基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司信息通信分公司，杭州 310000）

0 引言

當(dāng)前國(guó)內(nèi)變電站設(shè)備巡檢作業(yè)大多數(shù)為人工巡檢，此種巡檢方式勞動(dòng)強(qiáng)度較大，且容易受到環(huán)境的影響、巡檢結(jié)果主觀性過(guò)強(qiáng)[1～3]。在國(guó)家電網(wǎng)致力于構(gòu)建智能化變電站的環(huán)境下，傳統(tǒng)的巡檢方式已經(jīng)不能滿足變電站日常運(yùn)維管理的需求。為此，設(shè)計(jì)一個(gè)智能化巡檢系統(tǒng)成為了當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

沈鑫[4]等人提出并設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用匯聚網(wǎng)絡(luò)流量控制和通信流重定向?qū)崿F(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題的解決，并提出異構(gòu)雙網(wǎng)雙通道構(gòu)建方式，提升通信網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性能，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)以及資產(chǎn)巡檢之間的有效結(jié)合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，但不具備較高的查準(zhǔn)率，即設(shè)備故障巡檢準(zhǔn)確性較差。莊園[5]等人提出并設(shè)計(jì)基于3D末端路徑自學(xué)習(xí)導(dǎo)航的電力巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用對(duì)當(dāng)前電力設(shè)備巡檢體系的分析，提出利用三維路徑模型設(shè)計(jì)電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)。模擬結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜度較低，但不適用于大規(guī)模巡檢中，設(shè)備故障警報(bào)的實(shí)時(shí)性較差。

為解決變電站設(shè)備巡檢相關(guān)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，提出并設(shè)計(jì)基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)。

1 基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)框架

基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)框架

圖1中，變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)處理體系，主要是完成變電站設(shè)備穩(wěn)定安全運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息之間的融合，并按照所得大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)規(guī)范建模，利用歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建知識(shí)庫(kù)，構(gòu)成可以應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件的專(zhuān)家體系。圖中的通信端、變電站數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)攝像單元、環(huán)境采集等模塊均可在變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的相互傳遞，為巡檢集控中心管理人員的高效管理提供支撐。

以下為基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)中的軟硬件設(shè)計(jì)。

2 變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.1 巡檢任務(wù)管理單元

變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)中的巡檢任務(wù)管理單元中包含對(duì)應(yīng)任務(wù)新建和保存以及刪除等功能，還可以實(shí)現(xiàn)人工下達(dá)指令以及定時(shí)運(yùn)行等功能。該單元可以在人機(jī)交互界面對(duì)巡檢任務(wù)進(jìn)行新建與刪除，操作人員能夠自主對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)[6,7]。對(duì)于巡檢任務(wù)的開(kāi)展，主要是以某次巡檢工作的主要性質(zhì)為指導(dǎo)中心，基站在獲取相應(yīng)反饋之后，開(kāi)始進(jìn)行相應(yīng)工作任務(wù)。

2.2 圖像監(jiān)控單元

變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)的圖像監(jiān)控單元屬于功能類(lèi)，其主要功能示意圖如圖2所示。

圖2 圖像監(jiān)控單元示意圖

圖2中，由可見(jiàn)光攝像機(jī)和紅外攝像儀組成的模塊是變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)中的圖像監(jiān)控單元，其中可見(jiàn)光攝像機(jī)從本質(zhì)而言，可以封裝視頻服務(wù)設(shè)備，系統(tǒng)輸出的模擬視頻均能夠通過(guò)該設(shè)備實(shí)現(xiàn)。通過(guò)紅外攝像儀對(duì)變電站中各個(gè)設(shè)備的各種信息進(jìn)行無(wú)損采集，兩者相互結(jié)合能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控變電站設(shè)備運(yùn)行，以提升變電站設(shè)備智能化巡檢的查全率和查準(zhǔn)率。

2.3 大數(shù)據(jù)平臺(tái)

