的原則，人工巡視內(nèi)容及點(diǎn)位應(yīng)包括機(jī)巡盲區(qū)、機(jī)巡異常點(diǎn)位、機(jī)巡缺陷及告警復(fù)核等。

3 應(yīng)用成效

3.1 變電站巡視由人工巡視向機(jī)器巡檢方式改變

運(yùn)檢隊(duì)伍面臨總量缺員和結(jié)構(gòu)性缺員并存的嚴(yán)峻形勢(shì)，人員老齡化嚴(yán)重，設(shè)備規(guī)模持續(xù)增長與巡檢人員相對(duì)不足之間的矛盾日益突出；傳統(tǒng)人工巡檢作業(yè)受地形條件、環(huán)境因素、人員素質(zhì)等多方面因素制約，存在巡檢效率低、巡視范圍不全面等問題。通過變電站智能聯(lián)合巡檢替代目前人工例行巡視、特殊巡視，改變以人工巡檢為主的電網(wǎng)運(yùn)檢模式，這樣運(yùn)維人員可將更多精力投入到現(xiàn)場(chǎng)安全管控、精益運(yùn)維、分析診斷等全業(yè)務(wù)核心班組建設(shè)工作中，也緩解了設(shè)備規(guī)模持續(xù)增長與巡檢人員相對(duì)不足之間的矛盾。

3.2 提升變電站巡視效率

傳統(tǒng)的變電站巡視流程為運(yùn)維人員驅(qū)車到達(dá)變電站后在變電站設(shè)備下方巡視通道上利用人眼、望遠(yuǎn)鏡或紅外測(cè)溫儀實(shí)施檢測(cè)，巡視結(jié)束后回到主站進(jìn)行巡視記錄登記、缺陷填報(bào)，實(shí)現(xiàn)巡視流程閉環(huán)。整個(gè)巡視流程復(fù)雜、耗時(shí)長，利用變電站智能聯(lián)合巡檢，不僅可節(jié)約人員來回路程，還能同時(shí)調(diào)用多個(gè)高清攝像頭、機(jī)器人和無人機(jī)對(duì)不同設(shè)備同時(shí)開展巡視，巡視效率得到顯著提升。從2022 年9 月開始，廈門供電公司利用變電站立體聯(lián)合巡檢進(jìn)行變電站例行巡視，統(tǒng)計(jì)表明，220 kV 變電站的巡視時(shí)間由原來人工巡視123 min 下降到43 min，節(jié)省時(shí)間80 min；110 kV 變電站的巡視時(shí)間由原來人工巡視72 min 下降到27 min，節(jié)省時(shí)間45 min。

3.3 避免人工巡檢盲區(qū)

人工巡檢時(shí)人員主要在巡視通道上對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，受限于檢測(cè)距離、角度等因素，人工巡檢時(shí)對(duì)于部分設(shè)備部件常存在“死角、盲區(qū)”，特別是變電站上方主變附屬平臺(tái)、半高層設(shè)備、龍門架懸式絕緣子等高處設(shè)備。變電站立體聯(lián)合巡檢可調(diào)用無人機(jī)針對(duì)人工、機(jī)器人等地面巡視手段無法檢測(cè)清楚的點(diǎn)位檢測(cè)，立體聯(lián)合巡檢還能針對(duì)地面巡視薄弱點(diǎn)開展避雷針、絕緣子、半高層等站內(nèi)高處設(shè)備頂部周期性巡視和紅外測(cè)溫等。

3.4 打破系統(tǒng)壁壘，實(shí)現(xiàn)巡視全流程數(shù)據(jù)貫通

高清攝像頭、機(jī)器人、無人機(jī)3 類智能巡視設(shè)備原先都有各自的一套巡檢系統(tǒng)，PMS 系統(tǒng)與高清攝像頭、機(jī)器人、無人機(jī)這3 類智能巡視系統(tǒng)存在技術(shù)壁壘，系統(tǒng)之間各自為戰(zhàn)，巡檢效率低。變電站智能聯(lián)合巡檢系統(tǒng)引入智能巡視管理服務(wù)器作為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，實(shí)現(xiàn)與PMS 系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)貫通，3類智能巡視通過局域網(wǎng)交換機(jī)接入遠(yuǎn)程智能巡視主機(jī)。智能聯(lián)合巡檢體系實(shí)現(xiàn)PMS 系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、無人機(jī)系統(tǒng)多系統(tǒng)橫向數(shù)據(jù)貫通，具備變電站智能巡視任務(wù)全流程閉環(huán)管控能力，如圖2 所示。

圖2 巡視全流程數(shù)據(jù)貫通

3.5 構(gòu)建圖像樣本庫，提升圖像識(shí)別率

原變電站圖像智能識(shí)別率較低，通過搭建圖像分析服務(wù)器收集各變電站巡視可見光和紅外測(cè)溫圖譜，構(gòu)建圖像樣本庫，不斷迭代智能識(shí)別算法，提高設(shè)備缺陷等識(shí)別精度和研判水平，提升智能識(shí)別準(zhǔn)確率。對(duì)于變電站內(nèi)油位、SF6表計(jì)等識(shí)別率低的點(diǎn)位可配置多機(jī)型同時(shí)巡檢進(jìn)行非同源冗余識(shí)別。目前，變電站內(nèi)巡檢設(shè)備整體的圖像識(shí)別率由原來的50%提升至80%以上，鳥窩、飄浮物、外觀損壞、滲漏油等設(shè)備外觀缺陷識(shí)別準(zhǔn)確率90%以上，如圖3 所示。

3.6 提升變電站設(shè)備巡視覆蓋率

原變電站智能巡視系統(tǒng)通常只采用高清攝像頭進(jìn)行巡檢，受高清攝像頭安裝數(shù)量、位置的影響，變電站內(nèi)Ⅰ類點(diǎn)位及部分重要的Ⅱ類無法智能巡檢全覆蓋。為提升變電站內(nèi)智能巡檢覆蓋面，智能聯(lián)合巡檢配置高清攝像頭、機(jī)器人和無人機(jī)3 類智能巡視設(shè)備，通過可見光和紅外2 類傳感器，對(duì)變電站Ⅰ類及部分Ⅱ類重要巡視點(diǎn)位能實(shí)現(xiàn)非同源冗余巡視進(jìn)行多角度覆蓋，提升巡視點(diǎn)位識(shí)別精準(zhǔn)度。目前廈門供電公司立體聯(lián)合巡視系統(tǒng)均能實(shí)現(xiàn)Ⅰ類100%覆蓋，Ⅱ類點(diǎn)位80%覆蓋。運(yùn)維人員可根據(jù)站內(nèi)高清攝像頭、機(jī)器人、無人機(jī)的不同拍攝特點(diǎn)，明確各系統(tǒng)的巡檢優(yōu)勢(shì)和巡檢盲區(qū)，建立變電站設(shè)備巡視點(diǎn)位表。在有重疊的巡視區(qū)域，則按照高清攝像頭、機(jī)器人、無人機(jī)的優(yōu)先順序配置點(diǎn)位，形成高效、智能的巡檢方案。

4 結(jié)束語

變電站智能聯(lián)合巡檢是未來變電站的發(fā)展方向，利用變電站智能聯(lián)合巡檢系統(tǒng)開展巡視，能大大縮短巡檢時(shí)間，提高巡檢效率，減少人工成本，提高現(xiàn)場(chǎng)工作安全性、供電可靠性，切實(shí)保證現(xiàn)場(chǎng)工作安全可靠，提升供電服務(wù)質(zhì)量和公司形象，具有良好的社會(huì)效益。