變電站智能巡視技術(shù)研究

南京國電南自軟件工程有限公司 管曉靜

改革開放以來，我國各個行業(yè)在市場化方面都得到不斷推進(jìn)，從而使供電企業(yè)從單一生產(chǎn)型企業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型，而人們對于供電安全性、用電質(zhì)量等要求也在不斷提高。為了使變電站得到有效管理，促進(jìn)變電站經(jīng)濟(jì)效益得到提升，要使其能夠在市場中具有更強的競爭力，就需要使其具有更多功能。由此是在變電站運行過程中，對于其安全可靠性提出了更高的要求。因此，在電力企業(yè)當(dāng)中，就需要做好對變電站的巡視，而針對變電所智能化巡檢技術(shù)的研究，也就極具現(xiàn)實價值。

1 研究變電站智能巡視技術(shù)的意義

隨著我國改革的不斷深入，數(shù)字經(jīng)濟(jì)得到不斷發(fā)展，從而對于環(huán)境管理的要求也在不斷加強，各個國家的能源政策在不斷優(yōu)化，電網(wǎng)和電力市場以及用戶之間的關(guān)系變得更加密切。用戶對電能質(zhì)量需求的不斷增長，使得傳統(tǒng)電網(wǎng)很難再適應(yīng)這種需求。為了使傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)得到更好地發(fā)展，智能電網(wǎng)被提上了議事日程。當(dāng)前，世界各國對智能電網(wǎng)尚無統(tǒng)一的概念，但普遍認(rèn)為，基于物理電網(wǎng)，是與現(xiàn)代先進(jìn)的一些技術(shù)相融合，從而形成了“智能電網(wǎng)”。變電站智能化已成為電力系統(tǒng)的發(fā)展方向。而對變電站運行進(jìn)行巡視是重要內(nèi)容，其能有效檢查設(shè)備運行狀況，從而保障設(shè)備運行的安全性?，F(xiàn)階段，還有許多變電站并未實施統(tǒng)一管理，同時在巡視中還存在許多問題。第一，沒有為每一座變電站的特定裝置制訂詳細(xì)的巡視檢查標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)規(guī)程。其次，各分站之間缺少對設(shè)備進(jìn)行測試和更換的工作及信息管理。第二，在日常巡查、專項巡查、夜間巡查的管理方面，很難確保巡查值班人員真正到崗，按照規(guī)范進(jìn)行作業(yè)。第三，不方便管理人員直觀地、及時地管理變電站的運行狀況以及巡視檢查的狀況。第四，紙面記錄所采集到的數(shù)據(jù)信息缺乏一定的統(tǒng)計查詢功能，無法實現(xiàn)對每一臺設(shè)備運行情況的自動統(tǒng)計，從而為維修工作提供支持[1]。我國智能電網(wǎng)得到一定發(fā)展的同時，日常巡視中也逐漸暴露出一些問題，高效收集巡視的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行統(tǒng)計與分析，才能在一定時間內(nèi)對故障進(jìn)行排除，從而避免設(shè)備出現(xiàn)安全問題。

2 應(yīng)用變電站智能巡檢設(shè)備的必要性

傳統(tǒng)的變電站巡檢，多采用人工方法，即靠員工的經(jīng)驗，對自身工作情況進(jìn)行判斷。這種方法能夠取得一定成果，但仍有工作強度大、巡查質(zhì)量分散、巡查手段單一、巡查效率低等不足，且巡查時，容易因個人因素產(chǎn)生誤差，從而導(dǎo)致巡檢結(jié)果不準(zhǔn)確，使得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)無法第一時間發(fā)送至MIS。此外，在日常巡檢、專項巡檢和夜間巡檢管理中，傳統(tǒng)巡檢很難確保巡檢人員真正到位，按照規(guī)范作業(yè)。現(xiàn)階段由于無人值班模式的普及，在一定程度上使巡視人員的工作量加大，從而無法保障巡視準(zhǔn)確率[2]。

為了確保人們用電的需要，在變電站中進(jìn)行巡檢，必須采用智能化的巡檢裝置。通過地面巡視和空中巡視，減少變電站維修人員的工作負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)無人值守、少人值守背景下，對變電設(shè)備進(jìn)行巡視檢測，從而能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的問題，并自動進(jìn)行報警，切實做到減少人工費用，增強巡視效果的作用，并能夠促進(jìn)變電站在無人值守的情況下得到更好發(fā)展。

