5G在智能電網(wǎng)巡檢和測(cè)溫中的探析

于子涵

【摘要】 ? ?5G網(wǎng)絡(luò)是十四五期間智能電網(wǎng)建設(shè)的重要力量，5G通信為電網(wǎng)提供更加快捷、高效的通信服務(wù)，5G技術(shù)與智能電網(wǎng)巡檢機(jī)器人自動(dòng)巡檢相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)人巡檢，5G技術(shù)與無(wú)線無(wú)源測(cè)溫結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備、線路實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)，提高智能電網(wǎng)的運(yùn)維質(zhì)量和運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本，提高電網(wǎng)安全可靠性。

【關(guān)鍵詞】 ? ?智能電網(wǎng) ? ?5G網(wǎng)絡(luò) ? ?巡檢機(jī)器人 ? ?無(wú)線無(wú)源測(cè)溫

一、5G在智能電網(wǎng)巡檢和測(cè)溫中探析概述

智能電網(wǎng)是以應(yīng)用集成、高速的雙向通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合傳感測(cè)量技術(shù)和設(shè)備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力流和信息流的高度融合，提升電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行能力，提高電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

5G網(wǎng)絡(luò)是十四五“新基建”智能供電園區(qū)的重要力量，5G通信為可靠的電網(wǎng)提供更加便捷的電力服務(wù)，5G技術(shù)同時(shí)也是推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和提質(zhì)增效的關(guān)鍵支撐技術(shù)。5G技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá)10Gbit/s，比4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍。較低的網(wǎng)絡(luò)延遲低于1毫秒，超大網(wǎng)絡(luò)容量，提供千億設(shè)備的連接能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信，可在連續(xù)廣域覆蓋和高移動(dòng)性下用戶體驗(yàn)速率達(dá)到100Mbit/s。

5G技術(shù)與變電站巡檢機(jī)器人自動(dòng)巡檢相結(jié)合，在變電站附近建設(shè)5G信號(hào)基站，配置巡檢機(jī)器人通過(guò)5G信號(hào)實(shí)現(xiàn)巡檢任務(wù)的派發(fā)和執(zhí)行，通過(guò)預(yù)設(shè)任務(wù)計(jì)劃或單獨(dú)指令開(kāi)展設(shè)備巡檢工作，巡檢機(jī)器人配置高清攝像頭和遠(yuǎn)紅外攝像頭，巡檢機(jī)器人采用AI人工智能技術(shù)自動(dòng)識(shí)別變電站設(shè)備表計(jì)和設(shè)備報(bào)警信號(hào)，對(duì)巡檢設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別，對(duì)設(shè)備異常情況自動(dòng)篩選和識(shí)別，生產(chǎn)成巡檢記錄，并報(bào)送調(diào)度中心，以機(jī)器替人工，調(diào)高巡檢效率，降低人工成本。

5G技術(shù)與一體式測(cè)溫項(xiàng)目相結(jié)合，將變電站內(nèi)設(shè)備、線路配置無(wú)線無(wú)源一體式測(cè)溫裝置，通過(guò)5G信號(hào)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫裝置實(shí)時(shí)信息的24小時(shí)不間斷上傳，實(shí)現(xiàn)變電站主要設(shè)備溫度信息一體式測(cè)溫，完成主要設(shè)備測(cè)溫信息的實(shí)時(shí)更新。

二、關(guān)鍵技術(shù)探析

2.1智能電網(wǎng)

十四五期間迎來(lái)智能電網(wǎng)快速發(fā)展期，智能電網(wǎng)是在常規(guī)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上衍生而來(lái)，通過(guò)融入自動(dòng)化技術(shù)、信息化技術(shù)、5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，將電網(wǎng)運(yùn)行水平整體提升，減少對(duì)人工依賴，逐步實(shí)現(xiàn)智能化。

