換流站智能巡檢系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的整合和應用

羅 彬，郭 勁，吳向軍

(中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

0 引言

換流站各站點均配置有輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺，現(xiàn)階段，為進一步提高行業(yè)智能化水平，推動換流站泛在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用，提升運維人員工作效率和質量，降低運維人員的勞動強度和作業(yè)風險，隨著新技術的發(fā)展，國網(wǎng)已建或新建換流站陸續(xù)開展了智能巡檢系統(tǒng)的建設。

智能巡檢系統(tǒng)與現(xiàn)有的輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)存在交叉，在滿足智能巡檢功能的前提下，研究制定與站內(nèi)已有輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的整合方案，對已建換流站的改造升級有著指導意義和經(jīng)濟效益。

1 輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺

換流站現(xiàn)有的輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺由視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、安全警衛(wèi)子系統(tǒng)、燈光智能控制子系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)以網(wǎng)絡通信(DL/T 860協(xié)議)為核心，完成站端視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)、安全警衛(wèi)信息、人員出入信息、火災報警信息的采集和監(jiān)控，并將以上信息遠傳到監(jiān)控中心或調度中心，平臺架構示意圖如圖1所示。

圖1 輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺架構示意圖

2 智能巡檢系統(tǒng)

2.1 智能巡檢系統(tǒng)功能

智能巡檢系統(tǒng)旨在全面提升自動化水平，提高維人員工作效率，具備以下功能。

1)全面監(jiān)視功能

通過部署紅外雙光譜熱像儀、多光譜監(jiān)測儀、高清攝像機、拾音器、巡檢機器人等設備，實現(xiàn)換流站內(nèi)自動化巡檢，避免人員巡檢過程中套管、分接開關等發(fā)生故障造成人身傷害。

2)自動巡視功能

定期對固定重要巡視點進行視頻/紅外守望巡視；無定期任務時，進行漫游狀態(tài)巡視，有觸發(fā)啟動時再定點介入；可定義分類和分區(qū)巡視任務。

3)圖像智能識別功能

利用圖像識別技術，對巡視過程中記錄的紅外圖譜、可見光照片、設備聲音、表計讀數(shù)等進行智能分析和自動判斷。

4)視頻拼接融合功能

視頻拼接融合功能是多路視頻流匯集融合，將處在不同位置的分鏡頭視頻拼接到一起，實現(xiàn)空間和時間結合，建立視頻在現(xiàn)實空間的感知能力，達到一張圖的直觀監(jiān)控視角，具備跨視頻無死角追蹤、全局總覽功能。靈活調用現(xiàn)場任意固定和移動攝像終端，并通過圖形界面和現(xiàn)場相關視頻、音頻、數(shù)據(jù)全面聯(lián)動，構建可廣域監(jiān)控全局的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

5)故障預警功能

在智能圖像識別模塊發(fā)現(xiàn)異常后，根據(jù)缺陷庫迅速分析出故障類別，準確定位故障位置，自動鎖定目標，以部件“閃爍”的形式實現(xiàn)漏油、漏水、放電、發(fā)熱等故障的可視化告警，并以語音播報方式進行提醒，便于運維人員快速了解告警信息，準確標識故障位置，加快故障處理速度。

6)系統(tǒng)擴展功能

系統(tǒng)具備預留接口擴展功能，將來可接入相關智能管控系統(tǒng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在完成相關網(wǎng)絡安全建設后，支持遠方WEB訪問，遠方專家可直接同步現(xiàn)場音視頻及數(shù)據(jù)，與現(xiàn)場聯(lián)合開展故障分析診斷，實現(xiàn)智力資源共享，為后續(xù)建立智慧換流站和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)奠定基礎。

2.2 智能巡檢系統(tǒng)架構

智能巡檢系統(tǒng)基于服務器搭建的集控平臺，通過路由器實現(xiàn)與主機后臺通訊，數(shù)據(jù)同步及視頻同步。實現(xiàn)集控平臺上對各區(qū)域攝像機和機器人實時監(jiān)控、任務下發(fā)、任務數(shù)據(jù)結果上傳等功能。

后臺主要負責各區(qū)域攝像機、機器人任務運行，巡檢數(shù)據(jù)采集處理，然后上傳至集控平臺。各區(qū)域攝像機、機器人通過光纖連接千兆交換機至各區(qū)域后臺主機保證通信質量。保障后臺、平臺對攝像機、機器人的實時監(jiān)控及數(shù)據(jù)傳輸。

具體的智能巡檢系統(tǒng)架構示意圖如圖2所示。

圖2 智能巡檢系統(tǒng)架構示意圖

2.3 智能巡檢系統(tǒng)部署

為實行全面監(jiān)視功能，智能巡檢系統(tǒng)需部署足夠的監(jiān)視設備，相較于換流站站內(nèi)已有的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，著重在以下區(qū)域進行了加強。

1)換流變Box-In

換流變?yōu)檎緝?nèi)安全隱患重點防范設備，特別是實行換流變Box-In內(nèi)的全面自動巡視，對運行維護有著極重大的意義。

在換流變Box-In內(nèi)左右防火墻上設置適合數(shù)量的高清攝像機，用于觀測分接開關機構箱、油溫表、油位表、繞溫表、呼吸器、閥門，拍攝視角應實現(xiàn)無遮擋和死角，各表計、閥門指示等應清晰可識別；瓦斯繼電器、溫度表、分接開關檔位、冷卻器油流指示器等關系換流變安全運行的重要部件位置可按實際情況加裝固定攝像機定點監(jiān)視；可在瓦斯繼電器對側選裝高清攝像機，用于觀測瓦斯繼電器內(nèi)部有無氣體；在兩側防火墻配置高保真拾音器，用于采集換流變聲音樣本，通過實時聲音收聽及歷史錄音回放，供運維人員更全面地監(jiān)視設備運行狀況。