3 簡析變電站智能巡視系統(tǒng)設(shè)計的方法

第一，在變電站當(dāng)中，為了加強巡視的安全性，可以通過設(shè)計智能巡視系統(tǒng)的方式，來給人們提供一個安全、便捷的巡視平臺。智能巡視系統(tǒng)主要是由手持式智能監(jiān)視器所組成的[3]。這個裝備可以使人工巡視、帶電檢測等，朝著智能化方向進(jìn)行發(fā)展，并且智能巡視系統(tǒng)還可以和PMS2.0進(jìn)行信息傳遞，并與RFID 技術(shù)進(jìn)行銜接，以此使帶電檢測的效率得到有效提升。

第二，智能巡視系統(tǒng)還可以利用無線網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞到智能云檢測系統(tǒng)當(dāng)中，以此來實現(xiàn)全自動輸入，避免人工輸入的錯誤。智能巡視系統(tǒng)內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)記錄模板，還可以與紅外鏡頭進(jìn)行結(jié)合，以此推動紅外成像設(shè)備向小型化轉(zhuǎn)變。

第三，設(shè)計智能巡視系統(tǒng)平臺主要是采用 B/S結(jié)構(gòu)，通過在WEB 平臺上建立數(shù)據(jù)庫，來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和開發(fā)等相關(guān)工具編制，向巡視設(shè)備傳遞巡視任務(wù)，再由巡視人員將巡視結(jié)果傳遞至平臺管理系統(tǒng)當(dāng)中，從而幫助管理人員做好數(shù)據(jù)分析工作，進(jìn)而對變電設(shè)備是否存在隱患進(jìn)行判斷，以此來提高設(shè)備的運行管理質(zhì)量，同時也能避免出現(xiàn)巡檢不到位的問題。巡視系統(tǒng)還能促進(jìn)巡視管理的規(guī)范化、科學(xué)化，并確保巡視制度得到落實，保障巡視任務(wù)能夠有效進(jìn)行，從而提高巡視數(shù)據(jù)的真實性。

第四，將巡視工作劃入到設(shè)備管理過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)無紙化管理，從而確保與其他部門的信息共享。如圖1所示，為智能巡視過程。

圖1 智能巡視過程圖

4 變電站智能巡視技術(shù)研究

4.1 紅外熱圖像處理技術(shù)

變電站的設(shè)備在運行時，會引起一些參數(shù)的變化，如負(fù)荷的變化、設(shè)備的壓力的變化等[4]。很多時候，人工巡視設(shè)備是否發(fā)生故障，都是依據(jù)設(shè)備的工作狀態(tài)來判斷的，一般是觀察設(shè)備工作時的溫度。而智能巡視技術(shù)應(yīng)用在變電站時，就需要將設(shè)備作為巡視工具，利用紅外熱圖像處理技術(shù)，來監(jiān)測設(shè)備溫度的特征，其反應(yīng)信息主要是以溫度分布熱成像圖來進(jìn)行體現(xiàn)。

同時，該設(shè)備可以將熱成像圖上傳至管理平臺，從而讓相關(guān)人員將收集到的信息，進(jìn)行針對化分析，進(jìn)而對設(shè)備是否存在故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。由于變電站內(nèi)的環(huán)境比較復(fù)雜，巡檢設(shè)備很可能會受外界噪聲的影響，進(jìn)而影響到測試的精度。因此，要獲得精確的巡檢數(shù)據(jù)，必須消除外界的干擾，使儀器不受外界因素的影響，從而提高溫度測量的精度。

第一，可將便攜式攝像機用于智能巡視裝置[5]。CCD 傳感器用于獲取野外巡邏信息，并對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚捎闷交?、增強的方式對紅外圖像進(jìn)行消除噪聲處理，使其能夠更加清晰，便于識別。

第二，對于已經(jīng)進(jìn)行了以上處理的紅外圖像進(jìn)行分段、濾波處理，并對其進(jìn)行分割，根據(jù)分割后的圖像特征，對其進(jìn)行相應(yīng)的分類，并對其進(jìn)行分析，進(jìn)而對熱成像圖中的缺陷部位進(jìn)行分析，使其在發(fā)送定位信息的同時，也能使警報信號一同被發(fā)送出去。

第三，需要對突發(fā)的事故進(jìn)行保存并匯總，將其存入后臺數(shù)據(jù)庫之中。一般情況下，所得到的紅外熱圖像信息并不能直接用于實際，而是要進(jìn)一步處理。例如，可以將混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于關(guān)聯(lián)圖像的融合與運算中，最大限度地發(fā)揮其作用。圖2所示為紅外熱圖像圖。

圖2 紅外熱圖像圖

4.2 視覺導(dǎo)航技術(shù)

