基于人工智能技術(shù)的電廠跑冒滴漏智能檢測(cè)系統(tǒng)研究

李智華，易力

（1.神華國(guó)華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司，山東 濰坊 262700；2.北京電科智擎科技有限公司，北京 100000）

電廠是關(guān)乎國(guó)家能源安全和人民生活質(zhì)量的電力生產(chǎn)基地。電廠設(shè)備檢測(cè)環(huán)境嘈雜，監(jiān)測(cè)周期短，需要大量的時(shí)間和精力。同時(shí)，需要巡檢人員具有強(qiáng)烈的責(zé)任感。而電廠設(shè)備的“跑冒滴漏”現(xiàn)象不僅會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，也會(huì)威脅電廠工作人員的安全。電廠設(shè)備跑冒滴漏主要涉及水、煙氣、酸堿溶液、油、蒸汽、煤粉、電火花、火焰等多種物質(zhì)的跑冒滴漏。電廠設(shè)備一旦出現(xiàn)跑冒滴漏，不但污染環(huán)境，還會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員造成職業(yè)危害，增加電廠安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的電廠設(shè)備跑冒滴漏檢測(cè)依賴現(xiàn)場(chǎng)人員的定期檢查。通常，檢查整個(gè)電廠設(shè)備的平均時(shí)間間隔為2.5h。如果檢查人員疏忽懈怠，就很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)電廠設(shè)備跑冒滴漏，導(dǎo)致事故影響范圍擴(kuò)大。因此，有必要設(shè)計(jì)和運(yùn)用基于人工智能技術(shù)的電廠設(shè)備智能檢測(cè)系統(tǒng)，以準(zhǔn)確快速識(shí)別各種物質(zhì)的跑冒滴漏，從而及時(shí)向管理站點(diǎn)發(fā)送警報(bào)，以提高電廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理水平以及應(yīng)急處置能力。

1 電廠跑冒滴漏智能檢測(cè)系統(tǒng)的主要功能需求

電廠智能檢測(cè)系統(tǒng)采用圖像分析、聲音分析、溫度分析等多種方法檢測(cè)油、水、氣、蒸汽、煙、灰、煤等各種現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的跑冒滴漏并能及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)出報(bào)警，有效提高電廠生產(chǎn)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)急響應(yīng)能力。對(duì)于高溫高壓管線（主蒸汽管線、再熱蒸汽管道、供水管線等），重點(diǎn)檢查焊縫、閥門(mén)、法蘭、彎頭、三通和取樣管線等潛在泄漏部位，確保智能檢測(cè)系統(tǒng)快速準(zhǔn)確識(shí)別跑冒滴漏，總體來(lái)說(shuō)，電廠智能檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有以下幾個(gè)功能：

（1）圖像分析。電廠智能檢測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)智能檢測(cè)機(jī)器人和攝像頭采集圖像信息，進(jìn)行大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)與分析，分析和識(shí)別電廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的跑冒滴漏，及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出警報(bào)。

（2）聲音分析。電廠智能檢測(cè)系統(tǒng)利用智能檢測(cè)機(jī)器人采集設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的語(yǔ)音數(shù)據(jù)，對(duì)聲音大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，基于人工智能算法和語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行人工智能檢測(cè)。例如，利用熱高壓和壓縮空氣管道中產(chǎn)生的聲音的分貝和頻率特性來(lái)確定是否存在泄漏，并分析泄漏周?chē)穆晱?qiáng)，最終找到發(fā)生跑冒滴漏的具體位置。

（3）溫度分析。熱管（主蒸汽管、后熱蒸汽管、供水管等）發(fā)生跑冒滴漏后，跑冒滴漏處附近的溫度會(huì)升高，從而與其他地方的溫度變化不同。智能檢測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)智能檢測(cè)機(jī)器人、紅外測(cè)溫?zé)嵯駜x采集溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析，利用人工智能算法開(kāi)發(fā)基于溫度數(shù)據(jù)的智能檢測(cè)系統(tǒng)，快速準(zhǔn)確地定位跑冒滴漏。

2 電廠跑冒滴漏智能檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

電廠智能檢測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)以火電設(shè)備為主要巡檢對(duì)象，主要包括測(cè)溫型熱成像攝像機(jī)、巡檢機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、后臺(tái)服務(wù)器、智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

圖1

2.1 測(cè)溫型熱成像雙光譜攝像機(jī)

攝像機(jī)采用測(cè)溫型熱成像攝像機(jī)基于集成紅外熱成像技術(shù)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由前端圖像采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備和顯示設(shè)備組成。前端圖像采集設(shè)備包括測(cè)溫型熱成像雙光譜云臺(tái)、測(cè)溫型熱成像球機(jī)或測(cè)溫型熱成像雙光譜防爆云臺(tái)，可視安裝環(huán)境與監(jiān)測(cè)要求進(jìn)行靈活配置。

前端雙光譜紅外熱成像設(shè)備采集電廠電力設(shè)備實(shí)時(shí)可見(jiàn)光及紅外熱成像圖像和溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖吮O(jiān)控平臺(tái)即服務(wù)器和錄像機(jī)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備遠(yuǎn)程熱成像的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

智能檢測(cè)機(jī)器人。智能檢測(cè)機(jī)器人搭載了紅外熱像儀、高清攝像頭、溫濕度傳感器、聲光報(bào)警器、超聲傳感器、無(wú)線接收模塊等部件，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，功能齊全。其基本架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能巡檢機(jī)器人基本架構(gòu)

2.2 智能檢測(cè)機(jī)器人導(dǎo)航模塊設(shè)計(jì)

