5G 技術(shù)在智能水電廠建設(shè)中的應(yīng)用研究

吳霜

（云南大唐國(guó)際李仙江流域水電開發(fā)有限公司，云南 普洱 665000）

在中國(guó)的水電行業(yè)內(nèi)，智能水電廠建設(shè)是目前重點(diǎn)工作內(nèi)容之一，主要是指通過使用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)使水電廠的建設(shè)更加趨于智能化，促進(jìn)水電生產(chǎn)的更新和進(jìn)步。在智能水電廠建設(shè)的過程中，科學(xué)應(yīng)用第五代移動(dòng)通信技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱“5G 技術(shù)”）能夠使其整體內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相融合，使傳感器、無人設(shè)備等能夠在其中發(fā)揮重要的作用，提高數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)男?，并提高智能水電廠建設(shè)的效率和質(zhì)量。

1 5G 技術(shù)特點(diǎn)

5G 技術(shù)是一種密度較高的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其無線傳輸技術(shù)具有超高效能。相較于4G（第四代通訊技術(shù)）網(wǎng)絡(luò)而言，5G 技術(shù)引進(jìn)并接入了多種技術(shù)，進(jìn)一步挖掘了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的頻譜效率，在其中加入了多天線技術(shù)、編碼調(diào)制技術(shù)、多址接入技術(shù)等，在功率效率方面具有較大程度的提升。針對(duì)5G 無線網(wǎng)絡(luò)而言，在無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面、自組織網(wǎng)絡(luò)及異構(gòu)超密集部署在控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離軟件的定義下都變得更加智能和靈活。同時(shí)，在無線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的距離也進(jìn)一步縮短，使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的頻譜效率及功率效率都有所提升，并且還進(jìn)一步使其系統(tǒng)的容量有所加大。5G 技術(shù)與4G 技術(shù)相比，最突出的特點(diǎn)之一就是其數(shù)據(jù)傳輸速率變得更高。5G 技術(shù)的平均體驗(yàn)速率可以達(dá)到1 Gbps，其速率的峰值甚至達(dá)到10 Gbps，是目前4G 網(wǎng)絡(luò)速率的100倍以上。由于5G 技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率得到如此大的提升，所以在信息資源的收集、傳輸?shù)确矫娑寄軌蛴兴訌?qiáng)，能夠滿足大量數(shù)據(jù)信息的收集和傳輸需求。

另外，5G 技術(shù)還具有網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較低的特點(diǎn)，由于5G 技術(shù)的接入容量變得更大，可以實(shí)現(xiàn)一定意義上的萬物互聯(lián)，在5G 技術(shù)下，每平方千米100 萬臺(tái)的終端設(shè)備可以同時(shí)接入，能夠有效保證無線終端、海量傳感器等設(shè)備高效運(yùn)行。5G 技術(shù)在應(yīng)用過程中，既能夠增強(qiáng)移動(dòng)寬帶，又能夠很大程度地降低網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，并能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。除此之外，5G 技術(shù)可以改變4G 網(wǎng)絡(luò)較為單一的服務(wù)功能，在5G 技術(shù)下，通信網(wǎng)絡(luò)能夠在網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的作用下被邏輯分割，將其分割成為部分虛擬網(wǎng)絡(luò)。在被分割成的虛擬網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)部分都可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)功能的需求，能夠通過一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)滿足多種不同的業(yè)務(wù)需求，使5G 技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的適用能力有所提高，同時(shí)提高其靈活性，使網(wǎng)絡(luò)資源的運(yùn)維和管理更加便捷，且5G 網(wǎng)絡(luò)也在此基礎(chǔ)上具有一定的開放性[1]。

2 5G 技術(shù)在智能水電廠建設(shè)中應(yīng)用的不足

2.1 5G 技術(shù)有待成熟

中國(guó)在2019 年才開始正式商用5G 技術(shù)，雖然目前5G 技術(shù)在移動(dòng)通信領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展較為成熟，但是在其他領(lǐng)域內(nèi)，5G 技術(shù)仍處于探索階段。在水電廠建設(shè)中應(yīng)用5G 技術(shù)，其中的技術(shù)核心、技術(shù)質(zhì)量、技術(shù)的可靠性等方面仍需要進(jìn)一步成熟和優(yōu)化。尤其水電廠建設(shè)中對(duì)于安全生產(chǎn)具有較高的需求，所以要求技術(shù)要具有較高的可靠性，要保證智能水電廠建設(shè)的安全性和高效性，必須保證技術(shù)的可靠性和安全性。但是從目前的情況來看，在智能水電廠建設(shè)中5G 技術(shù)在邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)切片等方面仍需進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 5G 技術(shù)應(yīng)用范圍應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大

