江蘇澤宇電力工程有限公司 徐曉晨
為解決傳統(tǒng)巡視系統(tǒng)有效巡視距離短問題,開展基于分層接入技術(shù)的±800kV換流站遠程智能巡視系統(tǒng)研究。通過硬件設(shè)計和基于分層接入技術(shù)部署攝像機點位、換流站遠程智能巡視數(shù)據(jù)收集與反饋等軟件設(shè)計提出一種全新的巡視系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明,新的巡視系統(tǒng)在實際應(yīng)用中能夠?qū)ζ渲車嚯x在20m左右范圍內(nèi)的運行設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測,有效巡視范圍更廣。
通過在某項目換流站建設(shè)±800kV遠程智能巡視系統(tǒng),完善遠程智能巡視系統(tǒng)的自動巡視功能,不僅可以實現(xiàn)對全站各類一次設(shè)備的外觀、儀表和油位巡視的全面覆蓋,同時還可以實現(xiàn)對換流變、閥廳、直流場、交流濾波等核心作業(yè)區(qū)域內(nèi),重點設(shè)備運行溫度、運行情況的實時檢測,此項研究將在很大程度上降低原工作人員的巡視任務(wù)量,并通過遠程智能巡視系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成、分析、告警功能,使內(nèi)部技術(shù)人員及時掌握設(shè)備長期運行狀態(tài),實現(xiàn)對設(shè)備運行故障的高效率檢測與定位,降低由于巡視工作不到位導(dǎo)致的換流站運行不穩(wěn)定問題[1]。為了進一步落實此項工程,在本文的研究中,將參照《國網(wǎng)設(shè)備部關(guān)于開展特高壓換流站遠程智能巡視系統(tǒng)建設(shè)工作的通知》(設(shè)備直流[2019]103號)文件,以Q/GDW 11509—2015變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)及接口規(guī)范、GBJ115-87工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范作為標準,對此系統(tǒng)展開進一步的設(shè)計。
為了確保本文系統(tǒng)在設(shè)計后的穩(wěn)定與可持續(xù)運行,對系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)進行描述,如圖1所示。
系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)一共包含8個部分:接入層、展示層、應(yīng)用層、算法層、中間件層、容器層、基礎(chǔ)資源層以及公共組件。接入層包括攝像機和巡檢機器人,應(yīng)用層為服務(wù)器,其中包括巡檢服務(wù)器,能夠?qū)崿F(xiàn)巡檢功能,智能分析服務(wù)器能夠?qū)崿F(xiàn)外觀和缺陷智能算法識別,算法層為帶邊緣計算功能的智能NVR,網(wǎng)絡(luò)層為交換機、光纜、電纜,公共組件是集成系統(tǒng)硬件的主要區(qū)域,其中與全站巡視區(qū)域相關(guān)的各類型攝像機共86臺,20臺軌道熱成像攝像機和8臺熱成像槍機用于閥廳區(qū)域的監(jiān)控;12臺球機用于1000kV交流濾波器區(qū)域的監(jiān)控;13臺球機用于500kV交流濾波器區(qū)域的監(jiān)控;5臺球機用于直流場區(qū)域的監(jiān)控;12臺球機、16臺熱成像攝像機用于換流變頂部的監(jiān)控;可實現(xiàn)部分區(qū)域的巡視點位覆蓋。
硬盤錄像機主要用于實時統(tǒng)計攝像機在線數(shù)量,采集、儲存和上傳圖片、視頻和紅外測溫等數(shù)據(jù)至智能巡視服務(wù)器[2],快速響應(yīng)智能聯(lián)動策略。新增智能巡視服務(wù)器、圖像智能分析服務(wù)器、工作站以及系統(tǒng)軟件一套,硬盤錄像機14臺,交換機21臺,以及其他相關(guān)聯(lián)通信存儲和信息安全設(shè)備。
