基于無人值守搭建的變電站智能化聯(lián)合巡檢平臺

國網(wǎng)溫州供電公司 谷藝林 鄭昌庭 黃 山 韓 松 王 俊

在變電站的日常運行中，變電站室內(nèi)設備（如開關(guān)柜室、GIS 室、電容器室、繼電保護室）的穩(wěn)定安全運行是保證變電站正常運行的關(guān)鍵因素，需要運行人員準確全面地了解變電站室內(nèi)設備運行狀態(tài)[1-2]。人工檢測的內(nèi)容主要包括測溫、讀表、指示燈、保護壓板位置狀態(tài)等。變電站室內(nèi)設備是設備缺陷的高發(fā)區(qū)，需要運行人員重點巡檢，但是人工巡檢存在著比較大的安全風險；變電站設備檢修布置安全措施時存在誤碰帶電設備的安全隱患，比如在變電站檢修過程中，檢修人員在部分間隔停電過程中面對相鄰帶電間隔僅依靠人工目測安全距離難以獲得精確數(shù)據(jù)，有可能導致檢修人員和機械設備發(fā)生觸電事故[3]。最后還有變電站設備若存在隱蔽缺陷緊靠人工很難發(fā)現(xiàn)，需要借助智能設備才能及時發(fā)現(xiàn)并及時處理才能確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。本文中220kV 磐石變電站引進新的技術(shù)以巡檢機器人、無人機、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等智能感知設備為信息采集主體，兼站內(nèi)原有的其他巡檢設備搭建了一套聯(lián)合巡檢平臺，該聯(lián)合巡檢平臺采用智能圖像分析算法、三維巡視主機、一鍵順控聯(lián)動確認、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、任務管理、巡視監(jiān)控功能、巡視結(jié)果確認、巡視結(jié)果分析、智能聯(lián)動等功能，實現(xiàn)220kV 磐石變電站巡視無人化、全方位可視化管控。

1 智能化聯(lián)合巡檢平臺設計概述

該220kV 磐石變電站智能化聯(lián)合巡檢平臺設計網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如1所示。該智能化聯(lián)合巡檢平臺站端以智能巡檢功能為核心，集成變電站室內(nèi)外機器人、無人機、高清巡檢視頻（原有和新增加）全面監(jiān)測設備運行情況和巡視主機下發(fā)控制、巡視任務等指令。由機器人主機和視頻主機分別控制機器人和攝像機開展室內(nèi)外設備聯(lián)合巡視作業(yè)，將巡視數(shù)據(jù)、采集文件等上送到巡視主機對采集的數(shù)據(jù)進行智能分析形成巡視結(jié)果和巡視報告并及時發(fā)送告警[4]。同時具備實時監(jiān)控和智能聯(lián)動等功能。主站采用大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)對本單位范圍內(nèi)機器人、無人機、視頻監(jiān)控進行管理，并集成轉(zhuǎn)發(fā)至本單位范圍智能設備數(shù)據(jù)和設備運行監(jiān)控數(shù)據(jù)。技術(shù)特點包括以下方面：

設備自動巡視。按照預制巡視路線自主執(zhí)行巡視任務。巡視類型應包括例行巡視、熄燈巡視、特殊巡視、專項巡視、自定義巡視等5類。

設備實時監(jiān)控。實時展示高清視頻和機器人巡視畫面，遠程查看設備運行狀態(tài)、運行環(huán)境、現(xiàn)場人員行為和消防安防狀況。實現(xiàn)遠程智能巡視全覆蓋。

圖1 智能化聯(lián)合巡檢平臺設計網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)智能聯(lián)動。巡視主機接到聯(lián)動信號后，應支持根據(jù)配置的聯(lián)動信號和巡視點位的對應關(guān)系，自動生成巡視任務[5]。

