水電廠智能化遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)的實(shí)踐探索及思考

毛 琦，劉 宇

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.五凌電力近尾洲水電廠，湖南 衡陽(yáng) 421127）

隨著智能電廠的逐步推廣，通過先進(jìn)的傳感器測(cè)量裝置及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠生產(chǎn)全方位監(jiān)測(cè)和感知需求也逐步加大。目前國(guó)內(nèi)智能化巡檢在水電廠方面還處于摸索及初步應(yīng)用階段，大部分電廠還是采用工業(yè)電視監(jiān)控及人工定時(shí)定點(diǎn)巡視和信息手工錄入的方式。為有計(jì)劃推進(jìn)智能化巡檢設(shè)備的應(yīng)用，將人工巡檢和信息手工錄入提高到智能巡檢的水平，將使各級(jí)生產(chǎn)維護(hù)人員能夠直觀及時(shí)共享電廠各類設(shè)備的運(yùn)行工況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的異常、缺陷和其它安全隱患，減少現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維巡檢強(qiáng)度，本文從實(shí)際需求角度出發(fā)，闡述智能化巡檢應(yīng)具備的功能和主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段。再以某電廠實(shí)際巡檢情況為例，探討采用人工巡檢模式的電廠推進(jìn)實(shí)現(xiàn)智能巡檢系統(tǒng)主要需努力的方向。

1 智能化巡檢系統(tǒng)的主要功能

1.1 按時(shí)性及精確性

系統(tǒng)保障全天候工作，按照固定巡檢路線，對(duì)固定設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)巡檢，相對(duì)人工按天、按周、按月的定期巡檢方式，巡檢時(shí)長(zhǎng)及效率大幅提升。

1.2 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性及可查詢性

系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集各巡檢設(shè)備環(huán)境參數(shù)，檢測(cè)是否存在漏水、漏油、塵埃數(shù)值、溫濕度、臭氧、SF6、氧氣等參數(shù)的變化，并及時(shí)記錄及存儲(chǔ)。供運(yùn)行人員打印，查詢及分析。系統(tǒng)具備自動(dòng)診斷風(fēng)機(jī)、空調(diào)等環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于運(yùn)行異?，F(xiàn)象提出建議性結(jié)論。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)具備診斷功能

系統(tǒng)根據(jù)采集實(shí)施數(shù)據(jù)自動(dòng)分析電力設(shè)備、機(jī)械設(shè)備以及自然環(huán)境的動(dòng)態(tài)數(shù)值是否處于故障、異常的狀態(tài)，并能快速通知有關(guān)人員，如遇物體燃燒起火、設(shè)備漏水、漏油等現(xiàn)象，自動(dòng)啟動(dòng)聲光設(shè)備并撥打電話進(jìn)行相應(yīng)通知。

1.4 系統(tǒng)對(duì)外通信功能

為滿足智能化電廠對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸性能的要求，系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)外接口，能夠滿足常用TCP/IP、IEC104等常用協(xié)議，具備對(duì)外傳輸數(shù)據(jù)功能

2 智能化巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能化巡檢系統(tǒng)主要包含中央決策系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集單元、報(bào)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)、對(duì)外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等。其主要結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 智能化巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 中央決策系統(tǒng)

中央決策系統(tǒng)主要對(duì)各數(shù)據(jù)采集單元采集的圖像、聲音及各溫濕度、臭氧、SF6、氧氣等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、傳輸。能夠根據(jù)圖像信息判斷現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，是否存在漏水、漏油、起火等情況。能夠根據(jù)溫濕度判斷現(xiàn)場(chǎng)空調(diào)、風(fēng)機(jī)等運(yùn)行狀態(tài)。能夠根據(jù)臭氧、SF6等氣體檢測(cè)數(shù)據(jù)判斷是否存在放電、SF6泄露等情況。

2.2 數(shù)據(jù)采集單元

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集單元主要是采用智能化傳感器、智能機(jī)器人、智能無人機(jī)、工業(yè)電視等方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。