智能電網(wǎng)具備更加安全可靠的保證系統(tǒng)，以提高輸送電能質(zhì)量為基礎(chǔ)，盡可能避免設(shè)備故障或者安全事故，遇到電網(wǎng)設(shè)備故障能自動(dòng)識(shí)別故障類型并立即做出預(yù)判，減少事故范圍，在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)電網(wǎng)正常運(yùn)行。智能電網(wǎng)更加集成、兼容，智能電網(wǎng)融合了電力、通信、自動(dòng)化、信息化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等多種新技術(shù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和梳理，建立統(tǒng)一的電力數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電力數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，減少信息孤島效應(yīng)，不斷優(yōu)化電網(wǎng)的管控能力，將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集成在數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性數(shù)據(jù)調(diào)取。

實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)主要要依靠關(guān)鍵技術(shù)，包括通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、智能儀表、智能傳感裝置，通過(guò)布置大量的傳感器，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)物與物之間的通信和數(shù)據(jù)交換，巡檢機(jī)器人和一體式無(wú)線無(wú)源測(cè)溫作為其中一個(gè)組成部分用于實(shí)踐智能電網(wǎng)建設(shè)。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、覆蓋及5G設(shè)備組網(wǎng)方式

5G網(wǎng)路技術(shù)具備增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶eMBB 、海量機(jī)器類通信mMTC 和超可靠低時(shí)延通信uRLLC等特性，增強(qiáng)了無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性和確定性。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)可滿足智能電網(wǎng)的自動(dòng)巡檢和無(wú)線測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)回傳的需求。

在智能電網(wǎng)中采用多條天線同時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)，能夠?qū)o(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行更廣闊的覆蓋，根據(jù)該項(xiàng)目5G信號(hào)覆蓋需求，分別建設(shè)1處宏站，1處室分進(jìn)行整體覆蓋。室分設(shè)備主要通過(guò)配置BBU和RRU，BBU、RRU之間通過(guò)光纜連接，實(shí)現(xiàn)變電站區(qū)域內(nèi)5G信號(hào)全覆蓋。

2.3巡檢機(jī)器人自動(dòng)巡檢

變電站未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是用機(jī)器取代人工，變電站通常采用巡人工巡檢，巡檢時(shí)間、巡檢頻次和巡檢質(zhì)量都無(wú)法得到保證。

通過(guò)在110kV變電站110kV室、35kV室、控制室、變壓器室、電容器室等配置輪式巡檢機(jī)器人或軌道式巡檢機(jī)器人，完成變電站日常巡檢和特殊巡檢，提升巡檢質(zhì)量，解放勞動(dòng)力，提高巡檢效率，有效避免了因巡檢人員專業(yè)技術(shù)水平不強(qiáng)而未能發(fā)現(xiàn)缺陷和隱患的問(wèn)題，推進(jìn)了無(wú)人化變電站的發(fā)展，提高巡檢自動(dòng)化和智能化程度。

在巡檢機(jī)器人內(nèi)配置高清可見(jiàn)光相機(jī)、紅外熱成像儀、高畫(huà)質(zhì)的攝像機(jī)、局部放電等設(shè)備，通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、模塊化設(shè)計(jì)功能、圖像識(shí)別功能、多傳感器融合技術(shù)、圖像智能識(shí)別與分析技術(shù)和巡檢報(bào)告自動(dòng)生成等功能，提前發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備安全隱患和設(shè)備故障，對(duì)變電站內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，多角度、多方位進(jìn)行巡視，能夠精準(zhǔn)定位巡檢位置，判斷柜體指示燈狀態(tài)、分合閘狀態(tài)、儀表讀數(shù)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫，實(shí)現(xiàn)設(shè)備致熱現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與缺陷診斷，通過(guò)高畫(huà)質(zhì)的攝像機(jī)對(duì)巡檢過(guò)程進(jìn)行全程拍攝，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)刻、不同位置配電柜的局放監(jiān)測(cè)。

電力巡檢機(jī)器人主要由檢測(cè)層、傳輸層和接收層組成，檢測(cè)層主要由定位系統(tǒng)、云臺(tái)控制系統(tǒng)、紅外采集系統(tǒng)、可見(jiàn)光采集系統(tǒng)組成，傳輸層主要通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制信號(hào)的傳送，接收層主要通過(guò)客戶端對(duì)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收并發(fā)出指令。通過(guò)5G信號(hào)實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人巡檢任務(wù)派發(fā)，機(jī)器人對(duì)巡檢信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、篩選，對(duì)巡檢內(nèi)容和結(jié)果通過(guò)5G信號(hào)實(shí)現(xiàn)巡檢記錄上傳，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)任務(wù)計(jì)劃和臨時(shí)指令兩種模式的巡檢工作，巡檢結(jié)束后自動(dòng)形成巡檢記錄單，對(duì)巡檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備照片和視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)回傳。

