變電站遠程智能巡檢系統(tǒng)研究與應用

［摘 要］針對目前變電站運行過程中存在的巡檢不及時、漏巡檢、故障判斷不準、現(xiàn)場環(huán)境對人身安全存在隱患等問題，將監(jiān)測技術、通信技術和信息處理技術相結合，構建變電站遠程智能巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠實時感知、遠程監(jiān)測、智能巡檢各種類型的變電設備，其架構分為應用端、通信端和服務端3 個層次。將該系統(tǒng)應用于變電站的遠程巡檢工作中，可實現(xiàn)對變電站的遠程圖像采集和聯(lián)動，進而實現(xiàn)變電站的智能巡檢，對出現(xiàn)問題的設備進行實時報警，以進行高效的處理。

［關鍵詞］變電站；遠程；智能巡檢；系統(tǒng)研究

［中圖分類號］TM63 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0018–03

1 變電站遠程智能巡檢系統(tǒng)結構設計

1.1 系統(tǒng)需求分析

基于智能化的設備和通訊能力，變電站遠程智能巡檢系統(tǒng)應具備精確獲取變電站的設備運行狀況、時間、地理位置等信息功能，同時還應具備預測設備運行情況，并在設備出現(xiàn)故障的情況下，做出正確預警的功能。因此，對變電站遠程智能巡檢系統(tǒng)提出實時、可靠和智能化的要求。

系統(tǒng)需基于統(tǒng)一的標準采集數(shù)據(jù)/ 圖象，向服務端發(fā)送檢測信息，建立檢測方案，進行檢測預警；需具有對設備進行連接的能力，確定故障位置，對其風險及緊急程度進行評價，并提出相應的對策，從而達到遠程智能巡視的目的。

1.2 系統(tǒng)結構框架

利用.net 框架和VS2018 的軟件， 對遠程智能巡檢系統(tǒng)進行架構設計。該系統(tǒng)采用B/S 3 層分布式網(wǎng)絡架構，其中包括服務端、應用端和通訊端3 個部分。服務端使用B/S 體系結構、SSH 架構、SQLServer2015。而通訊端則是以ASP.NET 為基礎，結合第三方庫以非同步方式進行數(shù)據(jù)交換。應用端的主要用途是控制安裝在變電站現(xiàn)場的各種溫濕度傳感器、紅外熱成像設備、可見光成像設備等。作為系統(tǒng)的核心部分和功能執(zhí)行者，應用端既可單獨運行，也可以集群操作，即可在后臺對各種終端設備進行一對一、多對一的控制。

2 變電站遠程智能巡檢系統(tǒng)功能模塊設計

2.1 管理服務子系統(tǒng)

管理服務子系統(tǒng)負責初始化設置系統(tǒng)及裝置信息，制訂和啟動巡視工作，執(zhí)行巡視記錄查詢、報警信息查詢等功能。

該系統(tǒng)按照工作人員的權限，設定用戶的登陸密碼，建立VPN，賦予不同人員訪問權限，并將裝置的基礎資料輸入，與智能裝置相對應。通過對故障點的實時監(jiān)控，實現(xiàn)對故障部分或全部的監(jiān)控與追蹤，并將其具體的操作狀況記錄下來，向服務器反饋有關設備、輔助設備及測試設備的警報情況。管理服務子系統(tǒng)信息模型如圖1 所示。

圖1中，MS_User Login類實現(xiàn)對用戶的注冊認證；MS_User Information 類用于保存系統(tǒng)中使用者的基本資料，其中包括姓名、身份、權限等；MS_DeviceInformation 類記錄設備基本信息和具體運行參數(shù)信息，如各種軟、硬件信息、功能集合等；MS_main類是功能聚合類，現(xiàn)實可用功能，可單獨下載巡檢任務、啟動巡檢任務，并將其上載到MES 中；MS_Polling 類用于巡檢模式的選取，有MS_auto_polling智能自動巡檢模式、MS_manual_polling 人工巡檢模式；MS_Report 類包含巡檢內容、巡檢狀態(tài)報告等功能；MS_Breakdown 類包含各種類型裝置警報和系統(tǒng)警報；使用MS_Time 類來獲得實時的數(shù)據(jù)。