智能判、識別。具備變電站設備狀態(tài)識別和判別功能，可識別設備缺陷、安全風險以及設備運行狀態(tài)。

220kV 磐石變電站智能聯(lián)合巡檢平臺資源分配原則如表1所示。

表1 聯(lián)合巡檢平臺資源分配原則設計體系表

2 智能化聯(lián)合巡檢平臺功能及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 智能圖像分析

通過深度學習圖像識別技術(shù)實現(xiàn)設備外觀缺陷識別。其中智能圖像分析識別缺陷種類表如表2所示。系統(tǒng)擁有海量電力設備樣本庫與典型算法模型庫，在傳統(tǒng)開關(guān)刀閘類、表計類等識別基礎上，實現(xiàn)設備外觀類、人員作業(yè)類、入侵診斷類、煙火感知類等自動識別。通過深度學習訓練平臺，持續(xù)收集誤報漏報樣本，迭代訓練更新算法模型。通過變電設備狀態(tài)實時預警模型、設備缺陷自動分析模型構(gòu)建，實現(xiàn)基于多物理量感知的變電設備缺陷主動預警機制。

表2 智能圖像分析識別缺陷種類表

2.2 實景三維

通過激光點云掃描、實景三維重構(gòu)，實現(xiàn)沉浸、直觀、融合的變電站三維實景智能可視化管控[6]。利用空間視野分析技術(shù)，實現(xiàn)對關(guān)注目標的視頻視野畫面自動匹配、自動聚焦，監(jiān)控人員無需關(guān)注具體攝像機安裝位置，在三維場景（點云場景+全景場景）中通過鼠標點擊想要查看的設備部位目標即可自動打開視頻畫面。

2.3 一鍵順控聯(lián)動確認

通過攝像頭預置位的按序錄入，按序展示畫面并分析識別開關(guān)指示位置。任務啟動后，自動調(diào)動相關(guān)攝像頭對準指示位置，按序展示關(guān)聯(lián)攝像頭畫面，其一鍵順控聯(lián)動攝像頭畫面圖，在人工操作確認后，系統(tǒng)自動分析分合指示、輸出結(jié)果并存檔。

2.4 事故告警錄像

通過對實時視頻流的智能分析，自動捕捉事故位置，輸出告警信號并錄像。實時監(jiān)測并分析畫面中高溫火點、異物闖入等事故信息，告警后自動推送該攝像頭畫面，并自動關(guān)聯(lián)告警點前后5秒錄像。本功能亦支持聯(lián)動周邊監(jiān)控攝像頭，即告警后聯(lián)動周邊攝像頭對準事故位置，并推送其畫面。

2.5 數(shù)據(jù)采集

巡視數(shù)據(jù)采集：采集無人機、四足機器人、巡檢機器人、攝像機等方式聯(lián)合巡視數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括可見光視頻及圖像、紅外圖譜、音頻等。

紅外圖譜數(shù)據(jù)采集：采集設備本體、接頭、套管、引線等重點部位的紅外圖譜數(shù)據(jù)，紅外熱成像攝像機支持框測溫和點測溫。

聲紋監(jiān)測數(shù)據(jù)采集：采集變壓器、電抗器、電壓互感器等一次設備的聲音數(shù)據(jù)。

2.6 數(shù)據(jù)分析

分析對象。對設備本體及附件、運行環(huán)境的智能分析。

分析方式。分析方式包括：支持現(xiàn)場缺陷圖像識別和異常圖像判別功能；變壓器等設備聲紋分析功能。

2.7 任務管理

本地任務設置。支持本地巡視任務制定和設置功能，巡視任務內(nèi)容應包括巡視點位信息以及月、周、日、小時等不同時間維度的巡視周期，巡視類型應包括例行巡視、特殊巡視、專項巡視、自定義巡視等4類。