智能無人機(jī)主要進(jìn)行發(fā)電機(jī)主廠房及大壩等開闊地帶巡檢，無人機(jī)需配備紅外攝像頭，具備夜間巡檢能力，通過GPS定位按照規(guī)劃路線進(jìn)行巡檢，具備自動(dòng)啟停功能，帶有無線信號(hào)傳輸功能，能夠自動(dòng)將數(shù)據(jù)傳輸給中央決策系統(tǒng)。

智能機(jī)器人主要巡檢范圍為各設(shè)備控制間隔，巡檢各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及各設(shè)備間隔環(huán)境變量。機(jī)器人應(yīng)具備紅外攝像頭，具備夜間巡檢能力，通過固定導(dǎo)軌按照規(guī)劃路線進(jìn)行巡檢，具備自動(dòng)啟停功能，帶有無線信號(hào)傳輸功能，能夠自動(dòng)將數(shù)據(jù)傳輸給中央決策系統(tǒng)。

其他智能機(jī)器人無法到達(dá)的狹窄空間，如燈泡頭等采用智能傳感器和紅外攝像頭等方式采集環(huán)境數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，通過固定線路將數(shù)據(jù)傳送至中央決策系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元主要功能為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，還包含報(bào)表查詢、打印、數(shù)據(jù)查詢等功能，方便運(yùn)行維護(hù)。

2.4 報(bào)警單元

報(bào)警單元主要功能為在中央決策系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警命令時(shí)，能夠驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警，提醒運(yùn)行人員注意，并具備向特定手機(jī)號(hào)碼發(fā)送報(bào)警短信，撥打報(bào)警電話等功能。

2.5 對(duì)外數(shù)據(jù)傳輸單元

對(duì)外數(shù)據(jù)傳輸單元主要功能為接收中央決策系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，具備對(duì)外接口，能夠?qū)ν獍l(fā)送智能巡檢系統(tǒng)實(shí)施數(shù)據(jù)，滿足智能化電廠建設(shè)要求。

3 某電廠設(shè)備巡檢現(xiàn)狀

某貫流式電廠日常巡檢包含運(yùn)行和專業(yè)組巡檢兩大部分，主要分布于主廠房1～5樓各空間、區(qū)域，包含設(shè)備間、燈泡頭、燈泡體、各廊道、主變場(chǎng)等場(chǎng)所，主要依靠現(xiàn)場(chǎng)人員巡檢的方式開展日常巡檢工作，運(yùn)行人員需對(duì)管轄的設(shè)備進(jìn)行定時(shí)定點(diǎn)巡檢，巡檢工作繁重。為此采用其他技術(shù)手段減少巡檢工作量，并做了以下探索。

3.1 使用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

利用儀器、儀表數(shù)字化改造方式來替代部分現(xiàn)場(chǎng)巡檢項(xiàng)目，使之能通過監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入實(shí)現(xiàn)在線觀測(cè)，表1是相關(guān)應(yīng)用提升的清單。

表1

3.2 變壓器局放監(jiān)測(cè)裝置

變壓器局放監(jiān)測(cè)采用油閥式特高頻局放傳感器，通過變壓器底部的放油閥將局放信號(hào)傳感器裝入變壓器內(nèi)部，傳感器獲取到的信號(hào)通過特高頻電纜接入主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)現(xiàn)地柜內(nèi)的局放監(jiān)測(cè)單元。

圖2 變壓器局部監(jiān)測(cè)裝置

3.3 變壓器套管監(jiān)測(cè)裝置

在對(duì)變壓器套管進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)時(shí)，首先需要在套管末屏抽頭上安裝配套設(shè)計(jì)的末屏適配器，并就近加裝防開路保護(hù)裝置，以便可靠地獲取套管末屏的接地電流信號(hào)。然后通過雙絞屏蔽電纜，把末屏信號(hào)引入主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)現(xiàn)地柜，通過現(xiàn)地柜內(nèi)安裝的套管在線監(jiān)測(cè)單元，準(zhǔn)確獲取套管末屏接地電流信號(hào)的幅度及相位信息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，求得其與同母線PT二次電壓信號(hào)的相位差值和幅度比值，從而獲得該套管的電容量及介損值。

