基于多終端協(xié)同模式的變電站智能巡檢體系建設(shè)制約條件及對策分析

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局 謝昭暉 鐘嘉榮 江偉奇

目前，電力公司仍主要采用傳統(tǒng)的人工巡檢方式，即利用人的看、聽、聞等感知手段，對電力設(shè)備運行狀態(tài)進行巡視、查驗和記錄，此種方式存在著人力成本高、巡檢手段單一、巡檢數(shù)據(jù)主觀性強、效率低、容易漏檢錯檢等問題，逐漸無法滿足準(zhǔn)確、實時、高頻率的電力設(shè)備巡檢需求[1]。某電網(wǎng)公司在變電巡檢領(lǐng)域，主要向基于多智能終端協(xié)同巡檢的模式轉(zhuǎn)型，工作實施以來，已在新型智能裝備應(yīng)用與技術(shù)研究、智能專業(yè)應(yīng)用平臺搭建、生產(chǎn)管理模式優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)等方面取得顯著進展，但仍存在部分制約條件。

1 基于多終端協(xié)同的變電站智能巡檢體系

1.1 體系建設(shè)概述

基于多終端協(xié)同模式的變電站智能巡檢體系，主要是指通過攝像頭、無人機、機器人和設(shè)備在線監(jiān)測裝置等智能巡檢終端及其系統(tǒng)應(yīng)用，借助數(shù)字孿生、智能傳感測量、智能網(wǎng)關(guān)、人工智能等先進數(shù)字技術(shù)，實現(xiàn)對變電站內(nèi)設(shè)備及環(huán)境的狀態(tài)實時感知、數(shù)據(jù)實時分析、故障提前預(yù)測、支持安防決策等功能，并最終達到日常巡視無人化、現(xiàn)場操作無人化和安全管理智能化的目標(biāo)。

以某供電局為例，2023年該供電局在市局和區(qū)縣局層面先后成立指揮中心，統(tǒng)籌全市智能作業(yè)和生產(chǎn)監(jiān)控工作。依托無人機傾斜攝影和激光建模技術(shù)，該供電局完成了對全市戶外非禁飛區(qū)變電站的數(shù)字建模工作，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了無人機自動巡檢的全覆蓋。目前，上述變電站均已實現(xiàn)無人機自動巡檢單軌運行，戶外設(shè)備的絕大部分巡視項目均已完成智能替代，人工巡視周期得到延長。

1.2 智能終端應(yīng)用現(xiàn)狀

構(gòu)成該體系的智能設(shè)備終端及系統(tǒng)主要有：無人機巡檢系統(tǒng)、機器人巡檢系統(tǒng)、設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)和智能網(wǎng)關(guān)等。

1.2.1 無人機巡檢系統(tǒng)

無人機巡檢系統(tǒng)主要由機巢、無人機和交換機等網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備組成。由于無人機在精準(zhǔn)定位、巡視角度和紅外任務(wù)掛載等方面的優(yōu)勢，因此在現(xiàn)階段的多終端協(xié)同巡檢體系中，無人機巡檢系統(tǒng)是重點建設(shè)內(nèi)容。

1.2.2 機器人巡檢系統(tǒng)

相比于無人機，巡檢機器人被更早應(yīng)用于變電站巡檢，其型式也更多樣化，既有傳統(tǒng)的輪式和履帶式機器人，也有機器狗、軌道式機器人。目前，輪式、履帶式機器人和機器狗主要用于戶外變電設(shè)備的巡檢，而軌道式多用于高壓室、繼保室等室內(nèi)變電設(shè)備的巡檢中。

1.2.3 設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)

設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括：主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)、GIS 局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)、開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)等，其主要用于對變電設(shè)備重要參數(shù)和工況的實時在線監(jiān)測。

1.3 平臺應(yīng)用

1.3.1 生產(chǎn)監(jiān)控指揮平臺

生產(chǎn)監(jiān)控指揮平臺用于匯集各類智能終端采集的設(shè)備信息參數(shù)和變電站內(nèi)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)等，可實現(xiàn)對變電站內(nèi)設(shè)備、作業(yè)情況和周邊環(huán)境的實時感知和監(jiān)控。

1.3.2 智能終端集控平臺

智能終端集控平臺主要用于對變電站內(nèi)的無人機、機器人和攝像頭等智能終端實現(xiàn)遠程監(jiān)視和控制，并對智能終端進行巡檢作業(yè)后的數(shù)據(jù)進行采集和分析。