目前，5G 技術(shù)由于其自身的優(yōu)勢(shì)在智能水電廠建設(shè)過程中具有較多的應(yīng)用，但從整體來看，其應(yīng)用范圍還應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大，發(fā)揮更重要的作用。在水電廠建設(shè)過程中，5G 技術(shù)發(fā)揮了較大的優(yōu)勢(shì)，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、云技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用下，5G技術(shù)還應(yīng)該被應(yīng)用于更多的水電廠建設(shè)場(chǎng)景內(nèi)。當(dāng)5G技術(shù)在水電廠建設(shè)范圍不斷擴(kuò)大的情況下，5G 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本也會(huì)隨之進(jìn)一步降低，不僅能夠使智能水電廠建設(shè)更為高效，還能夠有效使水電廠內(nèi)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)與5G 技術(shù)深入結(jié)合，在5G 技術(shù)的加強(qiáng)應(yīng)用下，能夠有效幫助水電廠向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2.3 5G 技術(shù)應(yīng)提高安全防護(hù)相關(guān)技術(shù)

在水電廠建設(shè)的過程中，其安全性是重要的要求之一。在水電廠應(yīng)用5G 技術(shù)進(jìn)行建設(shè)的過程中必須保證網(wǎng)絡(luò)專用、安全分區(qū)，也就是要將5G 技術(shù)與安全防護(hù)技術(shù)相結(jié)合，避免其中的無線信號(hào)被截獲或遭到破壞。要想提高5G 技術(shù)應(yīng)用的安全性，就需要對(duì)5G 無線通信技術(shù)采用身份認(rèn)證的形式，同時(shí)利用國(guó)家加密技術(shù)將通信數(shù)據(jù)做加密處理。但是目前由于受到成本投入等限制，5G 終端接入量仍然較少，導(dǎo)致在5G 技術(shù)應(yīng)用過程中所采取的安全防護(hù)措施有限，難以全面保障5G 技術(shù)的安全性，在水電廠建設(shè)過程中難以保證5G 技術(shù)的絕對(duì)穩(wěn)定性。

3 5G 技術(shù)在智能水電廠建設(shè)中的具體應(yīng)用

3.1 各系統(tǒng)高精度授時(shí)

在智能水電廠建設(shè)中，5G 技術(shù)在其中發(fā)揮著重要的作用，其中統(tǒng)一對(duì)時(shí)十分重要，在5G 技術(shù)時(shí)鐘同步系統(tǒng)作用下，水電廠內(nèi)部所有系統(tǒng)的時(shí)鐘能夠保持同步。水電廠時(shí)鐘同步對(duì)于水電廠各個(gè)系統(tǒng)能夠在統(tǒng)一的時(shí)間下運(yùn)行具有重要的作用，并且能夠在發(fā)生事故時(shí)，通過各系統(tǒng)開關(guān)順序的先后對(duì)事故起因進(jìn)行更加準(zhǔn)確的分析，使智能水電廠在5G 技術(shù)下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。在沒有5G 技術(shù)時(shí)，水電廠各系統(tǒng)的時(shí)鐘難以實(shí)現(xiàn)高效同步，受到水電廠對(duì)時(shí)通道的限制，難以在同一的技術(shù)下保持時(shí)鐘同步。由于個(gè)別系統(tǒng)難以與時(shí)鐘同步系統(tǒng)進(jìn)行連接，將會(huì)導(dǎo)致各系統(tǒng)的時(shí)間不能完全保持一致，當(dāng)有事故發(fā)生時(shí)，技術(shù)人員難以通過系統(tǒng)記錄來查找事故起因信息，對(duì)工作人員分析事故情況造成一定影響。5G 技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的高精度授時(shí)，使水電廠內(nèi)部的對(duì)時(shí)通道不再有數(shù)量的限制，既可以完成原本高效的數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)裙ぷ鳎帜軌驅(qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的高效對(duì)時(shí)[2]。