電力巡檢機(jī)器人對(duì)變電站相關(guān)電力數(shù)據(jù)獲取、傳輸、分析預(yù)警、決策起到了至關(guān)重要的作用，并在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)凸顯其優(yōu)勢(shì)，不受惡劣天氣、交通等極端情況影響，隨時(shí)掌控變電站運(yùn)行狀態(tài)。

2.4一體式無(wú)線無(wú)源測(cè)溫

變電站電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于運(yùn)行過(guò)程，電氣設(shè)備連接部位會(huì)因老化和接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱，進(jìn)而導(dǎo)致接頭異常升溫甚至引發(fā)燃爆事故。變電站內(nèi)開(kāi)關(guān)柜電氣設(shè)備安裝密集，一旦發(fā)生事故會(huì)引發(fā)對(duì)應(yīng)出線大量電氣設(shè)備損壞，出線線路停電，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，隨著近些年傳感器技術(shù)日臻完善，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)快速發(fā)展，無(wú)線測(cè)溫技術(shù)在輸變電設(shè)備應(yīng)用技術(shù)已是非成熟。主要的測(cè)溫方式有紅外測(cè)溫、電池供電測(cè)溫、CT取電式測(cè)溫、電場(chǎng)能測(cè)溫，結(jié)合變電站和線路的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，選用無(wú)線無(wú)源CT取電式測(cè)溫和電場(chǎng)能測(cè)溫兩種方式相結(jié)合，在變電站主要設(shè)備和線路上實(shí)現(xiàn)一體式無(wú)線測(cè)溫。

每個(gè)溫度傳感器帶有唯一的編碼，通過(guò)接觸式測(cè)溫，主要在變電站設(shè)備、線路配置無(wú)線無(wú)源一體式測(cè)溫裝置，利用變電站設(shè)備和線路自帶的電壓和電流為測(cè)溫模塊取電，避免電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)因更換電池而被迫停電的問(wèn)題，為后期的系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)節(jié)省了維修成本，可實(shí)現(xiàn)-40～+150℃范圍內(nèi)的測(cè)溫。

溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要為斷路器觸頭、電纜接頭、變壓器接線柱及周邊桿塔電纜接頭，每個(gè)觸頭各配置一個(gè)無(wú)線無(wú)源測(cè)溫模塊，通過(guò)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)通通過(guò)5G信號(hào)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫裝置實(shí)時(shí)信息的24小時(shí)不間斷上傳，實(shí)現(xiàn)變電站主要設(shè)備溫度信息一體式測(cè)溫的，完成主要設(shè)備測(cè)溫信息的實(shí)時(shí)更新。

三、預(yù)期效果分析

以110kV電壓等級(jí)變電站為應(yīng)用對(duì)象，在變電站附近搭建5G基站，實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)的全覆蓋，在變電站內(nèi)配置電力巡檢機(jī)器人，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人的自動(dòng)巡檢、特殊巡檢等工作，在變電站主要電氣設(shè)備和線路上配置一體式無(wú)線無(wú)源測(cè)溫模塊，通過(guò)5G實(shí)現(xiàn)測(cè)溫裝置的24小時(shí)不間斷測(cè)溫功能，為智能電網(wǎng)的發(fā)展提供了可靠的關(guān)鍵技術(shù)支撐。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，5G技術(shù)在智能電網(wǎng)的相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣，越來(lái)越寬泛，而電力巡檢機(jī)器人和一體式無(wú)線無(wú)源測(cè)溫作為智能電網(wǎng)應(yīng)用的一小部分，通過(guò)探析，推動(dòng)變電站運(yùn)維向無(wú)人化方向發(fā)展，極大提高巡檢效率和巡檢質(zhì)量，彌補(bǔ)了惡劣環(huán)境、惡劣條件人工巡檢存在的問(wèn)題，降低運(yùn)維成本，提高電網(wǎng)安全可靠性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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