換流站遠程智能巡視系統(tǒng)部署在換流站站端,主要由智能巡視服務(wù)器、圖像智能分析服務(wù)器(含算法)、巡視工作站、站控交換機、硬盤錄像機、高清視頻設(shè)備等組成。智能巡視服務(wù)器具備四網(wǎng)口和設(shè)計獨立網(wǎng)段,可與視頻系統(tǒng)接口對接,與視頻系統(tǒng)中的硬盤錄像機接口采用TCP/UDP傳輸協(xié)議,通過獲取攝像機的視頻,實現(xiàn)對攝像機的控制;與換流站數(shù)據(jù)化平臺接口采用TCP協(xié)議傳輸任務(wù)管理、遠程控制、模型同步等指令,視頻傳輸接口遵循Q/GDW 1517.1接口B協(xié)議,文件傳輸接口采用FTPS協(xié)議。
且視頻設(shè)備中,白光高清雙目云臺攝像機能夠滿足滿足設(shè)備區(qū)所有開關(guān)刀閘分合指示、線路PT油位、避雷器儀表、SF6氣體壓力儀表,主變油溫、油位、有載調(diào)壓等儀表的圖像采集,高清球型攝像機用作所有室內(nèi)區(qū)域的安防監(jiān)視需求,儀表攝像機可以對所有儀表進行補充監(jiān)控,硬盤錄像機(NVR)與各類攝像機協(xié)同工作,完成視頻的錄像、存儲及轉(zhuǎn)發(fā)功能。
為了滿足±800kV換流站遠程智能巡視系統(tǒng)軟件功能需求,在此次研究中,可根據(jù)上述系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu),引進分層接入技術(shù),將系統(tǒng)軟件分為基礎(chǔ)資源層(硬件資源),容器Docker(軟件功能模塊化部署和調(diào)用),中間件層(消息隊列和任務(wù)調(diào)度),算法層(實現(xiàn)智能分析),應(yīng)用層(BS架構(gòu)下本地任務(wù)展示和軟件調(diào)用),展示層(分塊展示和大屏展示),公共組件貫穿軟件各層。多種分層使得處理計算資源合理利用,并發(fā)處理巡檢速度更快,數(shù)據(jù)調(diào)用和隊列速度快使得巡檢效率更高。在不同結(jié)構(gòu)中布設(shè)攝像機點位,以此種方式,實現(xiàn)對不同類型信息的獲取。其中接入層Web Api、機器人通道與聯(lián)動信號,在此層中部署攝像機點位,需要綜合考慮換流站內(nèi)設(shè)備的構(gòu)成,在掌握設(shè)備類型及其構(gòu)成后,以此為依據(jù)選擇巡視類型,并考慮現(xiàn)場運作設(shè)備與設(shè)備布置方式等因素對巡視點的影響。與此同時,選擇合理位置,在每個攝像機點位安裝至少一個高清攝像機(紅外測溫巡視點位可加裝紅外熱成像攝像機),以此種方式,確保換流站重點區(qū)域主要設(shè)備全覆蓋[3]。在此過程中,監(jiān)視目標如表1所示。
表1 接入層攝像機點位部署Tab.1 Point deployment of cameras at the access layer
按照上述表1中內(nèi)容,在系統(tǒng)展示層實時視頻流、全景監(jiān)視、智能巡視、智能聯(lián)動;應(yīng)用層ResetControler、WebService、AsyncThread、DispatchService;算法層路由分類、聚類、回歸、預(yù)測、統(tǒng)計、深度學習、模型評估;中間件層流媒體轉(zhuǎn)發(fā)、Redis緩存、RabbitMQ消息隊列、DURID分布式ID生成器、Quartz任務(wù)調(diào)度、Swagger文檔生成器、Token統(tǒng)一令牌;容器層Docker;基礎(chǔ)資源層智能分析主機、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫存儲、智能分析主機、圖形工作站、文件存儲等區(qū)域,分層部署攝像機點位,根據(jù)系統(tǒng)前端需求,調(diào)整接收端數(shù)據(jù)格式,以此完成基于分層接入技術(shù)的攝像機點位部署研究。