視覺導(dǎo)航是指變電站的巡檢設(shè)備按照規(guī)劃好的路線，使用隨身攜帶的CCD 攝像機，對其進(jìn)行巡邏拍照，并提取道路圖像，對巡邏路線進(jìn)行識別，從而能夠根據(jù)規(guī)劃好的路徑來完成巡視。由此，在該技術(shù)使用過程中，其實時性、穩(wěn)定性是極為重要的，所以利用模糊邏輯來輔助視覺導(dǎo)航，由此在光線較強的前提下，就能獲得良好的巡視結(jié)果。第一，在已有的檢測路徑上布設(shè)導(dǎo)向線，通過CCD 獲取檢測路徑上的視頻圖像，對檢測路徑進(jìn)行預(yù)處理和圖像色彩分割。第二，利用形態(tài)學(xué)濾波對圖像進(jìn)行消噪，并利用B 樣條曲進(jìn)行擬合，從而得到引導(dǎo)線。第三，利用模糊控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對導(dǎo)向線條的自動追蹤，同時還可以根據(jù)視覺導(dǎo)航出現(xiàn)的參數(shù)變化，及時調(diào)整航線，以導(dǎo)引線作為巡視路徑，沿預(yù)定路徑完成機器人的巡視任務(wù)。

4.3 路徑規(guī)劃技術(shù)

根據(jù)巡視設(shè)備的規(guī)劃目標(biāo)，可以將路徑規(guī)劃分為兩個模式，即全局、局部。在全局規(guī)劃中，巡視設(shè)備需要根據(jù)任務(wù)信息，來選擇最佳的路徑，如路線最短、不需要爬坡等。局部規(guī)劃是在全局路線規(guī)劃的基礎(chǔ)上，對巡視環(huán)境中的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，并向巡視設(shè)備傳遞命令信息，使巡視設(shè)備上的攝像裝置能夠按照命令行駛。

4.4 無人機巡檢技術(shù)

第一，無人駕駛飛機。搭載了移動照相機、驅(qū)鳥裝置、紅外線成像裝置等，其核心部件包括馬達(dá)、飛行控制模塊、電子調(diào)制器、動力電池、全球定位系統(tǒng)模塊、慣性測量器、云臺等。

第二，地面站。其與無人機進(jìn)行通信，以保證飛行按照規(guī)定的軌道和特定的時刻進(jìn)行。利用地面接收站的有關(guān)軟件，設(shè)計出一套詳細(xì)的無人機飛行路線圖，然后將其與飛行模塊、GPS 模塊和慣導(dǎo)模塊進(jìn)行組合，確定飛行路線。

第三，便攜式攝像機。其主要工作是檢測與變電所配置的內(nèi)部斷路器，隔離開關(guān)等對應(yīng)的開關(guān)位置，以及設(shè)備的實際運行狀況。該便攜式攝像機有1200萬像素，傳輸速度為30Mb/s，并采用AV 接口來傳送數(shù)據(jù)。

第四，紅外線成像器是利用紅外成像的變壓器進(jìn)行工作，從設(shè)備溫度，來判斷設(shè)備絕緣、導(dǎo)電等狀態(tài)。一般采用制冷型紅外線成像儀，溫度范圍從-40℃～550℃，數(shù)據(jù)傳送端口使用USB接口。

第五，驅(qū)鳥裝置，主要是將停在變電所內(nèi)的鳥兒趕走，以防止鳥窩和不同種類的鳥兒造成短路。可以使用多種方式的驅(qū)鳥機，一般有聲光和超聲兩種方式。通過一個轉(zhuǎn)換開關(guān)，可以在驅(qū)動方式上進(jìn)行轉(zhuǎn)換。用1.5V 的干電池作為驅(qū)鳥裝置，通過支撐裝置將驅(qū)鳥裝置固定在無人機的機架上。

5 結(jié)語

總言之，智能巡視設(shè)備和傳統(tǒng)人工巡視方式相比，智能巡視設(shè)備具有更強的靈活性，其還能減少巡查人員的工作量，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)無紙化和信息化，還可以針對可能存在的安全隱患在第一時間進(jìn)行處理。從某種意義上講，通過運用智能巡檢系統(tǒng)，其可以更好地保證安全，保障巡檢的準(zhǔn)確及有效，以防止意外的發(fā)生，還可以防止人為因素造成的影響，從而實現(xiàn)變電所運維一體化。還能加強巡視的客觀與強制性，及時將故障排除，以此確保設(shè)備的安全與可靠，促進(jìn)整個電力行業(yè)得到進(jìn)一步提升。所以，相關(guān)部門需要加強對智能巡檢的關(guān)注度，通過研究其技術(shù)，提高巡視的質(zhì)量，促進(jìn)巡視設(shè)備得到更好地發(fā)展。