大數(shù)據(jù)平臺(tái)作為變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)部分，其將時(shí)間、天氣和地質(zhì)等非電氣量數(shù)據(jù)信息與變電站設(shè)備的狀態(tài)、繼電維護(hù)等站端檢測(cè)數(shù)據(jù)相互結(jié)合[8]，以快速、精確地將變電站設(shè)備故障檢測(cè)出來(lái)，并發(fā)出安全預(yù)警，盡可能地對(duì)變電站設(shè)備的安全運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)。

在基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來(lái)源為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和時(shí)間與天氣等信息數(shù)據(jù)，在此可將變電站設(shè)備巡檢系統(tǒng)中數(shù)據(jù)集成的數(shù)據(jù)流劃分為若干類(lèi)別[9,10]。

3 變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

綜合上述基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢硬件設(shè)計(jì)，得到的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程如圖3所示。

圖3 變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程

圖3的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程中，系統(tǒng)初始化階段，系統(tǒng)各個(gè)單元模塊處于準(zhǔn)備狀態(tài)。對(duì)變電站設(shè)備歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并初始化巡檢任務(wù)管理單元和圖像監(jiān)控單元，將所得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。連接站端監(jiān)控體系和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，使兩個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通，大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行建模、挖掘和分析，并判斷變電站設(shè)備是否存在風(fēng)險(xiǎn)，如果結(jié)果為是，則發(fā)出警報(bào)；如果為否，則迭代上述過(guò)程。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

以驗(yàn)證基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)性能為目的，進(jìn)行一次相關(guān)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)參考對(duì)象為某省大型變電站。實(shí)驗(yàn)指標(biāo)為：

1）巡檢查全率；

2）巡檢查準(zhǔn)率；

3）巡檢警報(bào)實(shí)時(shí)性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 不同系統(tǒng)查全率對(duì)比

由圖4和圖5可以看出，基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)的查準(zhǔn)率和查全率明顯高于當(dāng)前系統(tǒng)。該系統(tǒng)將可見(jiàn)光攝像機(jī)和紅外攝像儀組成的模塊當(dāng)作變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)中的圖像監(jiān)控單元，兩者的高效結(jié)合可以實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站設(shè)備運(yùn)行，進(jìn)而提升變電站設(shè)備智能化巡檢的查全率和查準(zhǔn)率。

以警報(bào)延遲的長(zhǎng)短驗(yàn)證不同系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。表1中，A代表設(shè)備故障點(diǎn)編號(hào)。B代表基于3D末端路徑自學(xué)習(xí)導(dǎo)航的電力巡檢系統(tǒng)警報(bào)延遲，單位為μs。C代表基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)警報(bào)延遲，單位為μs。

圖5 不同系統(tǒng)查準(zhǔn)率對(duì)比

表1 不同系統(tǒng)警報(bào)延遲對(duì)比

由表1可知，基于3D末端路徑自學(xué)習(xí)導(dǎo)航的電力巡檢系統(tǒng)警報(bào)延遲平均為1.6μs，基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)警報(bào)延遲平均為0.18μs。該結(jié)果表明，所提系統(tǒng)時(shí)效性強(qiáng)，具有可行性。所提系統(tǒng)和當(dāng)前系統(tǒng)在警報(bào)延遲上差距較大的原因?yàn)椋核嵯到y(tǒng)在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中采用了MapReduce分布式計(jì)算形式和實(shí)時(shí)流計(jì)算模式，有效提升了系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)性。又利用Windows底層中的api語(yǔ)音播放函數(shù)實(shí)現(xiàn)警報(bào)功能，進(jìn)一步保障了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

5 結(jié)束語(yǔ)

變電站是電力系統(tǒng)中不可缺失的一部分，針對(duì)變電站設(shè)備智能化巡檢的重要性，提出并設(shè)計(jì)基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電站設(shè)備智能化巡檢系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由站端監(jiān)控體系和變電站設(shè)備數(shù)據(jù)集成、分析體系構(gòu)成，利用軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)性能較為全面，設(shè)備故障查準(zhǔn)率和查全率均較高，且系統(tǒng)延遲短。