智能巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用

李陸伊，張智翔

（國網(wǎng)陜西省電力有限公司漢中供電公司，陜西 漢中 723000）

1 智能巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用意義

1.1 精細(xì)化常規(guī)巡檢工作

智能巡檢機(jī)器人能夠克服時(shí)間、天氣等特殊因素的影響，對變電站進(jìn)行合理化巡檢。它們可以根據(jù)具體的工作需求進(jìn)行周期性巡檢，并對巡檢目標(biāo)進(jìn)行拍照留存、檢測分析、后臺數(shù)據(jù)整理記錄等操作[1]。在實(shí)現(xiàn)變電站全自動智能化管理時(shí)，智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用使常規(guī)工作得到更完善的處理，對于變電站工作具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。智能機(jī)器人巡檢常規(guī)運(yùn)行如圖1 所示。

圖1 智能機(jī)器人巡檢常規(guī)運(yùn)行

1.2 智能檢測分析

智能巡檢系統(tǒng)具備識別技術(shù)，可以在巡檢工作中對設(shè)備外部異常進(jìn)行檢測和數(shù)據(jù)分析整理。例如，實(shí)時(shí)檢測設(shè)備躁動頻率、溫度高低異常，識別開關(guān)閘刀分合狀態(tài)等。依托數(shù)據(jù)庫對比數(shù)據(jù)要素，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)能夠自動識別并立即自動報(bào)警，從而降低變電站出現(xiàn)危險(xiǎn)的概率，為相關(guān)設(shè)備提供故障數(shù)據(jù)分析和技術(shù)支持。

1.3 加強(qiáng)變電站整體性

智能巡檢系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程操作功能，能夠進(jìn)行一鍵式順控操作。工作過程中，采用模式識別技術(shù)，自動識別設(shè)備位置，從而自動化校準(zhǔn)、核對被控設(shè)備。依托智能化手段加強(qiáng)變電站整體統(tǒng)一性，有助于隨時(shí)應(yīng)對各種突發(fā)問題與特殊情況[2]。

2 變電站巡檢系統(tǒng)功能

變電站智能巡檢系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用分層式控制，包括基站控制系統(tǒng)和移動控制系統(tǒng)。

2.1 基站控制系統(tǒng)

2.1.1 機(jī)器人遙控

在智能巡檢機(jī)器人運(yùn)行巡檢工作中，相關(guān)操作人員只需在基站中通過鍵盤或鼠標(biāo)等簡單操作，便可實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的遠(yuǎn)程行駛遙控和攝像機(jī)調(diào)焦等操作。

2.1.2 自動巡檢

操作人員可以通過后臺輸入數(shù)據(jù)，設(shè)定智能巡檢機(jī)器人在特定時(shí)間自動進(jìn)行巡檢、執(zhí)行指定任務(wù)。在工作過程中，機(jī)器人不僅能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、記錄，還能借助自動紅外線熱像儀、云臺等設(shè)備實(shí)現(xiàn)多種指定性操作。這些功能有效減少工作人員的任務(wù)量，提高整體工作效率[3]。

2.1.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)

無論是白天還是黑夜，智能巡檢機(jī)器人都能通過可見光攝像機(jī)和紅外線熱像儀進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。工作人員只需在后臺進(jìn)行操作，即可獲取變電站的各種實(shí)時(shí)信息，方便開展巡視與監(jiān)督工作，并獲取檢測數(shù)據(jù)的詳細(xì)記錄。

2.1.4 機(jī)器人狀況信息顯示

工作人員在后臺監(jiān)測過程中，可以根據(jù)機(jī)器人反饋的信息和相關(guān)數(shù)據(jù)隨時(shí)了解其運(yùn)行狀態(tài)，既能隨時(shí)定位機(jī)器人，又能精確地對其進(jìn)行操作控制，從而高效應(yīng)對各種突發(fā)狀態(tài)。

2.1.5 變電站數(shù)據(jù)存儲分析

智能巡檢機(jī)器人在實(shí)際工作中，通過數(shù)據(jù)庫存儲功能記錄巡檢過程中的電子地圖信息、任務(wù)管理指令等數(shù)據(jù)。同時(shí)，它還能自動分析這些數(shù)據(jù)，不僅有助于未來對相關(guān)指令和任務(wù)的信息查詢，還能夠?yàn)槿蘸蟮臄?shù)據(jù)分析提供良好的支持與保障[4]。

2.2 移動控制系統(tǒng)

