電網(wǎng)基建項(xiàng)目全過程智能化監(jiān)控技術(shù)

李芳亞，胡 雯，吳 優(yōu)，楊 帆，歐陽俊杰

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司孝感供電公司，湖北 孝感 432000）

1 電網(wǎng)基建項(xiàng)目全過程智能監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

電網(wǎng)基建項(xiàng)目全過程智能監(jiān)控系統(tǒng)主動將數(shù)字化和智能化融入生產(chǎn)營銷、產(chǎn)業(yè)協(xié)作等方面，并能有效構(gòu)建科技成果及知識產(chǎn)權(quán)系統(tǒng)，提升企業(yè)核心競爭力[1]。在組建和培養(yǎng)了一批專項(xiàng)技術(shù)研發(fā)人員和運(yùn)維服務(wù)人員，有效地提升了公司科技研發(fā)創(chuàng)新能力的同時(shí)，它從戰(zhàn)略層面明確新型電力系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)框架、演進(jìn)路徑等，推動電網(wǎng)高質(zhì)量數(shù)字化轉(zhuǎn)型。該系統(tǒng)的研究目標(biāo)是深入推進(jìn)智能化和信息化融合，以“互聯(lián)網(wǎng)+”為基礎(chǔ)，深化大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用，提升制造環(huán)節(jié)的信息化支撐能力和產(chǎn)品智能化水平。該系統(tǒng)研究的內(nèi)容主要是從下列2個大方向來進(jìn)行。

一方面，針對輸變配電運(yùn)維場景不同，圍繞輔助或代替人工開展重復(fù)煩瑣、危險(xiǎn)及人工無法實(shí)施的作業(yè)，研發(fā)不同的輸變配電特種機(jī)器人系統(tǒng)及協(xié)同支持系統(tǒng)。在復(fù)雜的電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境下，高空的高壓輸電是一個較難的操作問題?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般都是通過人工在高空中進(jìn)行運(yùn)維操作，難以保證安全。在夏季高溫情況下，問題變得尤為突出。高空輸電線路很長，人工操作存在很大的局限性，且觀察到的問題信息也不是很全面，因此運(yùn)用大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持，研發(fā)獨(dú)立作業(yè)能力最強(qiáng)、功能完善的智能化機(jī)器模式，用以解決上述技術(shù)問題。

另一方面，運(yùn)用大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)融合綜合監(jiān)控信息平臺及其測試系統(tǒng)。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在輸電線路上運(yùn)行時(shí)自動預(yù)警判斷。運(yùn)用大數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立和研發(fā)融合綜合監(jiān)控信息平臺，對采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理和分析，指導(dǎo)和支持研發(fā)機(jī)器人及其測試系統(tǒng)的研究。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.1 設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念是通過智能監(jiān)控系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施工程環(huán)境中的各種因素與各種環(huán)境控制措施有機(jī)結(jié)合起來，形成一個能夠自我評估和自動評估的完整系統(tǒng)，并采取適當(dāng)?shù)沫h(huán)境控制措施，實(shí)現(xiàn)研究所生態(tài)實(shí)驗(yàn)的自動化，達(dá)到替代人工和降低運(yùn)行成本的目的。系統(tǒng)智能感知以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為核心，結(jié)合大數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和人工智能（Artificial Intelligence，AI）識別技術(shù)，自動獲取電網(wǎng)基建項(xiàng)目綜合環(huán)境及各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，自動識別電網(wǎng)基建項(xiàng)目異常情況檢測機(jī)器人的設(shè)備[2]。

智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)主要包括設(shè)置在數(shù)據(jù)中心或調(diào)度中心的主站平臺和設(shè)置在變電站、無線通信和電力管道的融合終端平臺。環(huán)境質(zhì)量類別主要包括溫濕度控制器和空調(diào)開關(guān)、浸入式傳感器和水泵、燃?xì)狻⒎滥?、煙霧和風(fēng)扇連接器控制器、局部放電、無線測溫、門鎖、門禁、噪聲和燈光警報(bào)、電池以及面部識別等[3]。視頻量主要包括螺桿攝像機(jī)、球攝像機(jī)、檢測機(jī)器人等。用電量類主要包括通信管理機(jī)、電能質(zhì)量、電壓以及電流等。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)功能分析

設(shè)計(jì)該電網(wǎng)基建項(xiàng)目的智能化監(jiān)控系統(tǒng)，主要要實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)功能目標(biāo)。