2 制約條件分析

目前，變電站智能巡檢技術(shù)的發(fā)展已跨過早期巡檢設(shè)備少、功能單一等技術(shù)門檻，尤其是無人機、5G、WAPI 技術(shù)的發(fā)展，正推動變電站無人巡檢往多智能終端協(xié)同的方向發(fā)展，但該巡檢體系的建設(shè)也面臨著諸多制約條件。

2.1 傳統(tǒng)變電站設(shè)計未充分考慮智能巡檢作業(yè)特性

當(dāng)前，變電站的設(shè)計與設(shè)備選型布局并未充分考慮智能巡檢設(shè)備的作業(yè)特點。一是設(shè)備間隔過于密集，不利于無人機、機器人等進行巡檢作業(yè)。以南方電網(wǎng)35kV 智能變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計為例，35kV 斷路器與隔離開關(guān)中線距離為2.5m，而目前《廣東電網(wǎng)變電專業(yè)無人機巡檢航線規(guī)劃指引》中規(guī)定，無人機航線與35kV 設(shè)備帶電部位安全距離不小于1.2m，而考慮到斷路器與隔離開關(guān)的機構(gòu)箱等突出部件，無人機無法安全進入兩設(shè)備間進行巡檢作業(yè)。

二是表計類設(shè)備存在巡視死角。如圖1所示為傳統(tǒng)變電設(shè)備的表計安裝位置一般位于狹窄或封閉空間，比如斷路器動作計數(shù)器、斷路器儲能指示器和避雷器泄漏電流監(jiān)測儀等，這類表計出于防護或方便人工巡視等原因，一般都安裝在機構(gòu)箱內(nèi)部或朝下安裝，對無人機等智能設(shè)備存在巡視死角，無法監(jiān)測。

圖1 避雷器泄漏電流監(jiān)測儀存在巡視死角

2.2 設(shè)備狀態(tài)與環(huán)境變化的實時感知能力不足

目前，無人機、機器人等智能巡檢終端已實現(xiàn)遠程作業(yè)，相比于現(xiàn)場巡視，遠程作業(yè)對設(shè)備狀態(tài)和周邊環(huán)境的實時感知能力是短板。一是設(shè)備在線監(jiān)測裝置普及率較低。以某供電局為例，全市共有35kV 及以上變電站140余座，在運主變壓器260余臺，各類在線監(jiān)測設(shè)備配置情況見表1。由表1可知，目前該局變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置種類較單一、數(shù)量較低。

表1 某供電局在線監(jiān)測裝置配置情況

二是對現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的感知度不足。如圖2所示，目前變電站內(nèi)設(shè)備和周邊環(huán)境變化是造成無人機巡視作業(yè)時發(fā)生墜機事件的主要原因。受限于人力和時間成本，當(dāng)變電站內(nèi)設(shè)備或周邊環(huán)境發(fā)生變化時，用于安全校驗的點云模型無法做到及時更新同步。同時，隨著智能終端巡檢作業(yè)的增加，不同專業(yè)班組間也存在交叉作業(yè)的風(fēng)險。上述情況對站內(nèi)的設(shè)備和人身安全存在較大的安全隱患。

圖2 線路改造后導(dǎo)致無人機墜機

2.3 圖像識別技術(shù)亟待發(fā)展

在變電智能巡檢圖像識別領(lǐng)域，某電網(wǎng)公司明確了紅外檢測、表計讀數(shù)、外觀缺陷、隱患排查、狀態(tài)檢測和人員行為六大類算法開發(fā)目標(biāo)，截至目前已完成4大類19種算法的開發(fā)部署工作，其中紅外檢測算法7種、表計讀數(shù)識別算法6種、外觀缺陷識別算法4種、隱患排查2種。已部署算法在實際應(yīng)用中的準(zhǔn)確率有待提高，主要問題表現(xiàn)為：算法種類不足、識別準(zhǔn)確度和精度不高等，如圖3所示的算法誤將車輪識別為表計。在現(xiàn)階段的實際應(yīng)用中，變電領(lǐng)域圖像識別技術(shù)并未很好地起到減輕人工識別負擔(dān)的作用。