2.2 通訊模塊

該系統(tǒng)利用WIA 網(wǎng)絡為各數(shù)據(jù)主體進行通訊，并將各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)進行收發(fā)，從而達到在兩個對等應用實體之間進行數(shù)據(jù)傳遞。在客戶端使用客戶端服務器通訊方式，支持動態(tài)非中間單播傳輸方式，使用Publisher Subscriber 方式預配置并定期發(fā)送數(shù)據(jù)，在突發(fā)情況下使用Report-Sink 通訊方式支持非周期性消息傳送。

WIA 的應用程序層可支持B/S 通訊。由Client端向 B/S 端口傳送操作資源、操作動作和內容。B/S對所收到的消息進行裝封處理，通過應用子層中的數(shù)據(jù)傳送原語將封裝信息以及VCR_ID 提交至應用子層，遵循Client-Server 的傳輸，并與服務器端的響應信息相匹配。

開關柜溫度監(jiān)測終端與管理子系統(tǒng)應用進程利用B/S 接口，實現(xiàn)對開關柜溫度報告的修改。

開關柜溫度檢測終端通過切換數(shù)據(jù)和子模塊的信息建模實現(xiàn)對開關柜的監(jiān)測。通過B/S 界面對原始和目標地址之間的虛擬通信關系進行檢索，對探測數(shù)據(jù)進行封裝。將已包裝好的B/S 架構信息傳送至服務器側的WIA 應用程序，并通過REPLY 服務對更改的消息進行應答。

2.3 遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)

2.3.1 狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)

狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)的工作流程是對變電站運行的各種設施進行智能化巡視。在收到監(jiān)控命令的情況下，測試裝置及儀表啟動。利用紅外成像的聯(lián)機分析技術，得到一次裝置熱力圖，實現(xiàn)對系統(tǒng)故障位置的準確定位，以及對系統(tǒng)中異常值的實時傳輸和報警。利用實時監(jiān)控功能，實現(xiàn)對變電站內氣體成分、壓力、濃度、溫度等參數(shù)的實時監(jiān)控，當超出設定的臨界值時，發(fā)出警告，并將其上載。對其進行實時監(jiān)控，進而實現(xiàn)對漏電、阻抗的實時監(jiān)控，并分析裝置工作狀態(tài)，對出現(xiàn)的異常情況進行預警。開關柜的穩(wěn)定性測試主要用來探測開關觸點和電纜頭的位置，并及時發(fā)現(xiàn)異常情況。容性設備絕緣測試主要監(jiān)控電容式設備、蓄電池及直流屏幕的工作狀態(tài)，并對出現(xiàn)的異常情況進行報警。

狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要是對監(jiān)控數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)和預測數(shù)據(jù)進行緩存。其中的數(shù)據(jù)包含監(jiān)視數(shù)據(jù)庫類描述數(shù)據(jù)庫的特性；將紅外成像探測的信息，如溫度參數(shù)、紅外特征值等存儲在Infrared DetectionData 類中；SF6 Data 類儲存SF6 氣體含量、氣壓、微量水量；Capacititive Equipments Data 類別，儲存電容式初級裝置的資料，如變電站電流/ 電壓互感器、變壓器套管、電容、避雷器等，并記錄電容電流、避雷器電阻、系統(tǒng)電壓等資料。

2.3.2 智能輔助子系統(tǒng)

智能輔助子系統(tǒng)實現(xiàn)對變電站內各種裝置的實時監(jiān)測和控制。當裝置出現(xiàn)故障時，周圍的攝像機會將其與故障位置相連接，記錄其狀態(tài)，并將其上載到數(shù)據(jù)庫中。在收到監(jiān)測中心的控制命令后，該子系統(tǒng)按照指示的要求將攝像機轉向并進行人工記錄。在開啟影像時，可針對不同的光照、氣溫等因素，開啟燈光補償或調解空調的工作方式，提高影像輸入的質量。在該子系統(tǒng)中配置溫濕度和氣體濃度濃度探測器，實現(xiàn)區(qū)域內溫度場、濕度場、污染物分布及濃度的監(jiān)控，并將相關信息傳輸至服務器。

該系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)視頻監(jiān)控、遠程控制、安全防范等功能。其中包含遙控類型，如遙控燈光、空調開關等。

