220kV磐石變電站智能聯(lián)合巡檢平臺(tái)搭建

國(guó)網(wǎng)溫州供電公司 鄭 克 徐繼要 許雅婧 張照坤 王 建

變電站人工巡檢模式存在人員技能水平參差不齊、漏檢、誤檢、惡劣環(huán)境等因素導(dǎo)致不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷而發(fā)生故障[1]。隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展，變電站規(guī)模不斷擴(kuò)大，依靠人工巡檢模式一是工作量大；二是效率不高；三是存在較高安全隱患，已不滿足當(dāng)前發(fā)展的需求。隨后，逐漸形成了半自動(dòng)化、自動(dòng)化、智能化的巡檢模式[2-3]。在電網(wǎng)建設(shè)“十三五”規(guī)劃中提出變電站向智能化發(fā)展，機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)與變電站運(yùn)維工作得到有機(jī)結(jié)合并普遍運(yùn)用[4]，如物聯(lián)網(wǎng)在變電站在線監(jiān)測(cè)、繼電保護(hù)等方面的運(yùn)用；變電站室內(nèi)、外機(jī)器人巡檢、無人機(jī)巡檢、變電站立體智能巡檢[5-8]，單一的某種巡檢模式由于各系統(tǒng)間存在信息孤島現(xiàn)象、機(jī)器人與無人機(jī)活動(dòng)范圍受限不能全面覆蓋、系統(tǒng)信息交換不足等缺點(diǎn)，不能全面反映變電站的運(yùn)行狀況。在2019年國(guó)家電網(wǎng)提出變電站智能聯(lián)合巡檢的概念，以真正實(shí)現(xiàn)變電站例行和特殊情況下的無人化、自動(dòng)化巡檢。

文中以220kV磐石變電站為例，開發(fā)出以巡檢機(jī)器人、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無人機(jī)巡檢等智能感知設(shè)備為一體的聯(lián)合巡檢平臺(tái)，通過四足機(jī)器人、巡檢機(jī)器人、視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的可視化管控，用無人機(jī)補(bǔ)充高空巡視不足的短板，實(shí)現(xiàn)該變電站的安全高效運(yùn)行。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 視頻監(jiān)控技術(shù)

采用紅外雙光卡片式攝像機(jī)對(duì)變電站中重要電氣設(shè)備進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)溫度監(jiān)測(cè)，探測(cè)其溫度的變化，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)溫。若發(fā)現(xiàn)溫度異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警提醒，協(xié)助運(yùn)維人員快速定位異常點(diǎn)，及時(shí)處理，減少安全隱患。

采用智能半球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，基于以太網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)圖像壓縮，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給不同用戶；基于NAS集中存儲(chǔ)，方便數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及調(diào)用。具有雙向語言對(duì)講功能，進(jìn)、出區(qū)域偵測(cè)并報(bào)警功能，適用環(huán)境廣闊。

采用熱成像雙光譜網(wǎng)絡(luò)智能球形攝像機(jī)，不受光線影響，實(shí)現(xiàn)全天24小時(shí)監(jiān)控。擁有Smart跟蹤、偵測(cè)、錄像、圖像增強(qiáng)、報(bào)警等功能；可實(shí)現(xiàn)智能煙火檢測(cè)；測(cè)溫范圍廣、精度高。

1.2 機(jī)器人巡檢技術(shù)

1.2.1 室外機(jī)器人

室外機(jī)器人為智能無軌行走式機(jī)器人，如圖1所示通過搭載紅外熱像儀、可見光高清攝像機(jī)、交互式實(shí)時(shí)對(duì)講平臺(tái)、光電停障系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)如下功能：視頻圖像采集、儲(chǔ)存記憶并遠(yuǎn)傳；對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫并進(jìn)行分析判斷；識(shí)別開關(guān)分合閘位置、識(shí)別表計(jì)讀數(shù)并記錄作出判別，超出規(guī)定值報(bào)警；對(duì)設(shè)備運(yùn)行噪聲進(jìn)行采集、遠(yuǎn)傳，供后期樣本聲音數(shù)據(jù)比較及分析用；通過預(yù)設(shè)低電量報(bào)警自動(dòng)檢測(cè)并停止工作到預(yù)設(shè)地點(diǎn)充電；探測(cè)障礙物防誤撞擊；針對(duì)復(fù)雜問題站內(nèi)人員可與專家遠(yuǎn)程語音、視頻對(duì)講交流。

