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      變電站聯合巡視系統(tǒng)設計及實現

      2022-01-18 06:29:20王欣邵海飛李浩濤謝斌楊克虎
      云南電力技術 2021年6期
      關鍵詞:控制箱預置點位

      王欣,邵海飛,李浩濤,謝斌,楊克虎

      (云南電網有限責任公司,云南 昆明 650217)

      0 前言

      隨著技術的發(fā)展,針對變電站巡檢的手段及智能終端越來越多,目前主要包括視頻巡視、機器人巡視、智能巡檢終端,及未來涌現出更多的巡視手段?,F階段“各自為政”的巡視方式不能滿足巡視覆蓋率及巡視有效性的分析,存在多種巡視方式從開始到執(zhí)行過程及結果無法統(tǒng)一,會產生巡視盲區(qū)。本文重點通過對聯合巡視的變電智能巡視平臺設計方法,利用巡視任務動態(tài)編排、巡視結果一體化處理等技術,結合視頻巡視、機器人巡視、無人機方式,開展巡視數字化體系設計、巡視數字化模型構建、巡視結果多源異構分析等技術研究及巡視平臺的架構、功能設計。

      1 聯合巡視系統(tǒng)總體設計

      基于變電運行管理辦法,構建變電聯合巡視運行體系,采用聯合巡視手段,解決當前當前巡視所面臨的問題。主要以巡視管理要素為指南,確保巡視的數字化。具體通過確定巡視標準化模型,并與在運的每臺設備開展關聯匹配,結合實際的巡視路線及點位要求,配置智能傳感器、攝像頭、機器人、無人機等終端作為巡視方式開展巡視,巡視結果輸出到統(tǒng)一的服務平臺,開展應用分析及巡視新模式探索,逐步實現變電站內巡視工作無人化替代。為保證聯合巡視實現預期目標,在建設過程中必須嚴格把握“基于問題、實用化”的思路,從運行人員需求出發(fā),合理合理選擇無人機、視頻監(jiān)控巡視預置點位,充分發(fā)揮各種巡視途徑的優(yōu)勢。

      為滿足智能巡視要求,通過構建三層數字化模型以及一條數據通道的聯合巡視管理,依據運行管理辦法、巡視管理要素、變電站設備要素三個層級為一體的管理要求及標準規(guī)范,構建對應的管理模型、標準化臺賬、巡視標準模型、設備對象數字化等模型,實現管理要求與設備對象、屬性、行為及服務的有效關聯,應用信息匯聚、聯動匹配、多種組合及設備能力匹配等技術,實現管理的層層解耦。當巡視完成以后,通過構建一條數據通道實現的巡視結果存儲及分析,采用高度集合的方式實現巡視結果的跨域融合及標準化封裝,保證巡視結果通過自下而上的匯聚,通過信息匯聚、分發(fā)、分析處理后,通過信息解耦,構建的內循環(huán)自學習機制實現巡檢路徑、聯合巡檢及巡視方式優(yōu)化,反向指導巡視的解耦過程,在應用過程中不斷積累運行數據實時修正分析及識別模型,逐步滿足生產運行管理辦法所設置的管理目標。

      2 聯合巡視功能設計

      2.1 聯合巡視布點

      依據巡視管理及巡視要素等要求,借助變電站三維模型,針對開關場、高壓室、主控室等區(qū)域開展巡視點位設計。布點過程中融合無人機、攝像頭、機器人在“空天地”坐標位置的特點及各自的優(yōu)勢。針對視頻點位確定,通過考慮槍機、球機、云臺的分辨率、鏡頭焦距、云臺角度等參數,基于點云LAS文件構建變電站三維模型,采用拖動的方式,實現點位仿真設計,最終找到最佳點位。在無人機航點布置過程中,重點考慮了視頻巡視的的盲點,在三維模型上通過航點規(guī)劃,實現每條航線的飛行路徑及預計停留時間,預估能夠覆蓋的主變外觀、表計、散熱,站用變,斷路器、隔離開關開合、絕緣子外觀等,確定無人機的站內、站外初步航點。針對無線測溫需求、機器人地面行走優(yōu)勢,重點關注高壓室、主控室等區(qū)域,初步找出無人機、視頻無法覆蓋的點位,開展機器人的初步行走路徑設計。