2.3.3 報警廣播接口

當變電站的某一裝置出現(xiàn)問題時，需通過廣播方式向全網(wǎng)進行通告，以提醒當值的工作人員。針對這種情況，遠程智能巡檢系統(tǒng)設計報警廣播界面，使報警信息能夠快速可靠地傳播。WIA 的應用子層采用Report-Sink 的方式，通過將感知到的警報信息和相應的業(yè)務子層的信息一起發(fā)送至用戶子層，同時，還提出基于Report-Sink 的數(shù)據(jù)流的方法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)無周期性的突發(fā)數(shù)據(jù)傳遞。在環(huán)境監(jiān)測進程調用讀/救（R/S）信息界面實現(xiàn)警報監(jiān)視，并在WIA 中通過使用R/S 消息業(yè)務，將不必要的DLL 資源進行刪除，并通過向系統(tǒng)中的各裝置進行通告，以提示協(xié)同監(jiān)控。

3 變電站遠程智能巡檢系統(tǒng)應用

3.1 系統(tǒng)運行環(huán)境

變電站遠程智能巡檢系統(tǒng)服務器操作系統(tǒng)為微軟Windows7或更高的操作系統(tǒng)，且網(wǎng)絡服務器為II8.0、IE8.0 或更高的瀏覽器。該系統(tǒng)的用戶端包含與互聯(lián)網(wǎng)相連接的計算機與手機，并采用微軟Windows 及以上的操作系統(tǒng)。

3.2 功能測試

為了方便驗證，系統(tǒng)對硬件平臺進行IP 地址設定，通過服務器端嵌入式Web 服務器掛起，使用用戶端瀏覽器輸入服務器地址登入服務器。在系統(tǒng)登陸畫面上可輸入帳號和密碼，點擊登陸就可登陸到服務器。

在進入系統(tǒng)的主界面后，系統(tǒng)分為巡檢、缺陷、設備和系統(tǒng)管理4 大功能。每一個功能模塊，又進一步細分為各個子模塊。

系統(tǒng)實現(xiàn)對變電站圖象信息的實時采集，能夠對裝置、儀表的工作狀況進行分析。利用高分辨率攝像機與布置測點采集現(xiàn)場儀器的影像及數(shù)據(jù)。通過對被測物體表面的溫度進行測量，以及對被測物體表面的溫度分布進行分析，從而判斷出被測物體的溫度。將系統(tǒng)中的圖片及相關參數(shù)等數(shù)據(jù)一起傳送至監(jiān)控系統(tǒng)中，使用者可在巡檢系統(tǒng)中直觀地看到監(jiān)控結果。例如，對某一電抗器的紅外測溫過程中，可通過系統(tǒng)電抗器遠程端獲取感應器的最高溫度、最低溫度和中間溫度，并用不同色彩加以區(qū)別。一旦有某一相電抗器溫度值超出設定的數(shù)值，則會產(chǎn)生相應的語音警報。

根據(jù)設備登記、電壓等級等信息，對設備故障進行統(tǒng)計分析，并將故障信息以圖形方式顯示出來。使用者可瀏覽各變電站的工作狀況，其中包括故障設備、故障位置、故障狀況、現(xiàn)場巡視時所拍照的故障照片和故障處置進度。運維人員按照故障狀況進行相應處置，并及時將故障處置過程中出現(xiàn)的問題反饋給后臺進行管理。

4 結束語

文章針對智能變電站的建設需求，提出了一種基于數(shù)據(jù)采集、通訊和應用管理的遠程智能巡檢系統(tǒng)。通過對其進行架構設計，劃分管理服務子系統(tǒng)、通訊模塊和遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)3 部分。采用變電站遠程智能巡檢系統(tǒng)能夠對設備進行實時監(jiān)測，并進行廣播式預警，可在預定時段對變電站各設備進行巡視，并通過遠程監(jiān)控，進行遠距離的圖形數(shù)據(jù)采集與聯(lián)動，從而實現(xiàn)遠程智能化監(jiān)測。

參考文獻

[1] 劉子俊，王廷凰. 基于AR 文字識別技術實現(xiàn)二次設備定值修改[J]. 自動化與儀器儀表，2019（2）：161-164.