任務執(zhí)行方式。任務執(zhí)行應支持立即執(zhí)行、定期執(zhí)行和周期執(zhí)行三種方式。

任務優(yōu)先級。任務優(yōu)先級4級代表優(yōu)先級最高，1級代表優(yōu)先級最低。緊急情況下允許巡視系統(tǒng)管理員權(quán)限賬號接管現(xiàn)場控制權(quán)，任務優(yōu)先級最高。在具體應用場景下，優(yōu)先級可調(diào)整。主輔設備聯(lián)動任務，優(yōu)先級4級；現(xiàn)場控制任務，優(yōu)先級3級；上級系統(tǒng)控制任務，優(yōu)先級2級；站端日常巡視任務，優(yōu)先級1級。

任務執(zhí)行策略。站端巡視主機根據(jù)主站下發(fā)的任務類型判斷執(zhí)行優(yōu)先度（決定是將新任務排隊執(zhí)行，還是暫停當前任務立即執(zhí)行新任務），在新任務執(zhí)行完畢后恢復暫停的任務繼續(xù)執(zhí)行。

任務展示。具備月歷與日歷相結(jié)合的展示功能，月歷展示每日計劃執(zhí)行的主要任務名稱及個數(shù)；日歷展示當日任務的信息列表，包括任務名稱、執(zhí)行時間、任務狀態(tài)等，不同任務狀態(tài)應以不同顏色加以區(qū)分。同時還具備按時間段、任務名稱、任務狀態(tài)等組合條件，查詢?nèi)蝿樟斜砉δ堋?/p>

2.8 巡視監(jiān)控功能

以列表方式顯示當前任務包括的點位總數(shù)，視頻設備及機器人點位數(shù)量，并顯示點位狀態(tài)，包括已完成巡視、為完成巡視、巡視失敗等狀態(tài)。

以列表實時滾動方式展示當前巡視任務的巡視點位信息，包括點位名稱、巡視時間、分析結(jié)果、單位、是否告警以及巡視圖片等信息。

以列表實時滾動方式展示當前巡視任務的巡視點告警信息，包括點位名稱、巡視時間、分析結(jié)果、單位、告警級別、巡視圖片等信息。

對巡視圖片點擊查看以及局部放大等功能。

2.9 巡視結(jié)果確認

告警確認。包括設備名稱、部件名稱、間隔名稱、實物ID、缺陷類別、告警等級、缺陷或異常圖像（已標注出具體缺陷或異常位置）和實時監(jiān)控畫面鏈接等7類信息。

巡視結(jié)果歸檔。按照巡視點位設置次序展示巡視結(jié)果，每個巡視點包含本次巡視任務的全部采集信息、閾值；具備巡視結(jié)果修正功能，修正值不應覆蓋自動識別的原始數(shù)據(jù)所有點位均確認后，記錄審核人和審核時間。

2.10 巡視結(jié)果分析

數(shù)據(jù)對比分析。系統(tǒng)具備巡視數(shù)據(jù)對比分析、歷史曲線生成等功能，并根據(jù)需要生成分析報告。

生成報表。具備按查詢結(jié)果生成分析報表功能。

2.11 智能聯(lián)動

主設備遙控預置信號、主設備變位信號、主輔設備監(jiān)控系統(tǒng)越限信號和主輔設備監(jiān)控系統(tǒng)告警信號的聯(lián)動，主輔設備監(jiān)控系統(tǒng)與巡視主機之間互相發(fā)送聯(lián)動信號，巡視主機接到聯(lián)動信號后，應支持根據(jù)配置的聯(lián)動信號和巡視點位的對應關(guān)系，自動生成巡視任務，由機器人、無人機或視頻對需要復核的點位進行巡視[7]。

3 結(jié)語

該220kV 磐石變電站通過智能化聯(lián)合巡檢平臺搭建設計并采用智能圖像分析算法、三維巡視主機、一鍵順控聯(lián)動確認、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、任務管理、巡視監(jiān)控功能、巡視結(jié)果確認、巡視結(jié)果分析、智能聯(lián)動等功能，實現(xiàn)該變電站巡視無人化、全方位可視化管控，為國內(nèi)變電站搭建智能化聯(lián)合巡檢平臺提供參考和借鑒意義。