      2.2 巡視要素管理

      開發(fā)變電巡視要素管理模塊,依據巡視管理要求,實現變電站內各專業(yè)設備的巡視要素的管理。開發(fā)巡視對象管理模塊,實現每個設備的巡視要求,巡視點位,巡視設備,巡視預置點位的管理。與視頻、機器人、無人機通過API接口對接的,可通過平臺開展巡視點位配置、云臺控制、航線規(guī)劃等。在巡視管理過程中,根據每個變電站的實際情況,同時可以借助三維模型開展巡視點位的確定,巡視預置點位的設置,巡視航點的規(guī)劃等,確保巡視點位與預置點位的匹配。當巡視效果不佳時,運行人員通過進入該功能模塊,在不用到現場的情況下即可對設備的預置點位進調整,以保證巡視覆蓋率及巡視效果。

      2.3 聯合巡視任務動態(tài)編排

      通過獲取巡視計劃平臺的日常巡視、夜間巡視、詳細巡視、專業(yè)巡視、動態(tài)巡視等巡視等計劃,通過文本比對方式實現巡視任務及計劃的快速關聯。要想實現用戶自定義的任務編排,因此開發(fā)了巡視任務編排模型,可實現用戶參與設計巡視的關鍵要素,實現工作對象與工作地點、巡視設備、巡視方式的有機關聯及有效巡視。基于標準化封裝、設備能力匹配、動態(tài)編排、跨域融合等方式,形成統(tǒng)一的巡視業(yè)務支撐底座,支撐快速構建上層巡視方式應用,有效支撐場景更復雜、需求更多樣的新的巡視業(yè)務需求。

      圖2 巡視任務編排模型圖

      圖3 聯合巡視通訊組網圖

      2.4 聯合巡視網絡通道構建

      通過構建聯合巡視的網絡通道,保證無人機、機器人巡視執(zhí)行及巡視結果上傳的無線通道,保證視頻上傳巡視視頻信息的有線通道。包括后臺通訊屏柜,并設計網絡控制箱,每個控制箱都具備無線AP、光纖、網線通訊功能,分為2組環(huán)網方式,網絡控制箱采用長條設計垂直安裝。機器人及無人機通過無線WIFI通信,天線用射頻信號饋線連接,從控制箱引出安裝在控制箱旁邊。視頻攝像頭及云臺直接通過光纖或網線接入控制箱,從后臺屏柜光纖交換機引出光纖通過地下室通訊箱內的光纖熔接盒,與每個控制箱相連接,最終組成光纖環(huán)網通信網絡控制箱中安裝有光纖環(huán)網交換機,組網連接時,控制箱采用手拉手連接方式,與后臺屏柜的光交換機組成環(huán)形網絡設計模式。

      2.5 聯合巡視執(zhí)行

      聯合巡視執(zhí)行主要包括,巡視任務下發(fā)、巡視執(zhí)行、巡視過程監(jiān)視等功能。通過與視頻、機器人、無人機、變電站微氣象裝置等輔助設備開展API接口或者協(xié)議對接,實現巡視點位的同步、巡視任務下發(fā)、巡視過程監(jiān)視、巡視環(huán)境監(jiān)控等功能。