2)事故排油口

在事故排油口附近配置高清攝像機，安裝于鵝卵石格柵下方，事故排油口附近，觀察鵝卵石層下方是否有堵塞及事故排油情況。

3)匯控柜

在換流變匯控柜內(nèi)安裝微型高清攝像機，用于觀察柜體內(nèi)部空開、繼電器、端子及指示燈等二次設備，監(jiān)視匯控柜內(nèi)凝露、封堵等情況。

4)雨淋閥室

在換流變雨淋閥室內(nèi)設置高清攝像機，用于觀察雨淋閥室內(nèi)有無滲漏水、檢查消防管網(wǎng)壓力及閥門狀態(tài)。

3 系統(tǒng)整合方案

遵照資源共享、綜合節(jié)約的原則，為實現(xiàn)輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺同智能巡檢系統(tǒng)的整合，需在軟件和硬件兩個層面進行有機的融合[1]。

軟件方面，為有效地實現(xiàn)硬件資源共享、方便運維的運行管理，需構建統(tǒng)一兼容的軟件架構平臺，實行兩個系統(tǒng)后臺軟件的整合。標準的DL/T 860協(xié)議，通用的WEB和SDK開發(fā)包，為平臺的整合提供了技術支持。整合平臺系統(tǒng)軟件架構如圖3所示。

圖3 整合平臺系統(tǒng)軟件架構示意圖

硬件方面，應盡量做到資源共享。從如服務器、路由器、交換機等后臺層設備到如的高清攝像機等前置層設備，在滿足技術性能指標時，可全面共享。

以換流變Box-In內(nèi)高清攝像機布置為例，為滿足全面巡視要求，需在Box-In內(nèi)布置6臺高清攝像機，安裝位置示意如圖4所示。

圖4 換流變Box-In內(nèi)攝像機布置示意圖

其中2號高清球機，安裝于左側防火墻低處，監(jiān)測分接開關機構箱，監(jiān)測分接頭檔位；3號高清球機，安裝于左側防火墻低處，監(jiān)測油溫、油位表計、呼吸器；4號雙光紅外測溫球機，安裝于左側防火墻高處中部，水平方向在Box-In頂部罩下部，用于觀測換流變頂部及套管處、左側變壓器全部、油枕油位、靠近閥廳側壓力釋放閥；5號雙光紅外測溫球機，安裝于右側防火墻高處中部，水平方向在Box-In頂部罩下部，用于觀測換流變頂部及套管處、右側變壓器全部、本體瓦斯、靠近冷卻器側的壓力釋放閥；6號和7號高清球機，換流變上方鋼結構上，Box-In頂部罩下部，靠近風扇側和油枕側安裝2個高清攝像機，用于觀察換流變頂部瓦斯、壓力釋放等。

按輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的典型方案，在換流變Box-In內(nèi)配有2臺高清網(wǎng)絡攝像機，6寸球機，分辨率1080P，布置在Box-In內(nèi)頂部兩對角線處。布置智能巡檢系統(tǒng)時，原有2臺攝像機技術指標可滿足2，3，6，7號攝像機的要求，可通過調整安裝位置，替換使用。

4 實際工程應用

以四川已投運的雅礱江±800 kV特高壓換流站為例。在已有的輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的基礎上，本著安全可靠、智能巡視、綜合節(jié)約、因地制宜和靈活可控的設計原則，升級視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，整合智能巡檢系統(tǒng)功能，搭建全站新的遠程智能監(jiān)視系統(tǒng)，整合平臺硬件系統(tǒng)構架示意圖如圖5所示。

圖5 整合平臺硬件系統(tǒng)構架示意圖

結合已有輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺，通過優(yōu)化整合，最終實施方案涉及到的新增設備見表1所列，利舊及升級設備見表2所列。

表1 新增設備清冊

表2 利舊及升級設備清冊

該系統(tǒng)通過設計優(yōu)化，最大程度利用已有的輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的硬件資源，兩系統(tǒng)廠家在DL/T 860標準協(xié)議的基礎上開發(fā)相互兼容的的軟件架構，實行了平臺功能的對接融合。實施后的整合方案最終節(jié)約投資約50萬元，整合統(tǒng)一的系統(tǒng)后臺也為運維人員的運行管理提供了便利。

5 結語

智能巡視系統(tǒng)能有效提升運維人員的工作效率和質量，降低運維人員的工作強度和作業(yè)風險，具有積極的推廣意義。

新建換流站應在建設階段一次性規(guī)劃設計建成。對于已建在運換流站，應按精簡節(jié)約原則統(tǒng)籌建設方案，已有系統(tǒng)能滿足功能要求的，不再重復建設，不滿足要求的可局部改造。已有系統(tǒng)資源應綜合利用，實現(xiàn)新舊系統(tǒng)的有機融合。在運站還需結合每個站的現(xiàn)場條件和已有系統(tǒng)資源定制具體的實現(xiàn)方案，采用多種技術互補、固定加移動相結合的方式，保證實際的功能效果。