5G 技術(shù)可以將整個(gè)水電廠內(nèi)部的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，并在繼電保護(hù)系統(tǒng)作用下進(jìn)行工作，使各類自動(dòng)化系統(tǒng)包括輔控、故障錄播、調(diào)速、信息管理系統(tǒng)等與時(shí)鐘同步系統(tǒng)進(jìn)行高效連接。另外，由于5G 技術(shù)具有更高的靈活性，所以對(duì)于水電廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)布設(shè)較為困難的區(qū)域，如隧道、地下廠房等都可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授時(shí)，使水電廠的各個(gè)區(qū)域都能夠?qū)崿F(xiàn)良好并且高精度的網(wǎng)絡(luò)授時(shí)，促進(jìn)水電廠各系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一授時(shí)。

3.2 實(shí)現(xiàn)設(shè)備全息感知

在水電廠內(nèi)，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)全部系統(tǒng)設(shè)備的感知，需要安裝各種類型的傳感器，在傳感器作用下可以將設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)督和采集，將采集到的信息作為技術(shù)人員對(duì)于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的檢查依據(jù)，對(duì)設(shè)備的故障情況進(jìn)行判斷，以此保證設(shè)備能夠在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，確保水電廠系統(tǒng)運(yùn)行效率。但是在以往的傳感器安裝過程中，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全息感知，就需要安裝大量的傳感器以滿足感知需求，而由于接線方式會(huì)受到水電廠整體容量的限制并且需要消耗大量的成本，同時(shí)在這樣的情況下，監(jiān)控的時(shí)效性也較低。尤其是針對(duì)較為老舊的電廠，在改造或者更新時(shí)，信號(hào)電纜重新鋪設(shè)更是需要消耗大量的資金。

在5G 技術(shù)的支持下，由于其具有高速率且大容量的特點(diǎn)，可以將大量的監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備同時(shí)接入，不僅能夠有效提高設(shè)備采集數(shù)據(jù)信息的精確性和時(shí)效性，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水電廠設(shè)備狀態(tài)的全息感知，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)工作人員可及時(shí)掌握水電廠全部設(shè)備的運(yùn)行情況，提高故障監(jiān)測(cè)和診斷的效率。

3.3 管理水電建設(shè)

由于水電廠的整體情況較為復(fù)雜，所以水電廠的建設(shè)工程難度較大。在水電廠內(nèi)所涉及的建設(shè)范圍較為廣泛，并且由于地下廠房的存在會(huì)導(dǎo)致建設(shè)難度進(jìn)一步加大，整體跨度較大、交叉的洞室也比較多。在建設(shè)工程施工過程中，涉及到的內(nèi)容較多，且作業(yè)較為復(fù)雜、難度較大，在水電廠內(nèi)的施工環(huán)境又不夠穩(wěn)定，在以往的網(wǎng)絡(luò)支持下，施工效率不夠高，難以滿足建設(shè)需求，為施工帶來諸多不便。水電廠水電工程的建設(shè)對(duì)于自動(dòng)化、信息化具有較高的要求，在5G 技術(shù)作用下，可以針對(duì)水電建設(shè)工程構(gòu)建全面的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于工程建設(shè)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，一旦施工中出現(xiàn)問題，可以及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，解決其中的安全隱患，使施工更加高效、高質(zhì)量。

在水電建設(shè)工程施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用5G 技術(shù)還能夠加強(qiáng)無人施工設(shè)備的運(yùn)用，在5G 技術(shù)作用下，各種無人駕駛施工設(shè)備包括無人駕駛運(yùn)輸車、無人駕駛推土機(jī)、智能挖掘機(jī)等都能夠在工程內(nèi)高效使用。由于5G 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較低，所以通過無人設(shè)備的使用可以有效提高施工的整體效率，并及時(shí)反饋施工情況，降低施工中發(fā)生安全事故的概率，同時(shí)可以在一定程度上解放生產(chǎn)力[3]。另外，在水電建設(shè)過程中，還會(huì)在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝大量的傳感監(jiān)測(cè)終端，以保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全。在5G 技術(shù)應(yīng)用下，利用其靈活性對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布設(shè)，將不便于鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)的位置也可以有效接入到網(wǎng)絡(luò)終端，使傳感監(jiān)測(cè)能夠全方位地覆蓋整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)，提高對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)管能力和控制力度。