（1）數(shù)據(jù)采集。環(huán)境數(shù)據(jù)有溫濕度、水浸、噪聲、煙感、SF6、臭氧、凝露等；設(shè)備數(shù)據(jù)有局放、無線測溫、蓄電池、視頻數(shù)據(jù)、機(jī)器人巡檢數(shù)據(jù)等。設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集要確保物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)和主機(jī)間能夠?qū)崿F(xiàn)有效的通信，需要借助相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢來促進(jìn)相關(guān)數(shù)據(jù)采集和聚合，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享和交互。所以，設(shè)計(jì)中需要基于智能設(shè)備監(jiān)控應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性不斷提升。要做到快速有效地采集和傳輸數(shù)據(jù)，對于設(shè)備故障狀態(tài)的及時(shí)判斷和信息傳輸具有重要意義[4]。

（2）自動分析。地圖定位、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境信息分析、異常信息預(yù)警。

（3）系統(tǒng)聯(lián)控策略。溫濕度傳感器引起的空調(diào)聯(lián)動控制；SF6氣體傳感器及煙感器引起的風(fēng)機(jī)聯(lián)動控制；水位傳感器引起的水泵聯(lián)動控制；異物入侵、門禁等引起的燈光控制。

（4）人工智能識別。人員合規(guī)檢測主要涉及人員身份識別、未戴安全帽識別、違規(guī)人數(shù)識別、越線識別、禁止作業(yè)區(qū)闖入識別、人員倒地識別、小動物闖入識別。

（5）設(shè)備狀態(tài)識別。開關(guān)分合狀態(tài)識別、指針式儀表識別、數(shù)字式儀表識別、工作指示燈識別、旋鈕式儀表識別。

（6）地圖定位。利用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）地圖，實(shí)現(xiàn)精確定位變配電所地理位置，顯示重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

（7）大數(shù)據(jù)?；诖髷?shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備故障分析與預(yù)判，定時(shí)分析各種數(shù)據(jù)是否變化、越線，以及是否可能引發(fā)設(shè)備安全問題[5]。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 全過程智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)模型

開發(fā)電網(wǎng)基建項(xiàng)目全過程智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)模型，分為感知層、傳輸層、應(yīng)用層3層，具體如圖2所示。傳感層由各種傳感設(shè)備組成，包括攝像頭、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、機(jī)器對機(jī)器（Machine to Machine，M2M）傳感器和終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及傳感門等。這些監(jiān)控設(shè)備可以安裝在監(jiān)控區(qū)域或移動機(jī)器人上，主要進(jìn)行目標(biāo)檢測和識別，收集和捕獲不同使用場景產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，并執(zhí)行同時(shí)接收到的各種命令。

圖2 系統(tǒng)基本架構(gòu)模型

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)

一是線路運(yùn)行模式的設(shè)備管理。借助智能監(jiān)控技術(shù)，為區(qū)域預(yù)留模擬線路正常運(yùn)行所需的電壓、功率、電流，并安裝壓力傳感器對線路進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，電網(wǎng)基建項(xiàng)目全過程智能監(jiān)控系統(tǒng)可以通過傳感器采集線路數(shù)據(jù)，幫助設(shè)備人員快速熟悉地面，精準(zhǔn)定位故障。借助智能監(jiān)控技術(shù)，用戶可以分析區(qū)域內(nèi)的設(shè)備并構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的操作系統(tǒng)，并對無效部件提供修復(fù)建議。

二是智能監(jiān)控技術(shù)監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)。借助智能監(jiān)控，構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，在不同地點(diǎn)安裝監(jiān)控設(shè)備和傳感器。這樣可以及時(shí)采集設(shè)備主要部件的信息，一旦出現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警，第一時(shí)間提醒管理人員采取措施，排除和干預(yù)異常信號，提高設(shè)備的控制能力。一般的遠(yuǎn)程監(jiān)控項(xiàng)目采用的主要技術(shù)是Red5視頻監(jiān)控技術(shù)。

而遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，關(guān)鍵是需要利用一臺連接互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行主控終端的遠(yuǎn)程功能，并且可以對另一臺或多臺具有被控終端主機(jī)功能的計(jì)算機(jī)實(shí)施監(jiān)視和控制。當(dāng)使用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)控制受控端計(jì)算機(jī)時(shí)，主控端計(jì)算機(jī)界面顯示的桌面與受控端的桌面一致，且鼠標(biāo)在受控端清晰可見。主控端計(jì)算機(jī)控制被控計(jì)算機(jī)的移動模式及相關(guān)功能。遠(yuǎn)程系統(tǒng)更改受控計(jì)算機(jī)的相應(yīng)信息或功能后，上位機(jī)的信息和功能不會改變，并且更改僅在受控計(jì)算機(jī)上有效。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成主要包括3個方面，即前端設(shè)備、圖像處理和傳輸設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)客戶端。前端設(shè)備由攝像機(jī)、云臺、解碼器、防護(hù)罩、支架、報(bào)警探測器以及拾音器等組成，負(fù)責(zé)視頻信號、音頻信號和報(bào)警信號的采集。