圖1 室外機(jī)器人

1.2.2 室內(nèi)機(jī)器人

室內(nèi)機(jī)器人分為輪式和掛軌式機(jī)械伸縮臂機(jī)器人，如圖2所示。通過搭載可見光高清攝像機(jī)、紅外熱像儀、氣體傳感器等實(shí)現(xiàn)如下功能：全自助巡檢和遙控巡檢；視頻圖像采集、儲(chǔ)存記憶并遠(yuǎn)傳；對(duì)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫并進(jìn)行分析判斷；對(duì)繼電器狀態(tài)、信號(hào)燈顏色進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別表計(jì)讀數(shù)并記錄作出判別；通過二維碼導(dǎo)航、軌道+光電導(dǎo)航方式按預(yù)先設(shè)定導(dǎo)航路線行走和?？?；通過預(yù)設(shè)低電量報(bào)警自動(dòng)檢測(cè)并停止工作到預(yù)設(shè)地點(diǎn)充電；測(cè)量室內(nèi)SF6、O3氣體濃度并檢測(cè)識(shí)別后將數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)。針對(duì)復(fù)雜問題站內(nèi)人員可與專家遠(yuǎn)程語音、視頻對(duì)講交流。

圖2 室內(nèi)機(jī)器人

1.3 四足機(jī)器人巡檢技術(shù)

四腳機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖3所示。主控模塊采用嵌入式工控機(jī)PICO-WHU4智能感知模塊，搭載激光雷達(dá)、紅外熱像儀與高清攝像頭，通過工業(yè)交換機(jī)與無線AC客戶端接入無線網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)如下功能：現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境360°視頻圖像的采集，根據(jù)工作人員的需要將圖像信息經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)傳回主控室，并自動(dòng)記錄拍攝地點(diǎn)和設(shè)備名稱，以備工作人員日后能查詢完整的信息；對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行溫度檢測(cè)，實(shí)時(shí)顯示影像中溫度最高點(diǎn)區(qū)域及溫度值，按照要求對(duì)電流致熱型缺陷或故障進(jìn)行自動(dòng)分析判斷，并提出預(yù)警；完成常規(guī)及特殊巡檢；當(dāng)變電站內(nèi)發(fā)生設(shè)備起火、設(shè)備爆炸、SF6氣體泄漏等突發(fā)事件時(shí)，協(xié)助值班員完成應(yīng)急事故處理；配備夜間照明設(shè)備和雨刷器，實(shí)現(xiàn)夜間和雨天巡檢功能。

圖3 四足機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)

1.4 無人機(jī)巡檢技術(shù)

變電站采用無人機(jī)巡檢目前已運(yùn)用普遍，針對(duì)該變電站設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布密集的特點(diǎn)，選擇小型大疆御2進(jìn)階版多旋翼無人機(jī)進(jìn)行變電站巡檢。該無人機(jī)智能巡檢系統(tǒng)無人機(jī)技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、圖像分析技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)等其他先進(jìn)技術(shù)于一體的智能巡檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不依賴于現(xiàn)場(chǎng)人工操作，即可完成無人機(jī)自動(dòng)巡檢任務(wù)。操作人員可遠(yuǎn)程設(shè)定作業(yè)任務(wù)并下發(fā)，固定機(jī)場(chǎng)接收到遠(yuǎn)程下發(fā)的任務(wù)后，將派出無人機(jī)作業(yè)，固定機(jī)場(chǎng)將全自動(dòng)化地完成起飛、巡檢、降落、回收、充電、數(shù)據(jù)上傳等操作步驟，全程無須現(xiàn)場(chǎng)人員參與。