3.4 無人巡檢系統(tǒng)

在智能水電廠建設(shè)的過程中，利用電力巡檢技術(shù)，可以將各種巡檢設(shè)備應(yīng)用在施工現(xiàn)場(chǎng)中，例如巡檢無人機(jī)、巡檢機(jī)器人等，使無人巡檢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)高效的巡檢，可以有效代替人工巡檢施工現(xiàn)場(chǎng)，提高巡檢的質(zhì)量和效率，更有利于保障施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性。在沒有應(yīng)用5G 技術(shù)時(shí)，通常是利用無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力巡檢系統(tǒng)的布設(shè)，但是這種布設(shè)方式需要大量的無線熱點(diǎn)作為支撐，對(duì)于水電廠來說所需的成本過高。但在5G 技術(shù)的應(yīng)用下，由于其網(wǎng)絡(luò)延遲較低，且操作更為可靠，可以對(duì)水電廠內(nèi)部的全部無人巡檢設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)度的控制，保證施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性，并且能夠有效提高對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制效率。

在5G 技術(shù)應(yīng)用下，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面的網(wǎng)絡(luò)布設(shè)，能夠使巡檢無人機(jī)、巡檢機(jī)器人等巡檢設(shè)備在設(shè)定下定期、自動(dòng)化地進(jìn)行巡檢工作，并且能夠及時(shí)將巡檢的畫面回傳到控制系統(tǒng)中，為管理人員提供精確的巡檢信息[4]。在5G 技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)下，可以將巡檢過程中所監(jiān)測(cè)到的異常情況進(jìn)行智能化圖像識(shí)別，并且自動(dòng)定位故障情況、自動(dòng)化分析，使施工現(xiàn)場(chǎng)的整體巡檢效率有所提高。并且在無人巡檢系統(tǒng)的操作下，能夠使巡檢更為精準(zhǔn)、更具時(shí)效性，更好地滿足水電廠建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的巡檢需求。

3.5 應(yīng)急管理指揮處理

在水電廠建設(shè)的過程中，難免會(huì)發(fā)生各種緊急事故，如搶險(xiǎn)、防汛等，需要緊急處理，在事故中，有線通信網(wǎng)絡(luò)很容易受到破壞。但是在5G 技術(shù)應(yīng)用下，就可以利用其大容量的特點(diǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)建立起臨時(shí)的應(yīng)急處理點(diǎn)和應(yīng)急處理中心，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的各種緊急情況進(jìn)行全方位掌握和及時(shí)的了解，利用5G 技術(shù)可以對(duì)事故情況進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，為現(xiàn)場(chǎng)管理人員提供準(zhǔn)確的應(yīng)急措施參考依據(jù)，對(duì)緊急事故進(jìn)行最高效的處理。同時(shí)，在處理緊急事故時(shí)，還可以使用能夠運(yùn)用5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能頭盔作為應(yīng)急處理的裝備，使在現(xiàn)場(chǎng)處理緊急事件的畫面能夠及時(shí)傳輸?shù)綉?yīng)急指揮中心，使應(yīng)急指揮中心能夠隨時(shí)掌握應(yīng)急處理情況，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)處理實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)的指揮，確保對(duì)建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)的緊急事件能夠進(jìn)行準(zhǔn)確、高效的處理。

4 結(jié)論

綜上所述，5G 技術(shù)與以往的通信技術(shù)相比具有更多的優(yōu)勢(shì)，是目前最新的通信技術(shù)形式。在智能水電廠建設(shè)的過程中加強(qiáng)利用5G 技術(shù)能夠促進(jìn)水電廠向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在5G 技術(shù)的應(yīng)用下，水電廠內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)高精度授時(shí)和設(shè)備全息感知以及可以加強(qiáng)管理水電建設(shè)和應(yīng)急管理指揮處理，并使無人巡檢系統(tǒng)能夠更加精準(zhǔn)、及時(shí)。但是目前5G 技術(shù)在智能水電廠中的應(yīng)用仍處于初步探索階段，在5G 技術(shù)不斷優(yōu)化發(fā)展下，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)能夠在智能水電廠中的更多領(lǐng)域范圍實(shí)現(xiàn)高效應(yīng)用，發(fā)揮其重要的作用。