變壓器鐵心及夾件接地電流采用穿心式電流傳感器進(jìn)行取樣，取樣傳感器安裝與鐵心及夾件接地線上，傳感器與主變鐵心監(jiān)測(cè)單元之間采用信號(hào)電纜連接。

圖3 變壓器套管監(jiān)測(cè)裝置

3.4 機(jī)組調(diào)速器油顆粒度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

利用汽輪機(jī)油顆粒度智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)油顆粒度，柜式機(jī)安裝在60米層測(cè)溫屏旁，通過管道與調(diào)速器油系統(tǒng)相連，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至智能決策平臺(tái)。

3.5 GIS局放監(jiān)測(cè)裝置

局放監(jiān)測(cè)技術(shù)采用特高頻檢測(cè)法，通過應(yīng)用寬帶高頻天線（300 MHz～1.5 GHz傳感器）監(jiān)測(cè)GIS內(nèi)部局部放電流激發(fā)的電磁波信號(hào)，從而反應(yīng)GIS內(nèi)部局部放電的類型及位置。

圖4 局部放電位置檢測(cè)原理圖

3.6 GIS SF6在線監(jiān)測(cè)裝置

通過威卡定制的四通閥，實(shí)現(xiàn)能源局要求的免拆卸校驗(yàn)密度繼電器功能，同時(shí)加裝密度溫度微水傳感器，威卡的獨(dú)特設(shè)計(jì)，確保了威卡的微水、密度、溫度、壓力在線監(jiān)測(cè)。無線單元與SF6氣體傳感器之間采用RS485總線通信，無線單元通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至服務(wù)器，再由服務(wù)器傳送至遠(yuǎn)程運(yùn)維平臺(tái)。

3.7 主變低壓側(cè)刀閘無線測(cè)溫裝置

在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：監(jiān)測(cè)主變低壓側(cè)刀閘上、下端A、B、C三相溫度。高壓設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)變送器由三個(gè)功能部分組成：一是感應(yīng)取電；二是溫度測(cè)量；三是數(shù)據(jù)通信。溫度變送器安裝在高壓設(shè)備的被測(cè)點(diǎn)上，采用雙組份導(dǎo)熱導(dǎo)電粘結(jié)劑將變送器底部金屬板粘合在高壓設(shè)備本體上，而溫度傳感器就緊靠著底部金屬板，溫度測(cè)量模塊利用成熟的接觸式測(cè)溫方式測(cè)得高壓設(shè)備被測(cè)點(diǎn)的溫度值。數(shù)據(jù)無線通信模塊負(fù)責(zé)將測(cè)得的溫度值進(jìn)行編碼變換處理后，發(fā)送給溫度監(jiān)控裝置。

圖5 無線測(cè)溫裝置原理圖

3.8 直流系統(tǒng)蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：監(jiān)測(cè)直流蓄電池單體單壓、單體絕緣、內(nèi)阻等數(shù)據(jù)。改造范圍：直流2組蓄電池（每組104個(gè)），監(jiān)控2組UPS蓄電池（每組18個(gè)）在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，并接入遠(yuǎn)程巡檢平臺(tái)。

3.9 電調(diào)在線監(jiān)測(cè)功能開發(fā)

在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：電調(diào)事故追憶曲線、信息一覽表、故障一覽表等接入遠(yuǎn)程巡檢平臺(tái)。

3.10 智能化工業(yè)電視巡檢系統(tǒng)