2 平臺(tái)框架的構(gòu)建

綜合上述關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能，提出以巡檢服務(wù)器、四足機(jī)器人、巡檢機(jī)器人、視頻監(jiān)控、三維主機(jī)為主體的變電站聯(lián)合巡檢方案?；谒淖銠C(jī)器人、巡檢機(jī)器人和視頻監(jiān)控系統(tǒng)依靠系統(tǒng)內(nèi)智能識(shí)別算法開展室內(nèi)外設(shè)備聯(lián)合巡檢。同時(shí)具備對(duì)外接口，支持以IEC104規(guī)約與第三方系統(tǒng)對(duì)接。無人機(jī)系統(tǒng)由于變電站精確定位需連到因特網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)獨(dú)立運(yùn)行。軟件功能模塊包含安全中心、數(shù)據(jù)中心、任務(wù)中心、配置管理、臺(tái)賬管理、統(tǒng)計(jì)中心、監(jiān)控中心，根據(jù)巡檢業(yè)務(wù)需要形成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、任務(wù)管理、巡視監(jiān)控、巡視結(jié)果確認(rèn)、巡視結(jié)果分析、智能聯(lián)動(dòng)、臺(tái)賬管理、配置管理九大功能模塊。系統(tǒng)內(nèi)包設(shè)置圖像識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)表計(jì)讀數(shù)、開關(guān)類設(shè)備位置指示以及壓板、空開、把手、指示燈等設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別；實(shí)現(xiàn)鳥窩、風(fēng)飄物、箱門未關(guān)、未穿工裝、未戴安全帽等缺陷類與安全風(fēng)險(xiǎn)類識(shí)別；同時(shí)，系統(tǒng)支持對(duì)接聲紋識(shí)別、氣體分析等各種智能算法，擴(kuò)展系統(tǒng)智能分析能力，接入三維實(shí)景主機(jī)后，可實(shí)現(xiàn)巡視作業(yè)可視化。

3 工程運(yùn)用

2021年9月，220kV磐石變電站智能聯(lián)合巡檢平臺(tái)搭建完成，變電站內(nèi)布置多個(gè)紅外雙光卡片式攝像機(jī)和智能半球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、室外巡檢機(jī)器人、四足機(jī)器人、每個(gè)配電室各配置一臺(tái)輪式和掛軌式機(jī)械伸縮臂機(jī)器人、一臺(tái)無人機(jī)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)巡檢點(diǎn)全面覆蓋。通過機(jī)器人和視頻監(jiān)視手段，每周自主開展一次變電站設(shè)備巡視及紅外檢測(cè)。采用激光點(diǎn)云掃描、實(shí)景三維重構(gòu)、圖像識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)表計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)抄錄、開關(guān)（壓板）狀態(tài)自動(dòng)判別及異常報(bào)警功能。對(duì)全站4816個(gè)巡檢點(diǎn)平均巡檢耗時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示，從表中可以看出：站內(nèi)各區(qū)域巡檢效率之高，完成單個(gè)巡檢點(diǎn)耗時(shí)僅需幾秒時(shí)間，減少了巡視時(shí)間；從歷史表計(jì)采集數(shù)據(jù)來看，數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)，幾乎不存在誤差；從歷史事件記錄來看，設(shè)備缺陷、安全風(fēng)險(xiǎn)、狀態(tài)識(shí)別準(zhǔn)確無誤。

表1 站內(nèi)巡檢點(diǎn)耗時(shí)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

文中通過闡述視頻監(jiān)控、機(jī)器人、無人機(jī)巡檢技術(shù)功能，通過搭載智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)備感知，采用紅外成像、激光雷達(dá)、圖像識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合巡檢、智能識(shí)別、綜合判斷等功能，搭建了220kV變電站智能聯(lián)合巡檢平臺(tái)，并在220kV磐石變電站中得到成功運(yùn)用，巡視效率高，實(shí)現(xiàn)了無人化、智能化的巡檢模式。