智慧變電站聯(lián)合巡檢技術(shù)及其應(yīng)用

戚建宏

摘要： 在信息技術(shù)高速發(fā)展下，變電站設(shè)備結(jié)構(gòu)越加復(fù)雜，對運(yùn)維人員造成不小的影響。當(dāng)下為了達(dá)到變電站運(yùn)維遠(yuǎn)程化、可視化、智能化方面的要 求，需要深化技術(shù)應(yīng)用，提升變電設(shè)備運(yùn)維檢修能力。本文研究分析我國變電站運(yùn)維工作的進(jìn)行情況，研究圖像采集和識別、紅外測溫和診斷、 智能巡檢 和聯(lián)動等技術(shù)，綜合各類技術(shù)建立聯(lián)合巡檢系統(tǒng)，推進(jìn)變電站巡檢工作。

關(guān)鍵詞： 智慧變電站;聯(lián)合巡檢技術(shù)

在電網(wǎng)運(yùn)維檢修業(yè)務(wù)和云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)高速發(fā)展且融? 合的過程中，為變電站運(yùn)維等工作開展提供便利的條件。在此過程中對變? 電站運(yùn)維人員也提出不少要求，運(yùn)維人員應(yīng)該掌握大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)? 網(wǎng)、人工智能等技術(shù)， 滿足運(yùn)維在遠(yuǎn)程化、可視化和智能化等方面的要求。 然而，當(dāng)下發(fā)現(xiàn)變電站在日常使用的技術(shù)眾多，運(yùn)維人員難以結(jié)合實(shí)際情? 況，優(yōu)化運(yùn)維方案，建立實(shí)用化的智能運(yùn)維系統(tǒng)，會對變電站智能運(yùn)維形? 成不小影響。在智慧變電站試點(diǎn)工作進(jìn)行期間，加強(qiáng)新型技術(shù)在變電站運(yùn)? 維方面的應(yīng)用程度，完成機(jī)器人系統(tǒng)、變電站視頻系統(tǒng)、輔助監(jiān)控系統(tǒng)、? 全站三維系統(tǒng)與主設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)的對接工作，實(shí)現(xiàn)自動評估狀態(tài)、自動觸? 發(fā)巡檢、自動生成報告。

一、變電站運(yùn)維發(fā)展現(xiàn)狀

變電站巡檢工作內(nèi)容眾多，在當(dāng)下已經(jīng)出現(xiàn)眾多運(yùn)維系統(tǒng)，比如室外 激光導(dǎo)航機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、變電站輔控系統(tǒng)、三維巡檢系統(tǒng)和室內(nèi)掛軌機(jī) 器人巡檢等系統(tǒng)， 相關(guān)系統(tǒng)分屬的區(qū)域不同，彼此的聯(lián)系比較少，會出現(xiàn) 信息孤島情況。變電站輔控系統(tǒng)內(nèi)部集成環(huán)境監(jiān)測、視頻系統(tǒng)、安全防范 等數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)多方面聯(lián)動;巡檢機(jī)器人在紅外線測溫技術(shù)下，可以自 動監(jiān)測變電站設(shè)備情況，完成以往由人力負(fù)責(zé)跟進(jìn)的部分工作，由此可以 減輕巡檢人員的工作壓力。然而，巡檢機(jī)器人的活動范圍有限，不能在變 電站運(yùn)維階段，全面監(jiān)測工作現(xiàn)場; 我國只有少部分變電站內(nèi)布置三維巡 檢系統(tǒng)，可以通過收集的數(shù)據(jù)建立整座變電站的立體化模型，結(jié)合虛擬現(xiàn) 實(shí)技術(shù)，推進(jìn)變電站巡檢工作。然而，虛擬化巡檢所用的系統(tǒng)和其他系統(tǒng) 關(guān)聯(lián)程度不大，屬于一種被動式巡檢的方式，不能全面有效地監(jiān)控變電站 中的設(shè)備[1]。

二、智慧變電站聯(lián)合巡檢關(guān)鍵技術(shù)

（一）圖像采集技術(shù)

現(xiàn)場畫面采集工作在攝像設(shè)備的輔助下進(jìn)行，能否采集到高清圖片需 要在圖像識別的前提下，分析環(huán)境光線、安裝位置、攝像機(jī)鏡頭、拍攝角 度等因素對圖像采集效果形成的影響。 圖像采集在多種技術(shù)的支持下進(jìn)行， 這是獲得高質(zhì)量圖片的前提。圖像模糊搜索技術(shù)可以消除因攝像機(jī)鏡頭調(diào) 焦形成的機(jī)械誤差，提高圖片內(nèi)容的清晰度;圖像糾偏技術(shù)，可以最大程 度的減小因攝像機(jī)云臺轉(zhuǎn)動形成的誤差; 通過 HDR 可以解決采集圖像欠曝 和過曝的問題，讓圖片的照度處于較在合理的區(qū)間。