工業(yè)電視系統(tǒng)增設(shè)電廠遠(yuǎn)程巡檢所需的可視“天網(wǎng)”功能，具備智能分析油、水、氣泄露功能和火焰感知能力，且能對(duì)視頻測(cè)溫實(shí)施收集分析、預(yù)警。將原有視頻攝像頭進(jìn)行改造，全部替換為具有夜視功能高清攝像頭。采集位置分別為GIS室、出線平臺(tái)、主變層及樓道、主廠房及設(shè)備間層、滲漏排水泵房、發(fā)電機(jī)層以及水輪機(jī)操作廊道層。

4 目前智能巡檢應(yīng)用狀況及思考

目前無人巡檢手段多應(yīng)用于電網(wǎng)公司，如利用無人機(jī)巡檢架空線路，智能機(jī)器人巡檢變電站、高壓配電柜等實(shí)例，但經(jīng)過前期調(diào)研及咨詢，無人機(jī)極易受電磁干擾和衛(wèi)星定位信號(hào)制約，現(xiàn)階段機(jī)器人越層巡檢困難等弊端，僅有少部分電廠利用機(jī)器人進(jìn)行局部設(shè)備巡檢，若利用現(xiàn)有手段替代人工巡檢方式，耗費(fèi)人力、物力巨大，且設(shè)備間獨(dú)立陳設(shè)，防火門隔斷，燈泡頭、燈泡體區(qū)域空間狹小，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，且布設(shè)設(shè)備點(diǎn)多面廣，短時(shí)間內(nèi)很難利用無人機(jī)、機(jī)器人巡檢方式全面替代。

為穩(wěn)步推進(jìn)遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)的運(yùn)維試點(diǎn)，對(duì)巡檢內(nèi)容逐項(xiàng)梳理，優(yōu)先考慮通過自動(dòng)化元件改造手段將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入監(jiān)控系統(tǒng)的方式對(duì)部分巡檢內(nèi)容進(jìn)行替代，其次考慮利用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)主機(jī)、主變等設(shè)備的巡檢項(xiàng)目進(jìn)行覆蓋，最后考慮布設(shè)智能化工業(yè)電視系統(tǒng)和少量無人機(jī)、機(jī)器人的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻巡檢，綜合應(yīng)用達(dá)到無人巡檢的目的。

遠(yuǎn)程巡檢技術(shù)的發(fā)展要求電廠管理隨之創(chuàng)新，使技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮更大的作用 。遠(yuǎn)程巡檢管理層應(yīng)從全局觀點(diǎn)出發(fā)，頂層設(shè)計(jì)，做好規(guī)劃，開展嘗試，積極穩(wěn)步地推廣。

切實(shí)加強(qiáng)相關(guān)組織結(jié)構(gòu)，形成有效的建設(shè)工作機(jī)制。保障必要的資金投入，深化智能遠(yuǎn)程巡檢理論與技術(shù)研究，有效推進(jìn)新技術(shù)、新理論在建設(shè)中的實(shí)踐。積極開展電力行業(yè)關(guān)于遠(yuǎn)程巡檢建設(shè)經(jīng)驗(yàn)交流，不斷提升智能感知建設(shè)水平。

新技術(shù)的突破應(yīng)用，要求更新管理觀念，要貫徹管控一體化，電廠常規(guī)、重復(fù)的工作，盡量由機(jī)械、計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成；遠(yuǎn)程巡檢管理過程要注重結(jié)果管理，實(shí)現(xiàn)全過程管控；要把分散、離散的管理，過渡到集中、實(shí)時(shí)管理。

5 結(jié)束語(yǔ)

遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)的建設(shè)涉及電廠的方方面面，是一項(xiàng)綜合性、全局性、長(zhǎng)期性的系統(tǒng)工程。必須切實(shí)加強(qiáng)協(xié)調(diào)，調(diào)動(dòng)包括電廠各方面的積極性、形成強(qiáng)大的工作合力，才能不斷增強(qiáng)建設(shè)的實(shí)效性、高效性，提高智能電廠遠(yuǎn)程巡檢建設(shè)的水平。