遠(yuǎn)程電力技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

何東陽，熊霄涵

(大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，四川 成都 610031)

0 引言

電力技術(shù)監(jiān)督是指在電力規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)及發(fā)電、供電、用電全過程中，以安全和質(zhì)量為中心，依據(jù)國家、行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，采用有效的測試和管理手段，對電力設(shè)備的健康水平及與安全、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有關(guān)的重要參數(shù)、性能、指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測與控制，以確保其安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]。隨著電力技術(shù)的不斷更新，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整與變化，電力技術(shù)監(jiān)督理念和內(nèi)容逐漸發(fā)展成熟。盡管如此，以現(xiàn)場人工試驗(yàn)和檢測為主的電力技術(shù)監(jiān)督方式仍然需要進(jìn)一步完善，例如，需要克服傳統(tǒng)監(jiān)督方式無法避免的極端氣候條件或地形條件下，工作開展困難、安全風(fēng)險(xiǎn)高、人工成本大等弊端。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、信息化管理平臺的應(yīng)用，電力監(jiān)督技術(shù)的計(jì)劃、組織、管理等工作效率有了重大提升。隨著遠(yuǎn)程可視化技術(shù)的深入運(yùn)用，電力技術(shù)監(jiān)督手段進(jìn)一步豐富。此外，物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器視覺、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，給電力技術(shù)的發(fā)展、技術(shù)監(jiān)督的開展帶來了更多的可能[2]。運(yùn)用“云大物移”等新興技術(shù)，充分發(fā)揮工業(yè)化、信息化融合優(yōu)勢，是遠(yuǎn)程電力技術(shù)監(jiān)督的重點(diǎn)發(fā)展方向。

1 遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督特點(diǎn)及應(yīng)用

在我國，無論是電力企業(yè)常態(tài)開展的技術(shù)監(jiān)督工作，還是電網(wǎng)公司對發(fā)電企業(yè)進(jìn)行的技術(shù)監(jiān)督，依托基于經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)監(jiān)督手段和日趨豐富的信息化手段，逐步形成了較為統(tǒng)一、穩(wěn)定的管理體系。當(dāng)下的技術(shù)監(jiān)督工作，除了日常指標(biāo)的報(bào)送，現(xiàn)場檢查方式仍是關(guān)鍵的一環(huán)，因此，要采用遠(yuǎn)程方式開展技術(shù)監(jiān)督工作，除了需要采用合適的技術(shù)手段替代現(xiàn)場檢查方式外，還需要在管理層面上把遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督納入整體技術(shù)監(jiān)督體系，做好系統(tǒng)化規(guī)劃與設(shè)計(jì)[3]。

1.1 遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督特點(diǎn)

在技術(shù)監(jiān)督工作中，日常數(shù)據(jù)收集、月報(bào)指標(biāo)整理等內(nèi)容可以通過技術(shù)監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)人員對接，以線上溝通、遠(yuǎn)程交流的形式，或者通過部署合理的技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程工作模式；在動態(tài)檢查、專項(xiàng)檢查或日常技術(shù)溝通方面，需要深入了解現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況的，則仍需要采取實(shí)地調(diào)研或現(xiàn)場檢查的形式[4]。

現(xiàn)場檢查的優(yōu)勢在于實(shí)地的檢查能夠?qū)﹄姀S現(xiàn)場有更為充分、深入及總體的認(rèn)識，通過現(xiàn)場及時(shí)的交流溝通、外觀檢查及其他查驗(yàn)形式能夠更為直觀地了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。水電站沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)智化轉(zhuǎn)型，建立全面、清晰、可靠、實(shí)時(shí)更新的設(shè)備設(shè)施臺賬之前，要深入了解設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，仍需要技術(shù)人員到現(xiàn)場對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行研判。

遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的優(yōu)勢，一方面在于其跨越時(shí)空的便捷性，其在遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療和應(yīng)急領(lǐng)域等的應(yīng)用已經(jīng)得到了充分驗(yàn)證。遠(yuǎn)程技術(shù)應(yīng)用于電力技術(shù)監(jiān)督工作中，既可以解決海外小水電的技術(shù)監(jiān)督難題，保障疫情等特殊情況下技術(shù)監(jiān)督的有序開展，也可以有效改善傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)督工作中因動態(tài)檢查的定期性、滯后性、主觀性等因素導(dǎo)致技術(shù)監(jiān)督水平難以保障，技術(shù)監(jiān)督企業(yè)對發(fā)電企業(yè)現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施情況掌握不夠深入等問題。另一方面在于遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的應(yīng)用符合工業(yè)化和信息化深度融合的發(fā)展趨勢，不僅可通過信息化手段實(shí)現(xiàn)音視頻的傳輸，而且可以借此搭建一個(gè)全新的技術(shù)監(jiān)督會話場景，傳遞更多維度的工業(yè)現(xiàn)場信息，并通過數(shù)字化感知能力建設(shè)，輔助技術(shù)監(jiān)督人員實(shí)現(xiàn)多維度深層次的檢查。此外，技術(shù)監(jiān)督工作全周期的數(shù)據(jù)及音視頻信息等材料，可以形成實(shí)時(shí)的數(shù)字檔案，這也是保障技術(shù)監(jiān)督工作質(zhì)量、指導(dǎo)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[5]。

