變電站智能巡檢設備關鍵技術探析

國網(wǎng)東北分部綠源水力發(fā)電公司太平灣發(fā)電廠 崔杰連 蘇有權 孫皓晨

設備巡檢屬于日常進行變電運維的一個主要構成部分，旨在及時了解最新的變電站運行情況及安全隱患，從而為其運行安全提供保障?，F(xiàn)階段，迅速進步發(fā)展的電力信息系統(tǒng)進一步提高了變電站的智能化水平，最具代表性就是智能巡檢設備，以此保證電力系統(tǒng)運行。

1 簡析應用的必要性

電力系統(tǒng)能切實促進社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，其中任何環(huán)節(jié)發(fā)生故障問題均會造成連鎖反應，由此造成停電以及巨大的經(jīng)濟損失。變電站屬于實現(xiàn)配電網(wǎng)連接主電網(wǎng)的一個核心設施，做好日常的維護及監(jiān)控巡查工作能保障電力系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定地運行。以往電站采取的巡視及檢查方式主要依靠人工，有關人員憑借自己的經(jīng)驗進行定性判斷，由此對設備所處的運行狀態(tài)展開分析。此方式可在一定程度上起到預期效果，但仍存在一定弊端，常見有較大勞動強度、相對分散的巡檢工作、相較單一的巡檢方法等，同時在具體進行檢測時由于出現(xiàn)人為失誤，導致存在不穩(wěn)定性因素，檢測數(shù)據(jù)難以精確、及時、地輸送至信息系統(tǒng)中。

普及推廣的無人值守方法，客觀上巡檢人員會增大工作量，無法有效保證巡檢工作的精準率及到位率。同時山區(qū)、高原等區(qū)域的地理條件較為較惡劣，采取人工巡檢的模式風險重重；針對暴雨、大風及暴雪等天氣情況，很難保障及時進行變電站的巡檢工作。出于填補傳統(tǒng)巡檢方法的不足、更好地滿足供電需求，則應在巡檢工作中有效運用智能設備，依托無人機、地面巡檢設備等降低工作負擔，這樣在少人或無人值守的高壓設備可甄別其中存在的缺陷及問題，在此基礎上觸發(fā)報警達到減員增效的效果。

2 簡析設備主要功能

導航。通過發(fā)揮這一功能作用，關于該設備依據(jù)已設定的途徑，憑借改變參數(shù)的方式實現(xiàn)設備狀態(tài)的調(diào)整，讓設備可執(zhí)行行駛等一系列動作，同時依據(jù)路面的具體參照障礙位置規(guī)劃最合適的行駛路徑；檢測。實現(xiàn)這一功能應有效運用傳感設備、紅外熱像設備等，進而及時找出設備損傷或是發(fā)熱等故障，同時充分發(fā)揮傳感設備的作用，提供可靠的各類數(shù)據(jù)。

控制。指技術人員可在后臺對設備實際運行情況實時監(jiān)控，通過以手動方式實現(xiàn)設備主體的調(diào)控，并且調(diào)用各項設備功能，從而達到人機互動的目的；數(shù)據(jù)庫。這一功能可把巡檢工作中得到的信息及時存儲，由此為技術人員后續(xù)的查詢應用提供幫助；自動報警。當設備存在的故障問題被巡檢設備找出，便會在第一時間發(fā)出警報。

障礙清除?，F(xiàn)階段無人機逐漸變成一種特殊性的巡檢設備，一方面可將巡檢空間拓展，另一方面會提高巡檢工作的智能化水平。如，國內(nèi)某些地區(qū)范圍內(nèi)的高壓線，通常掛帶孔明燈等各種雜物，要是不能及時處理很容易造成跳閘、短路等現(xiàn)象。以往采用的巡檢清除手段會涉及一些高位作業(yè)例如登塔、出線等，清除時間相對較長且效率偏低，若能利用無人機設備的噴火消缺性能，便會在幾分鐘內(nèi)清理垃圾。其對噴火的時間、位置精準控制，控制著火點為400℃，但高壓線實際熔點超過600℃，因此短時間內(nèi)不會由于燃燒而影響到高壓線后續(xù)使用；自動充電。此類設備通常會配置車載蓄電池，一般情況下充電30min可工作5h左右，在電量臨近警戒狀態(tài)時會自動返回進行電能補充。