智能檢測(cè)機(jī)器人通過(guò)激光測(cè)距制導(dǎo)，不需要提前設(shè)置軌道。智能檢測(cè)機(jī)器人的前后左右均設(shè)置激光測(cè)距儀，可以準(zhǔn)確識(shí)別自身與其他物體的距離。激光信號(hào)傳送到激光傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)激光導(dǎo)航功能。配合機(jī)器人控制器可以靈活調(diào)整機(jī)器人巡檢路徑，避免其偏離巡檢路徑，確保機(jī)器人沿著預(yù)先制定的路線移動(dòng)。

2.3 供電系統(tǒng)

智能檢測(cè)機(jī)器人由鋰離子電池供電，同時(shí)采用特殊油位傳感器芯片來(lái)計(jì)算電量，可以自動(dòng)充電功能。在自動(dòng)控制模式下，智能檢測(cè)機(jī)器人完成巡檢工作后返回充電站，進(jìn)入充電待機(jī)狀態(tài)。也可以通過(guò)手動(dòng)控制讓智能檢測(cè)機(jī)器人隨時(shí)返回充電站充電，即便在通信連接中斷的情況下，智能檢測(cè)機(jī)器人也可以自動(dòng)返回充電站進(jìn)行充電。

2.4 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)

建設(shè)以光纖為主的專網(wǎng)，系統(tǒng)前端設(shè)備與后臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸要求采用TCP/IP通訊方式，聯(lián)網(wǎng)通訊介質(zhì)應(yīng)采用1000M/10000M，以方便未來(lái)擴(kuò)展。

3 基于智能檢測(cè)系統(tǒng)的電廠跑冒滴漏智能檢測(cè)方案

根據(jù)各種工況利用智能檢測(cè)系統(tǒng)的圖像分析、聲音分析、紅外測(cè)溫等技術(shù)手段對(duì)電廠跑冒滴漏進(jìn)行精準(zhǔn)快速檢測(cè)。

3.1 高溫高壓蒸汽泄漏檢測(cè)

高溫高壓蒸汽從管道、接頭、汽包等處泄漏后，泄漏點(diǎn)附近的溫度將急劇上升，從而明顯高于其他地方的溫度。這時(shí)可以利用測(cè)溫?cái)z像機(jī)和智能檢測(cè)機(jī)器人的紅外測(cè)溫傳感器識(shí)別泄漏點(diǎn)附近的溫度場(chǎng)分布，然后根據(jù)溫度場(chǎng)對(duì)應(yīng)的紅外色譜圖進(jìn)行分析，最終確定是否存在泄漏并找到泄漏點(diǎn)。與人工檢測(cè)相比，智能檢測(cè)機(jī)器人可以快速接近泄漏點(diǎn)進(jìn)一步確定泄漏的確切位置，通過(guò)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制使檢測(cè)人員免受高溫灼傷等危害。

3.2 壓縮空氣泄漏檢測(cè)

壓縮空氣是電廠氣動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)力源。如果發(fā)生壓縮空氣泄漏，氣動(dòng)執(zhí)行器可能會(huì)損壞或無(wú)法動(dòng)作。傳統(tǒng)巡檢模式下，巡檢人員通常依靠他們的耳朵來(lái)確定是否出現(xiàn)壓縮空氣泄漏，容易出現(xiàn)人為失誤，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，造成事故擴(kuò)大。而根據(jù)壓縮空氣泄漏產(chǎn)生的聲音的分貝和音色（頻率）特性，智能檢測(cè)機(jī)器人上安裝了高分辨率聲壓檢測(cè)儀器用于收集壓縮空氣泄漏的聲音數(shù)據(jù)。首先，利用濾波技術(shù)去除雜波，然后將濾波處理后的聲音數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)設(shè)樣本進(jìn)行比較，最終判斷是否出現(xiàn)確壓縮空氣泄漏，通過(guò)分析泄漏點(diǎn)周?chē)穆鈴?qiáng)度確定壓縮空氣泄漏的確切位置。

3.3 液體（水、油）泄漏檢測(cè)

液體水和油的跑冒滴漏算法采用采集圖像分類和圖像比對(duì)組合檢測(cè)算法原理，通過(guò)攝像機(jī)（搭載在機(jī)器人上的攝像機(jī)）采集現(xiàn)場(chǎng)圖像，將有無(wú)漏水、漏油的跑冒滴漏現(xiàn)象的圖片進(jìn)行線上標(biāo)注，采用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)卷積網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到初步的異常事件檢測(cè)算法模型。該模型能夠初步對(duì)漏水、漏油的跑冒滴漏現(xiàn)象進(jìn)行分類。其次，利用圖像比對(duì)技術(shù)，將相同位置、前后巡檢周期的抓拍圖片比較分析，檢測(cè)畫(huà)面中的差異。通過(guò)圖像分類和圖像比對(duì)兩次分析結(jié)果，進(jìn)行綜合分析，以判斷是否異常。發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)報(bào)警。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)的電廠跑冒滴漏檢測(cè)存在問(wèn)題發(fā)現(xiàn)慢，人為疏漏，無(wú)法實(shí)時(shí)傳遞設(shè)備的異常情況，難以保證所有設(shè)備巡檢到位?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的智能檢測(cè)系統(tǒng)具有圖像分析、聲音分析、溫度分析等功能，可以分析和識(shí)別電廠設(shè)備跑冒滴漏現(xiàn)象，從而提高電廠安全風(fēng)險(xiǎn)管控能力以及應(yīng)急處置能力。因此，將智能檢測(cè)系統(tǒng)用于電廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備巡檢可以有效減輕巡檢效率，具有良好的實(shí)用性和推廣價(jià)值。