因此，遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的建設(shè)對于提升技術(shù)監(jiān)督整體管理水平意義重大，其不僅可以強(qiáng)化全周期的技術(shù)監(jiān)督管理工作，還可以將更多專家、技術(shù)人員以更少的時(shí)間成本及更便捷的響應(yīng)條件，更廣泛深入地參與到發(fā)電廠的技術(shù)監(jiān)督工作中來。

1.2 遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的系統(tǒng)應(yīng)用

遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督工作離不開技術(shù)監(jiān)督的整體體系，應(yīng)依托技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)予以部署，可作為技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)的可選模塊，并隨著遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督模塊的深化應(yīng)用逐步實(shí)現(xiàn)與技術(shù)監(jiān)督工作的融合[6]。技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)中，除專用管理界面外，動態(tài)檢查、專項(xiàng)檢查模塊下以及各專業(yè)下應(yīng)設(shè)相應(yīng)的接口，可跳轉(zhuǎn)至遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督界面，同時(shí)應(yīng)支持多種記錄功能，遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督交流過程中的語音可識別并轉(zhuǎn)化成文字，由專門的技術(shù)人員整理相關(guān)文字材料，并形成監(jiān)督過程記錄。

2 遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督設(shè)計(jì)方案

2.1 總體部署方案

現(xiàn)階段，要部署遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)，一方面要充分利用5G，Wi-Fi6無線網(wǎng)絡(luò)等多種通信技術(shù)，運(yùn)用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多通道協(xié)同數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)，構(gòu)建合理可靠、穩(wěn)定便捷的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系；另一方面要選擇合適的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，現(xiàn)階段遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)建設(shè)的核心在于工業(yè)現(xiàn)場畫面的實(shí)時(shí)高清傳輸，ONVIF協(xié)議端口具有兼容性強(qiáng)、成熟度高、開放度好等特點(diǎn)，可作為遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的主協(xié)議，通過標(biāo)準(zhǔn)化平臺實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的集成，便于后續(xù)開發(fā)、改造。此外，基于發(fā)電廠復(fù)雜現(xiàn)場環(huán)境的需要，可采用便攜式移動信號接入設(shè)備及設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸模塊的配置，保障系統(tǒng)無線通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)安全。綜合考量后的設(shè)計(jì)接入方案如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)總體部署方案

2.2 接入設(shè)計(jì)方案

遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)主要由采集通信設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)督中心三部分組成，通過科學(xué)的設(shè)計(jì)與合理的部署，搭建成便捷、高效、穩(wěn)定、可靠的系統(tǒng)。

采集通信設(shè)備為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備，以數(shù)據(jù)采集為主，根據(jù)技術(shù)監(jiān)督的特性，監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)主要從采集通信側(cè)向監(jiān)督中心流動，以視頻數(shù)據(jù)的采集與編碼為主。視頻的采集應(yīng)充分考慮不同技術(shù)監(jiān)督場景下的使用需求，通過多種攝像設(shè)備或一體化集成設(shè)備實(shí)現(xiàn)；如在需要考慮兩端交互與遠(yuǎn)程支撐的場景中，則采用基于AR, MR等技術(shù)的采集通信設(shè)備應(yīng)用效果更佳。

數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，要確定采用的互聯(lián)網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)形式，同時(shí)要確定數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)可以考慮采用組播、混網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)，以自動適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，確保在工業(yè)現(xiàn)場各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下都能夠提供高清、實(shí)時(shí)、全動態(tài)的圖像和高保真聲音。工業(yè)現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備要求設(shè)計(jì)盡量簡潔，體積盡量小巧，調(diào)試盡量簡單，安裝連接線纜種類盡量少，接口標(biāo)識盡量清晰。為達(dá)到快速組建、使用便捷、傳輸穩(wěn)定的目的，工業(yè)現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備需要寫好底層邏輯，以保證網(wǎng)絡(luò)接入穩(wěn)定可靠。

技術(shù)監(jiān)督中心主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的解碼、分析、存儲和查看，視頻數(shù)據(jù)可采用流媒體服務(wù)器或硬盤錄像機(jī)等設(shè)備進(jìn)行處理，其他數(shù)據(jù)需采用專用數(shù)據(jù)分析服務(wù)器進(jìn)行分析、處理和展示。通過技術(shù)監(jiān)督中心的部署，技術(shù)監(jiān)督企業(yè)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對多地發(fā)電企業(yè)的技術(shù)監(jiān)督，技術(shù)人員可便捷、高效地開展遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督工作。

3 遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)數(shù)字化感知能力

3.1 感知能力建設(shè)