3.3 自動識別技術(shù)

智能監(jiān)控本體采用射頻識別技術(shù)從設(shè)備表面的電子標(biāo)簽中采集信息，可以通過內(nèi)置的電子標(biāo)簽芯片記錄設(shè)備各部分的信息并進(jìn)行掃描。系統(tǒng)恢復(fù)芯片上的數(shù)據(jù)并自動識別物體，如監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)、相關(guān)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)以及溫度數(shù)據(jù)等?？砂惭b不同功能的傳感器和報(bào)警裝置，進(jìn)行精確的動態(tài)監(jiān)測。例如，在設(shè)備使用過程中，監(jiān)測加熱部分的溫度。當(dāng)溫度超過正常范圍時(shí)，系統(tǒng)會自動發(fā)出報(bào)警信號，提醒用戶存在隱患，以便相關(guān)管理人員進(jìn)行處理。傳感器裝置和定位系統(tǒng)可以動態(tài)監(jiān)測設(shè)備車內(nèi)的電壓、電流及相關(guān)控制參數(shù)，為電網(wǎng)基建工程全過程智能監(jiān)控奠定了基礎(chǔ)，便于統(tǒng)一管理，提高設(shè)備的使用效率。

3.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

如今，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用大量靜態(tài)或移動的傳感器，采用自組裝和多跳的方法構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)通常位于被監(jiān)控區(qū)域。就網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，它主要由4個部分組成，分別是傳感器節(jié)點(diǎn)（Sensor node）、匯聚節(jié)點(diǎn)（Sink node）、基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星）以及管理節(jié)點(diǎn)（Management node）。

從工作空間來看，測控設(shè)備在觀測區(qū)域或監(jiān)控對象周圍有多個傳感器節(jié)點(diǎn)，通過組織形成傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳輸和處理采集到的信息，并傳遞和收集意見。

4 項(xiàng)目運(yùn)行情況

構(gòu)建電網(wǎng)基建項(xiàng)目全過程智能化監(jiān)控系統(tǒng)，要從理論模型搭建、項(xiàng)目實(shí)施和理論差距分析以及典型案例實(shí)證等方面出發(fā)，基于理論曲線進(jìn)行模型構(gòu)建，為項(xiàng)目投資完成后的理論分析提供標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)和理論的對比分析，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)情況，確定進(jìn)度預(yù)警范圍，完成投資后的智能化監(jiān)控模型構(gòu)建，分析系統(tǒng)動態(tài)，查找數(shù)據(jù)問題，分析其中的風(fēng)險(xiǎn)因素，為項(xiàng)目異常情況提供建議，確保項(xiàng)目投資的有效性和準(zhǔn)確性，為項(xiàng)目管控提供有力支持。通過論證分析，驗(yàn)證了電網(wǎng)基建項(xiàng)目全過程智能監(jiān)控系統(tǒng)切實(shí)可行，將其應(yīng)用到電網(wǎng)基建項(xiàng)目監(jiān)控中，使用效益突出，值得應(yīng)用推廣。

5 結(jié) 論

針對電力企業(yè)而言，隨著目前市場對于電力需求的不斷增大，要求電網(wǎng)服務(wù)效率不斷提升，使得電網(wǎng)規(guī)?？涨皵U(kuò)大。而傳統(tǒng)的電網(wǎng)基建項(xiàng)目監(jiān)管模式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段快速發(fā)展的電網(wǎng)監(jiān)管實(shí)際需要，因此需要加快構(gòu)建電網(wǎng)基建項(xiàng)目全過程智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過有效的技術(shù)整合和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化監(jiān)測功能，為電網(wǎng)基建項(xiàng)目管理、運(yùn)營和相關(guān)業(yè)務(wù)工作開展提供技術(shù)支持。在工作面推進(jìn)的過程中，系統(tǒng)在施工現(xiàn)場要結(jié)合施工進(jìn)度和具體的項(xiàng)目運(yùn)行情況來調(diào)整，確保能夠有效滿足電力工程的實(shí)際監(jiān)管需要，為建設(shè)智慧電網(wǎng)工程助力。