在完成對系統(tǒng)攝像機點位的部署后,采用高清視頻及其他功能攝像頭等方式,聯(lián)合采集巡視數(shù)據(jù)。在收集換流站遠程智能巡視數(shù)據(jù)時,系統(tǒng)應(yīng)獲取硬盤錄像機的存儲狀態(tài)信息,包括錄像時長、錄像完整性等;采集機器人的運行信息、任務(wù)執(zhí)行信息、工作狀態(tài)信息;獲取圖中目標設(shè)備的最高溫度信息。
在完成基礎(chǔ)信息的獲取后,通過圖像識別技術(shù)獲取開關(guān)分合、儲能指示、把手位置、壓板投退、指示燈亮滅、空開位置等狀態(tài)信息;通過圖像對比技術(shù)獲取吸濕器變色情況、鳥巢和異物掛搭、構(gòu)架傾斜等設(shè)備外觀異常狀態(tài)信息;通過模版標定實現(xiàn)可見光照片、紅外圖譜中多個設(shè)備的識別分析[4]。在此基礎(chǔ)上,對采集的測溫數(shù)據(jù)進行對比分析,分析方法包括三種,分別為歷史數(shù)據(jù)對比分析;同一點位多角度采集數(shù)據(jù)對比分析;故障位置同類型的設(shè)備對比分析。并利用圖像識別技術(shù),對巡視過程中記錄的紅外圖譜、可見光照片、設(shè)備聲音、表計讀數(shù)等進行智能分析與自動判斷[5]。此外,設(shè)定一個巡視閾值,對設(shè)備巡視信息進行異常越限告警、趨勢分析、異常對比判別等。
對于此過程中超出閾值范圍的信息,系統(tǒng)將自動定位異常運行對應(yīng)的二次設(shè)備,并根據(jù)其運行方式的核對分析,實現(xiàn)巡視結(jié)果的反饋。
本文通過上述論述,完成對基于分層接入技術(shù)的800kV換流站遠程智能巡視系統(tǒng)的理論設(shè)計,為驗證該系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的效果,選擇將該系統(tǒng)與傳統(tǒng)主站與站端布局的巡視系統(tǒng)應(yīng)用到某地區(qū)±800kV換流站全封閉閥廳當中,開展對比實驗,并比較兩種巡視系統(tǒng)的應(yīng)用效果。本文實驗當中的±800kV換流站全封閉閥廳內(nèi)部結(jié)構(gòu)為長82.3m,寬82.31m,高為32.54m的規(guī)則矩形。在該空間環(huán)境當中,設(shè)備的發(fā)熱點最低在距離地面6.5m的高度上,閥廳內(nèi)24臺攝像機,共520個巡檢點位。根據(jù)該換流站全封閉閥廳的安全運行需要,對其各個設(shè)備在運行過程中的狀態(tài)進行實時巡視,對比兩種巡視系統(tǒng)的平均巡檢時間、缺陷檢出率、缺陷誤檢率。具體實驗結(jié)果記錄如表2所示。
表2 兩種巡視系統(tǒng)應(yīng)用效果Tab.2 Application effects of two patrol systems
根據(jù)表2中記錄的兩種巡視系統(tǒng)對比結(jié)果可以看出,傳統(tǒng)巡視系統(tǒng)平均巡檢時間43分鐘,本文提出的巡視系統(tǒng)平均巡檢時間為21分鐘,本文提出的巡視系統(tǒng)缺陷檢出率為88.4%,本文提出的巡視系統(tǒng)缺陷誤檢率為27.5%,相比傳統(tǒng)巡檢系統(tǒng),本文提出的巡視系統(tǒng)巡檢效果增強,實用性進一步提高,同時巡檢效率提高,巡檢速度加快,減少人力投入,提高巡檢精益化水平。因此,通過實驗證明,本文提出的巡視系統(tǒng)應(yīng)用效果更佳。
本文此次研究的智能巡視系統(tǒng)屬于國網(wǎng)江蘇±800kV某項目換流站項目,此項目是我國首個實現(xiàn)分層接入技術(shù)應(yīng)用的直流站。因此,在此次研究中,分別從硬件與軟件兩個方面對系統(tǒng)進行了設(shè)計與規(guī)劃,并在完成設(shè)計后,通過實驗的方式,證明了本文設(shè)計的系統(tǒng)具有更高的實用價值,可滿足換流站在運行過程中,巡視人員對智能巡檢系統(tǒng)的要求。在今后的發(fā)展中,引進5G傳輸方式,進一步降低成本,并解決系統(tǒng)傳輸多采用光纜傳輸和電纜傳輸,成本高,施工難度大的問題。
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