3 簡析相關關鍵技術

3.1 視覺導航

這一技術是巡檢設備在規(guī)劃完成的路徑范圍，通過設備系統(tǒng)當中的CCD攝像頭拍攝、實現(xiàn)視頻圖像的提取和有關路徑的識別，從而引導設備依據(jù)規(guī)劃好的突進行駛，出色完成具體的巡檢工作任務。在技術使用過程中，實時穩(wěn)定性針對巡檢設備工作效果起到十分重要的影響?，F(xiàn)階段出現(xiàn)一種以模糊邏輯為基礎的視覺導航技術，通過使用此方法在較大光照強的環(huán)境下也可起到理想導航目的：在預先規(guī)劃的路線上完成導引線的鋪設，通過CCD攝像機收集視頻圖像，同時依據(jù)這些信息通過色彩分割技術處理；通過有關算法將圖像干擾消除，這樣可科學檢測導引線；通過以模糊邏輯為主的控制算法，輔助巡檢設備對導引線進行自動跟蹤，同時依據(jù)視覺導航出現(xiàn)變化的參數(shù)實針對運動狀態(tài)及時調(diào)整，這樣讓其在導引線的科學引導下，依據(jù)已規(guī)定的路線開展巡檢工作。

3.2 紅外熱圖像處理

在設備具體運行中自然會出現(xiàn)一些參數(shù)變化，如壓力值、負荷等的變化。在大部分情況下，借助設備所處的運行狀態(tài)能判斷有沒有異常，通常是監(jiān)測設備的運行溫度加以明確。針對智能巡檢設備進行巡檢的過程中，通過這一關鍵技術處理現(xiàn)場設備，在儀器設備的幫助下得到溫度特點信息，其體現(xiàn)方式為熱成像分布圖；在此基礎上，巡檢設備會把這些信息傳輸給終端設備，同時智能化處理分析相應信息，精確判斷出存在的設備故障。因為變電站所處的現(xiàn)場環(huán)境條件相對復雜，在具體監(jiān)測工作中設備很容易遭受外界干擾，這樣會直接影響到灰度值的最終測量效果，很難保證計算的升溫度值準確度。因此，若要將該問題有效改善、提升計算精確度，則要圍繞熱圖像信息進行去燥及強化效果工作。

移動攝像機采集監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)信息后處理熱圖像，首先對圖像顏色加以校正，同時采取增強、平滑處理等相關算法來去噪處理，這樣圖像能更加清晰真實，方便工作人員識別；通過濾波和分割等相關算法，提取降噪處理完成的熱圖像，也就是首先對圖像進行分割，其次提取圖像的有關特征，最后依據(jù)特征進行分析并將具體的熱缺陷位置明確，在將定位信息發(fā)送的同時提供報警；采集歸納有關事故信息后存入到數(shù)據(jù)庫中，但不可直接使用紅外圖像信息，而要經(jīng)過相應的處理。當前一些研究人員通過混沌神經(jīng)網(wǎng)絡融合計算圖像信息，讓其本有價值充分發(fā)揮。

3.3 巡檢無人機

巡檢無人機主要構成部分如下：

地面站。其和無人機進行實時通信，確保依據(jù)預先設計的航跡和時間飛行。通過地面站的有關程序便能制定具體的無人機巡檢策略，同時結合其所配備的GPS、飛行模塊和測量單元等，實現(xiàn)設備航行路線的設定；無人機。主要負責裝載驅(qū)鳥器、攝像機和紅外成像設備等，部件主要包含電池、電機、云臺以及飛控模塊等；紅外成像設備。針對變電設備進行紅外成像處理，通過設備溫度對設備具體運行情況進行判斷，例如導電性與絕緣性等。一般會使用致冷型紅外成像設備，由此控制測量范圍是-40～550℃，且將USB接口用于傳輸數(shù)據(jù)的端口。

運動攝像機。用于檢查配備內(nèi)部的隔離開關、斷路器設備等，且判斷具體的設備運行情況，像素為1200萬、傳輸效率為30Mb/s、傳輸數(shù)據(jù)端口是AV接口；驅(qū)鳥設備。主要驅(qū)趕變電站范圍內(nèi)的鳥類，防止鳥類與鳥巢引發(fā)短路事故。通過有效利用驅(qū)鳥設備，如采取聲光或超聲模式，其通過開關的切換便能轉(zhuǎn)變驅(qū)鳥模式。該設備使用1.5V干電池，同時以支架將其固定在機架上。

3.4 巡檢機器人

巡檢機器人屬電力機器人中的一類，能取代由人工進行檢測過程中的難、急、險等工作。其擁有可見光CCD攝像機等相關采集設備，并通過遙控或者是自主方式來巡檢少人或無人值守的高壓設備。相比人工巡檢機器人做到了互聯(lián)網(wǎng)技術和人工智能有機結合，這在一定程度上提高了變電站管理工作的智能化水平。與此同時，引入機器人能大幅度提升檢測和管理工作的安全性、智能性，能處理人工巡檢存在的低效率、較大勞動強度等問題。此外，運用機器手臂技術，能在一定程度上降低人工帶電工作中的安全隱患，避免因不謹慎操作而造成的傷亡事故。