2.2.1 導(dǎo)航定位系統(tǒng)

導(dǎo)航定位系統(tǒng)由導(dǎo)航傳感器和定位傳感器2 個要素組成。導(dǎo)航傳感器依托磁導(dǎo)航系統(tǒng)跟蹤地面運(yùn)行軌跡和范圍，從而完成定位目的。而定位傳感器則利用射頻識別功能為機(jī)器人提供定位、?？课恢?、規(guī)避等方面的信息[5]。

2.2.2 運(yùn)動控制系統(tǒng)

運(yùn)動控制系統(tǒng)是智能巡檢機(jī)器人運(yùn)行系統(tǒng)中的重要組成部分，為機(jī)器人提供持續(xù)的動力，從行駛路線、驅(qū)動電力以及運(yùn)動行進(jìn)等方面實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動控制。

2.2.3 動力系統(tǒng)

機(jī)器人的動力系統(tǒng)主要保證其基本運(yùn)行能力。此外，電力系統(tǒng)也為機(jī)器人電池提供充足有效的電量分配保障[6]。

2.2.4 采集檢測系統(tǒng)

移動控制系統(tǒng)的主要工作任務(wù)是為機(jī)器人攝像機(jī)和紅外線熱成像儀提供設(shè)備采集和數(shù)據(jù)動能基礎(chǔ)。隨后，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。通過基站系統(tǒng)云端數(shù)據(jù)的計(jì)算和主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的采集和傳輸，并通過云臺、攝像機(jī)等設(shè)備的控制管理功能實(shí)現(xiàn)高效的移動控制。

3 智能巡檢系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu) 點(diǎn)

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在變電站中實(shí)際應(yīng)用后，即使在高溫、雷雨、大風(fēng)等特殊天氣條件下也能發(fā)揮作用，順利完成巡檢工作[7]。變電站巡檢工作一般非常煩瑣復(fù)雜，利用巡檢機(jī)器人不僅能最大限度減輕巡檢工作人員的壓力與工作任務(wù)，還能在惡劣天氣條件下代替人工完成巡檢任務(wù)，確保變電站巡檢任務(wù)正常進(jìn)行。傳統(tǒng)的電力巡檢系統(tǒng)采用人工監(jiān)測和維修方式，由于工作人員之間的工作習(xí)慣和方式不同，可能會導(dǎo)致故障分類和分析數(shù)據(jù)存在誤差，不利于數(shù)據(jù)匯總和綜合分析工作。應(yīng)用智能巡檢系統(tǒng)可改變這種情況，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化管理，使所有檢修人員都能充分理解并應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，有助于提升變電站整體巡檢的質(zhì)量和水平。

此外，智能巡檢機(jī)器人還具備人臉識別和危險(xiǎn)區(qū)域識別功能。變電站區(qū)域?qū)儆谔厥猸h(huán)境，不允許隨意出入。通過采集并記錄變電站工作人員的面部信息，巡檢機(jī)器人在日常工作中可以與數(shù)據(jù)庫比對，一旦發(fā)現(xiàn)陌生人，就會判定為特殊情況并迅速報(bào)警，從而避免非法人員進(jìn)入變電站造成危險(xiǎn)影響。同時(shí)，由于變電站存在一定的危險(xiǎn)區(qū)域，在指定位置作業(yè)時(shí)，巡檢機(jī)器人可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，針對區(qū)域外作業(yè)人員的行為進(jìn)行判斷分析，根據(jù)情況發(fā)出安全警報(bào)，從而保證作業(yè)人員的人身安全[8]。

3.2 缺 點(diǎn)

變電站智能機(jī)器人巡檢過程中，磁軌道系統(tǒng)存在一些問題，需要進(jìn)一步完善和優(yōu)化。日常巡檢路徑規(guī)劃的限制會使機(jī)器人巡檢軌跡受到影響，從而無法對特定的檢測目標(biāo)進(jìn)行全面、具體的有效監(jiān)測，使巡檢工作存在漏洞。

4 智能巡檢系統(tǒng)在變電站中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)框架

變電站智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)主要包括遠(yuǎn)程操作控制、本地操作控制、車輛運(yùn)動3 個組成部分。工作人員通過操作臺對智能巡檢機(jī)器人終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與操作。工作站中安裝相應(yīng)的控制和接收系統(tǒng)，有助于在檢測區(qū)域內(nèi)構(gòu)建覆蓋范圍較廣的無線網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交互[9]。此外，本地控制臺通過遠(yuǎn)程控制終端和硬件防火墻將運(yùn)維網(wǎng)與機(jī)器人專用網(wǎng)絡(luò)連接起來，構(gòu)建全面、系統(tǒng)的智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)框架，在實(shí)際應(yīng)用過程中能夠起到很大的作用。