（二）圖像識別技術(shù)

圖像預(yù)處理、圖像獲取、圖像特征提取和圖像分類，這些均是傳統(tǒng)圖像識別所用的技術(shù)。當(dāng)下基于深度學(xué)習(xí)的圖像識別技術(shù)，在圖像特征提取 方面擁有較高的準(zhǔn)確度， 基于深度學(xué)習(xí)的圖像識別技術(shù)選擇目標(biāo)檢測算法， 可以強(qiáng)化技術(shù)在圖像內(nèi)容分類和自動學(xué)習(xí)方面的能力， 在多領(lǐng)域圖像處理

方面有良好的效果。

基于Darknet深度學(xué)習(xí)框架的圖像識別技術(shù)，選擇YOLO算法處理數(shù)據(jù)， 確定目標(biāo)檢測問題并在此基礎(chǔ)上重新構(gòu)成一個回歸問題。使用該技術(shù)在圖? 像識別方面擁有較高的精準(zhǔn)度， 同時檢測速度非常快， 比如 GTX1060 顯卡 僅需要 0.02s 便可以完成一張圖片的識別工作;在識別位置方面準(zhǔn)確度較 高， 檢測框和目標(biāo)物框交并比較高; 使用該圖像識別技術(shù)的召回率非常高， 但是技術(shù)在應(yīng)用中應(yīng)該盡量完成全部目標(biāo)的檢測任務(wù)。對于圖像目標(biāo)密集 的情況，位置距離近、物體尺寸小的物體識別精度越高[2]。

（三）紅外測溫技術(shù)和故障診斷技術(shù)

紅外監(jiān)測基于帶電設(shè)備致熱效應(yīng)基礎(chǔ)上進(jìn)行，使用專用設(shè)備收集設(shè)備 表面發(fā)出的紅外輻射信息，整理、分析信息并發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障問題。 紅外熱像儀使用光學(xué)成像物鏡和紅外探測器接受被測目標(biāo)的紅外輻射量， 可以在紅外探測器光敏元件上顯示被測目標(biāo)紅外輻射能量分布圖。熱像儀 掃描檢查對象，可以利用被檢測對象的紅外輻射能量分布圖，快速鎖點(diǎn)設(shè) 備溫度異常部位。有針對的進(jìn)行檢測，提高故障檢測效率，在短時間內(nèi)發(fā) 現(xiàn)問題并處理問題。

故障診斷技術(shù)和紅外測溫技術(shù)相互配合，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障問 題。將設(shè)備正常運(yùn)行時的溫度作為目標(biāo)，和異常點(diǎn)溫度比較。數(shù)據(jù)分析階 段分析設(shè)備周圍的環(huán)境情況， 利用設(shè)備相對溫差分析其是否超出正常區(qū)間， 通過相關(guān)操作判斷設(shè)備是否存在故障問題。

（四）智能巡檢和聯(lián)動技術(shù)

按照預(yù)先設(shè)置的巡檢策略操作， 控制紅外測溫攝像機(jī)、可見光攝像機(jī)、 導(dǎo)軌機(jī)器人、輪式巡檢機(jī)器人、燈光控制器、局放傳感器、噪聲采集器等設(shè)備，在變電站運(yùn)行期間完成功能一次和二次設(shè)備的巡檢工作。

智能聯(lián)動服務(wù)檢測可以自動推理分析、觸發(fā)聯(lián)動邏輯信號后，自動觸 發(fā)相關(guān)模塊，按照聯(lián)動策略執(zhí)行操作。在開關(guān)位置發(fā)生變化后，系統(tǒng)便會 自動按照程序推送視頻畫面，全過程監(jiān)控開關(guān)位置，提高操作動作的規(guī)范 性。

（五）可視展示技術(shù)

傳統(tǒng)監(jiān)控展示方式在表現(xiàn)力、臨場感和真實(shí)感方面存在問題。經(jīng)過優(yōu) 化后的可視展示技術(shù)性能得到極大提升，集合紅外圖譜、實(shí)時視頻、三維模型、音頻回放， 擁有立體可視的展示效果。在可視展示技術(shù)下可以掌握 變電站的運(yùn)行情況，及時發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備存在的問題。使用可視展示技術(shù) 在各類技術(shù)的支持下，可以自動生成巡檢報告，多維度顯示設(shè)備的運(yùn)行情 況，提高運(yùn)維數(shù)據(jù)的直觀性[3]。