      圖4 聯合巡視執(zhí)行流程圖

      2.6 巡視結果一體化處理

      圖5 巡視分析模型圖

      巡視的目的是為了觀測設備的是否存在異?;蛉毕萸闆r,分析其缺陷是否會影響電網運行異常。通過接入機器人、無人機、智能終端、攝像頭及輔助設備數據的結構化及分結構化數據,通過開發(fā)缺陷識別模型、標記識別模型,獲取表計的讀數,將結構化數據與設備建立映射關系,通過關聯設備歷史缺陷庫、設備隱患庫、設備異常日志等信息,可得出一份覆蓋面比較全的巡視分析報告。同樣也可以通過巡視分析模塊,針對以上結果集對巡視開展更為全面的分析,其中包括:機器巡視未覆蓋的點位清單、機巡覆蓋率、缺陷趨勢分析、下一步終端需要巡視的任務計劃等。

      3 應用效果

      基于變電站聯合巡視系統(tǒng)的設計與實現,通過應用到某35 kV變電站,該站內共有2個電壓等級,35 kV系統(tǒng)為單母線接線方式,有進出線2回,分別連接著110 kV某變和110 kV某變,2臺主變壓器,變電總容量為7000 kVA;10 kV系統(tǒng)為單母線接線方式,有10 kV出線6回。

      圖6 聯合巡視布點

      使用無人機采集變電站環(huán)境數據,通過計算機三維建模,形成了精細的變電站三維模型。在變電站列表中選擇變電站,進入變電站的全景監(jiān)控頁面,通過界面左側的設備臺賬模塊可以選擇查看相應設備的設備信息、預置點位信息,比如,選擇35 kV1號主變壓器,會彈出1號主變的簡要信息,如設備廠家、出廠日期及型號等設備信息,在界面右側有相關1號主變關聯的設備缺陷及固有風險提示,此時可以針對以上設備綜合信息開展預置點位及航線的的規(guī)劃設計。變電站內設備多、分布廣,呈高低錯落布置,無人機需要在復雜的環(huán)境里來回穿梭,既要選取最佳拍照角度,又要兼顧與帶電設備保持足夠的安全距離,飛行導航控制難度非常大。與此同時,變電站內飛行環(huán)境復雜、定位精度要求高大,飛機失控撞上帶電設備后果嚴重。有了高精度的三維模型之后,采取分層分級、優(yōu)勢互補的思路在模型中設置分行航線及取照航點,通過一個取舍,一個確保的原則開展點位設定工作。

      全站需要巡視的點位有525個,因35 kV沒有機器人,主要采用了“無人機+視頻巡視”的方式。其中視頻巡視共設16個點位,其中包含球機6個,云臺3個,槍機7個,已覆蓋了332個巡視點位巡視總用時20分13秒。無人機巡視共設置兩條航線,共46個航跡點,共拍攝照片58張,航線長度151.61米,執(zhí)行航線時間4分32秒。全站內需要巡視的點位,包括主變外觀、表計、散熱,站用變,斷路器、隔離開關開合、絕緣子外觀等,以及相對應的熱成像,點位選取盡可能獲取較大范圍內的巡視,同時,無人機巡視解決了視頻巡視的盲點,視頻+無人機的聯合巡視系統(tǒng)建成后,在沒有機器人的情況下,基本覆蓋站內的72%的巡視點位。

      通過聯合巡視應用后得到了良好的應用效果,實現管理流、計劃流、數據流、設備流的多流信息匯聚及關聯,然后將數據流、設備流與巡視終端匹配,實現巡視的數字化及智能化分析應用。

      4 結束語

      通過系統(tǒng)的實施,實現了巡視管理要求的數字化管控模式,構建變電站聯合巡視系統(tǒng),可關聯巡視計劃,聯動視頻、機器人、智能終端、無人機等巡視設備去完成對應的巡視任務,實現巡視結果統(tǒng)一輸出、管控目標。保證了巡視工作的真實有效進行,為缺陷、風險點及檢修管理等工作提供了及時可靠的數據,明顯提高了變電站巡視工作的智能化水平。在企業(yè)內廣泛開展變電站聯合巡視系統(tǒng)的構建,將有效提供巡視效率及完整性,有利于提高變電運行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性,實現“設備狀況一目了然、風險管控一線貫穿、 決策指揮一體作戰(zhàn)”的目標。

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