4.2 智能巡檢機(jī)器人無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施

根據(jù)變電站實(shí)際區(qū)域大小和正常情況下無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，可以將無線電網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍設(shè)置一個或多個接入點(diǎn)。同時(shí)，智能控制系統(tǒng)將工業(yè)無線接入方式變?yōu)榭蛻舳私尤?，從而使機(jī)器人連接網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)設(shè)備可以直接通過客戶端與現(xiàn)場無線網(wǎng)進(jìn)行連接。此外，應(yīng)用無縫漫游網(wǎng)絡(luò)功能，將巡邏工作中的智能機(jī)器人多個接入點(diǎn)組合為無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使巡檢機(jī)器人的移動不再受網(wǎng)絡(luò)切換的影響和限制[10]。

4.3 智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

智能巡檢機(jī)器人容易受到運(yùn)動控制與導(dǎo)航對接等因素的影響，難以實(shí)現(xiàn)高效的目標(biāo)瞄準(zhǔn)。將巡檢機(jī)器人與位置控制系統(tǒng)相融合，并使用模式識別系統(tǒng)進(jìn)行操作計(jì)算，將目標(biāo)分離，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。這樣能夠充分保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與應(yīng)用性，為設(shè)備實(shí)際運(yùn)行提供有力的數(shù)據(jù)支持與信息來源。

4.4 三維電子地圖

智能巡檢系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中需要其他科技手段提高其性能與相關(guān)操作。例如，使用三維電子地圖構(gòu)建虛擬變電站仿真模型，可以幫助解決二維地圖使用過程中存在的缺陷，以實(shí)現(xiàn)巡邏地點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。變電站三維電子地圖應(yīng)用方法與流程如圖2 所示。

圖2 變電站三維電子地圖應(yīng)用方法與流程

4.5 智能巡檢機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)

智能巡檢系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性非常重要，關(guān)系到變電站的正常平穩(wěn)運(yùn)行與實(shí)際應(yīng)用。由于機(jī)器人采用無線網(wǎng)絡(luò)連接，無法實(shí)現(xiàn)物理阻斷，出現(xiàn)故障問題時(shí)無法有效切斷網(wǎng)絡(luò)傳輸。為確保巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在受到損傷或其他情況下依能保證網(wǎng)絡(luò)安全，需要設(shè)計(jì)一個專用的機(jī)器人安全系統(tǒng)。對此，本地控制終端的無線接入點(diǎn)可采用WPA2 安全模式，確保無線網(wǎng)絡(luò)在平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)下的安全性。同時(shí)，本地控制端使用路由器能防范來自網(wǎng)絡(luò)上的系統(tǒng)侵入攻擊，提供攻擊防范技術(shù)手段，內(nèi)置的高性能防火墻可以防范并阻止大部分網(wǎng)絡(luò)攻擊，從而保障本地控制端的安全。

本地服務(wù)后臺通過嵌入式子系統(tǒng)交互也受到防火墻保護(hù)，對不符合相關(guān)協(xié)議的數(shù)據(jù)信息加以阻斷隔離，使攻擊者即便采用改變IP 地址等方式也不能通過防火墻安全驗(yàn)證，從而進(jìn)行高效保護(hù)。服務(wù)站后臺與本地控制端還通過與硬件防火墻連接，對網(wǎng)絡(luò)通信安全進(jìn)行進(jìn)一步防護(hù)。當(dāng)智能巡檢機(jī)器人在網(wǎng)絡(luò)交互中檢測到異常時(shí)，遠(yuǎn)程集中控制終端與本地控制終端會同時(shí)收到信息，并迅速彈出窗口進(jìn)行報(bào)警。

5 結(jié) 論

變電站電力系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，給工作人員的相關(guān)工作帶來較大的挑戰(zhàn)，采用更科學(xué)有效的方式強(qiáng)化巡檢任務(wù)刻不容緩。智能巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效優(yōu)化當(dāng)前變電站巡檢任務(wù)，通過現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)檢測與分析控制，最大限度減少人力與物力成本，使變電站巡檢更加標(biāo)準(zhǔn)化、具體化、智能化。