另外，巡檢機器人能進行“無軌”巡檢，也就是在巡檢工作中能和軌道相脫離，進一步擴大巡檢范圍，從而減少人工巡檢造成的誤差。關于信息的高度保密性，有必要在設備終端以及通信終端安設加密系統(tǒng)，從而避免位置遭到泄露。依托加密系統(tǒng)，能大幅度提升信息數(shù)據(jù)的保密性。通過巡檢機器人更好地輔助巡視工作，能及時將設備存在的熱缺陷等異常清楚找到，降低設備運行中出現(xiàn)的隱患，切實提升巡視質(zhì)量及效率，達到減員增效的效果。

巡檢系統(tǒng)的主要組成部分為：應用層。基站防、火防盜監(jiān)控，設備運行環(huán)境監(jiān)控，領導遠程巡視，其他業(yè)務應用；控制層。變電站巡檢管理平臺（各類控制與操控設備、存儲設備、顯示設備等）；網(wǎng)絡層。IP網(wǎng)絡傳輸（網(wǎng)絡設備+傳輸介質(zhì)）設備層。智能巡檢機器人、視頻監(jiān)控設備、安全防范設備。

導航定位。此類機器人是一種地面機器人，在關鍵技術的相關研究中處在核心位置應是導航定位技術，其是實現(xiàn)自由移動、高度智能化的關鍵技術。因變電站環(huán)境會受到電磁波的干擾，出于讓機器人更好地完成巡檢任務目的，則應擁有較高可靠性，較強抗干擾能力?，F(xiàn)階段巡檢機器人主要采取的導航方式是磁軌、激光等導航技術。如激光導航，主要是因激光具備的不發(fā)散性，精確定位當前機器人的位置及航向，然后借助相關運算實現(xiàn)導航。突出優(yōu)勢為不易遭受電磁干擾，實現(xiàn)精確定位，靈活的路徑選擇等；主要缺陷是較高成本，較為嚴苛的環(huán)境要求，很容易受到天氣情況影響，難以有效運用到室外環(huán)境。針對磁軌導航而言，將磁性材料安裝在路面，利用機器人的磁傳設備進行位置偏移檢測，由此讓機器人依據(jù)設定的路線行駛。主要優(yōu)勢為原理可靠簡單，較高定位精度，不足之處是較大的鋪設量而且路徑缺少靈活性。

檢測功能。在具體工作過程中，通過不同類型的檢測技術進行檢測結果的有機融合，在此基礎上分析一次用電設備的實際運行情況。當中最關鍵的技術便是紅外熱系統(tǒng)，能通過探測設備接收來自物體發(fā)出的紅外線，用于對物體實時熱像的感知，這樣能將物體運行狀態(tài)實時反饋出來。至于其中的攝像設備能收集外觀照片，讓其同系統(tǒng)分析獲得的圖像有機結合，這樣便可將發(fā)生故障的位置精準找到，關于聲音收集設備，得到設備在運行中的聲音，通過人工智能將其特征向量提取出來，通過科學分析后能判斷設備所處的運行狀態(tài)。

控制功能。一般控制功主要分為自動與手動這兩種控制方式。其中的手動控制指的是，利用計算機控制端實現(xiàn)云端操作從而對移動路徑進行控制，這樣機器人能巡視設定的設備；前者指在正式工作前需進行巡檢路徑的設置，機器人依據(jù)具體路徑便能進行自動巡檢、識別等。本文認為巡檢機器人的未來發(fā)展趨勢如下：擁有更加靈活的移動平臺。由于變電站所處位置復雜的地面情況，移動平臺應提高越障與驅(qū)動能力，進一步提升設備的執(zhí)行效率，同時還應深入研究組合導航技術，旨在讓機器人可合理規(guī)劃巡視路徑；更加智能的數(shù)據(jù)分析。不斷提升以現(xiàn)有模板為基礎的識別算法的科學性，旨在讓模式識別具備更高的成功率，另外還應進行以設備紋理、形狀特征為基礎的技術研究，讓機器依據(jù)設備類型進行針對性學習。

綜上，對比以往采取的人工巡檢法，當前使用的智能巡檢具有較高靈活性，在一定程度上降低運行工作壓力，避免發(fā)生不必要的安全事故，防止人為失誤造成的影響，也有利于對變電站進行一體化的運行維護。基于此應高度重視智能巡檢設備，與此同時加大優(yōu)化創(chuàng)新其關鍵技術的研究力度，從而提升巡視工作質(zhì)量，促進國內(nèi)變電站的建設發(fā)展。