（六）綜合診斷技術(shù)

選擇多種手段監(jiān)控變電站內(nèi)部設(shè)備，可以采集站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)圖像、數(shù) 據(jù)、聲音和視頻等信息，整理數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和抽象分類的工作，從 海量的數(shù)據(jù)中找到靈敏度高且具備代表性的設(shè)備，反映站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備的狀 態(tài)特征量，隨后整理相關(guān)數(shù)據(jù)，將其輸入數(shù)據(jù)庫中;找到各類狀態(tài)特征量 間的關(guān)系，建立設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模型，利用模型分析變電站設(shè)備運(yùn)行情況。

在變電站設(shè)備狀態(tài)分析方面，使用特點(diǎn)算法進(jìn)行深度分析，結(jié)合分析 結(jié)果判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。除此之外，利用掌握的數(shù)據(jù)計算電力設(shè)備發(fā)生 故障的概率，專家知識庫還可以針對潛在故障，提供巡檢建議，強(qiáng)化電網(wǎng) 企業(yè)在變電站設(shè)備故障處理方面的能力。

三、聯(lián)合巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用情況

聯(lián)合巡檢系統(tǒng)內(nèi)部包含眾多技術(shù)，應(yīng)用到國網(wǎng)特高壓站、換流站等項(xiàng) 目中，變電站內(nèi)部配置多個軌道式機(jī)器人和攝像頭，使用視頻監(jiān)視手段和 機(jī)器人可以自動推進(jìn)變電站設(shè)備紅外檢測、周期巡視、遠(yuǎn)程設(shè)備特訓(xùn)。在 圖像識別、紅外測溫和診斷等技術(shù)的作用下，可以實(shí)現(xiàn)周期巡視，完成狀 態(tài)自動判別、數(shù)據(jù)自動抄錄、異常狀態(tài)自動報警等操作，替代人力完成大 部分工作。在聯(lián)合巡檢系統(tǒng)運(yùn)行期間，借助巡檢策略高效推進(jìn)設(shè)備異常狀 態(tài)的監(jiān)測等工作， 及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題并進(jìn)行維護(hù)。以某變電站為例， 該變電站共有 780 個巡檢點(diǎn)，利用巡檢優(yōu)化策略在 50min 完成站內(nèi)巡檢點(diǎn) 的巡檢任務(wù)。

單次識別反饋可以反饋較多結(jié)果，圖 1 所示的情況，開關(guān)柜共有 6 個 把手、6 個開關(guān)粉盒指示燈可以識別 14 個結(jié)果， 由此大幅度提升工作效率， 在指示燈、把手、旋鈕等，對圖片細(xì)節(jié)沒有提出過高要求的情況，具備良好的工作效果。

結(jié)語：

智慧變電站聯(lián)合巡檢系統(tǒng)整合全站多源數(shù)據(jù)， 利用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)， 掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，利用音頻分析、圖像識別、人工智能等技術(shù)，聯(lián)合 智能聯(lián)動、巡檢、綜合診斷實(shí)現(xiàn)自動識別、故障自動預(yù)警。通過三維可視 化技術(shù)，整合各類資源，實(shí)現(xiàn)自動巡檢，提高巡檢水平同時，降低巡檢所 有的成本。通過對站內(nèi)各類運(yùn)行、監(jiān)測、巡視等數(shù)據(jù)進(jìn)行識別分析及診斷， 提升設(shè)備監(jiān)控強(qiáng)度和管理細(xì)度，為運(yùn)維人員提供遠(yuǎn)程智能預(yù)警、狀態(tài)跟蹤 分析和應(yīng)急指揮決策，進(jìn)一步提升對設(shè)備遠(yuǎn)程管控能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張煒、梁俊斌、覃劍.基于多智能體的變電站機(jī)器人巡檢遠(yuǎn)程集控系 統(tǒng)[J].電力信息與通信技術(shù)， 2020， 208（12）：13-20.

[2]陳莉珺.變電站智能巡檢應(yīng)用現(xiàn)狀及解決措施[J].低碳世界， 2020， 209 （11） ：150-151.

[3]黨曉婧，劉順桂.變電站巡檢機(jī)器人及配套控制系統(tǒng)的設(shè)計研究[J]. 電子設(shè)計工程， 2020， 444（22）：124-128.