目前，在感知能力建設(shè)方面主要采用兩種方式:一種是直接在采集通信設(shè)備上根據(jù)需求集成各種類型傳感器；另一種是通過發(fā)電廠設(shè)備設(shè)施感知層的建設(shè)與完善部署更多可靠有效的傳感器，并利用RFID等適合工業(yè)場景應(yīng)用的無線技術(shù)，提供實(shí)時(shí)可讀取接口，采集通信設(shè)備集成無線讀取/接受裝置，以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取并傳輸至后臺。前者實(shí)施難度低，不受水電站感知層的基礎(chǔ)設(shè)施條件影響，只需對遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的采集通信設(shè)備進(jìn)行改造即可實(shí)現(xiàn)，但在遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的使用場景下，前端設(shè)備可集成的能夠發(fā)揮效用的傳感器種類較為有限；后者對水電廠現(xiàn)場基礎(chǔ)設(shè)施條件要求較高，需要發(fā)電企業(yè)下屬的各水電廠按照統(tǒng)一的規(guī)范要求，對設(shè)備感知層進(jìn)行完善和改造，并在此基礎(chǔ)上規(guī)劃好系統(tǒng)的數(shù)據(jù)治理、分析、調(diào)用及呈現(xiàn)，才能完成遠(yuǎn)程監(jiān)督系統(tǒng)的數(shù)字化感知能力建設(shè)。

以設(shè)備測溫為例，設(shè)備正常運(yùn)行過程中，溫度檢測是保障設(shè)備運(yùn)行可靠性的重要手段。通過了解設(shè)備溫度的狀況，可對現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況有更深入的了解，甚至可以通過溫度的異常發(fā)現(xiàn)潛在問題。通過設(shè)備溫度、環(huán)境溫度及機(jī)組運(yùn)行工況等進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，也是運(yùn)用數(shù)據(jù)分析判斷設(shè)備運(yùn)行情況的常見手段。通過采集通信設(shè)備上的集成紅外熱成像攝像頭與溫度傳感器，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備溫度測定與環(huán)境溫度檢測，通過紅外探測器將物體輻射的功率信號轉(zhuǎn)換成電信號后，成像裝置的輸出信號可以完全一一對應(yīng)地模擬掃描物體表面溫度的空間分布，輸出與物體表面熱分布相應(yīng)的熱像圖供監(jiān)督人員參考。若電廠感知層已部署相關(guān)傳感器及電子標(biāo)簽且采集通信設(shè)備上集成了射頻讀取裝置，即可實(shí)現(xiàn)更全面精準(zhǔn)的溫度采集，并可以獲得其他機(jī)組運(yùn)行相關(guān)參數(shù)，然后基于獲取的機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備溫度分布以及環(huán)境溫度分布數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)研判。

3.2 機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)器視覺技術(shù)是通過人工智能的運(yùn)用，從客觀事物的圖像中提取信息、處理并加以理解，最終用于實(shí)際檢測、測量和控制，達(dá)到代替人眼進(jìn)行測量和判斷的效果。在遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的運(yùn)用中，通過結(jié)合機(jī)器視覺技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施特定狀況的自動甄別，提高遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的準(zhǔn)確度，為技術(shù)監(jiān)督人員的檢查查漏補(bǔ)缺。

以外觀缺陷識別為例，水電廠中大量以汽、水、油為介質(zhì)的設(shè)備、閥門、管道系統(tǒng)，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，其法蘭、接口、焊縫處由于振動、密封件磨損、銹蝕、松動等原因可能產(chǎn)生“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，危害設(shè)備運(yùn)行安全。

通過機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用，可以精準(zhǔn)識別，從而輔助技術(shù)監(jiān)督人員做出判斷，例如管道的漏油、漏水等現(xiàn)象，攝像頭通過自動獲取重點(diǎn)滲漏檢測區(qū)域的可見光圖像，通過圖像算法可進(jìn)行識別，現(xiàn)階段能夠?qū)崿F(xiàn)直徑不小于10 cm且與地面/檢測面存在明顯色差的油跡或水跡的自主識別，識別到可能存在的油跡或水跡后，技術(shù)監(jiān)督人員可通過畫面的標(biāo)注提示進(jìn)一步分析實(shí)際情況。

4 結(jié)束語

遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)搭建后，采用音視頻技術(shù)模擬現(xiàn)場檢查的形式開展技術(shù)監(jiān)督工作，基本可滿足技術(shù)監(jiān)督最低要求，但其全面性、準(zhǔn)確性及深入度仍無法比擬現(xiàn)場檢查。唯有更深入地挖掘數(shù)字化手段，逐步搭建一個(gè)全新的技術(shù)監(jiān)督會話場景，利用機(jī)器視覺識別、傳感器集成等手段，強(qiáng)化遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)的數(shù)字化感知能力建設(shè)，才能更充分地發(fā)揮遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督的優(yōu)勢，可靠地實(shí)現(xiàn)針對現(xiàn)場設(shè)備的“數(shù)智”技術(shù)監(jiān)督。隨著機(jī)器視覺技術(shù)的不斷發(fā)展與視覺訓(xùn)練模型的不斷優(yōu)化，機(jī)器視覺將有望逐步實(shí)現(xiàn)多維微米級信息捕獲及進(jìn)一步融合的能力，從而給遠(yuǎn)程技術(shù)監(jiān)督帶來巨大的變革。