圖3 誤將車輪識別為表計

2.4 缺乏集成平臺，各終端之間協(xié)同聯(lián)動能力不足

由于各終端設(shè)備發(fā)展迭代情況不一，因此不同終端往往有各自一套應(yīng)用平臺。以某供電局為例，目前該供電局在智能巡檢領(lǐng)域所使用的平臺主要有：視頻監(jiān)控平臺、生產(chǎn)監(jiān)控指揮平臺、無人機及機器人遠程巡檢作業(yè)系統(tǒng)、無人機航線規(guī)劃系統(tǒng)和電網(wǎng)管理平臺、智慧安監(jiān)系統(tǒng)等。雖然各系統(tǒng)的功能正在不斷完善和集成，但不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享共用通道尚未打通，設(shè)備、系統(tǒng)間的相互觸發(fā)與聯(lián)動作業(yè)能力較低，限制了多終端協(xié)同的能力。

3 解決對策

針對上述制約多終端協(xié)同巡檢體系建設(shè)的不利條件，提出下列解決對策。

3.1 積極推動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范更新迭代

針對傳統(tǒng)變電站設(shè)計未充分考慮智能終端作業(yè)特點的問題，應(yīng)積極開展基于多終端協(xié)同模式下的變電站智能巡檢作業(yè)特點的研究論證工作，進而推動變電站典型設(shè)計、設(shè)備選型和各類技術(shù)規(guī)范、管理標(biāo)準(zhǔn)的迭代更新。2023年，某電網(wǎng)公司成立變電智能巡檢技術(shù)攻堅團隊，圍繞智能巡檢體系建設(shè)、智能終端深化應(yīng)用、系統(tǒng)平臺搭建、關(guān)鍵技術(shù)研究攻關(guān)等方面開展工作。目前，公司內(nèi)部已組織開展無人機安全作業(yè)距離、變電站無人機碰撞試驗[2]和紅外測溫精度試驗等理論研究和試驗工作，并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行了修編完善。

3.2 提升在線監(jiān)測裝置普及應(yīng)用水平

在智能化電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展中，輸變電設(shè)備的監(jiān)測技術(shù)是較為重要的內(nèi)容，也是提升智能化電網(wǎng)運行質(zhì)量與運行效率的關(guān)鍵[3]。一是要通過安裝數(shù)字表計、巡視攝像頭等在線監(jiān)測終端，實現(xiàn)對現(xiàn)有巡視死角的覆蓋。二是要加大力度提升在線監(jiān)測裝置的普及率及應(yīng)用水平。三是要加強在線監(jiān)測裝置的管理，在線監(jiān)測系統(tǒng)投入運行后，必須編寫相關(guān)運行規(guī)程，將其納入生產(chǎn)設(shè)備日常管理，規(guī)范其儲存、使用、通信、數(shù)據(jù)分析和維護等管理制度[4]。

3.3 加強關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)

加強圖像識別、作業(yè)安防等關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)攻關(guān)。針對現(xiàn)階段變電設(shè)備圖像識別算法準(zhǔn)確率較低等問題，應(yīng)面向基層運維單位廣泛收集補充樣本數(shù)據(jù)，梳理業(yè)務(wù)邏輯，評估算法效果，開展算法測試，以業(yè)務(wù)為牽引，使算法更貼合業(yè)務(wù)場景，確保算法在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。同時，面對新作業(yè)模態(tài)，應(yīng)加強作業(yè)安防方面的技術(shù)攻關(guān)，確保智能終端作業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備及人員安全。

3.4 推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型，釋放數(shù)據(jù)潛力

一是要加強系統(tǒng)間聯(lián)動能力，在系統(tǒng)應(yīng)用層面，應(yīng)加快構(gòu)建基于多終端協(xié)同巡檢模式的集成平臺應(yīng)用，打通各類智能終端之間的信息堵點。二是充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，通過數(shù)字化手段輔助智能巡檢體系，釋放數(shù)據(jù)潛力。2024年1月，某供電局生產(chǎn)領(lǐng)域數(shù)字員工“客小生”正式上線，通過定時采集、比對各業(yè)務(wù)平臺數(shù)據(jù)，先后承擔(dān)起供電質(zhì)量分析、作業(yè)計劃監(jiān)督、缺陷閉環(huán)跟進等任務(wù)，使數(shù)據(jù)巡視流程轉(zhuǎn)向自動化，線上監(jiān)盤工作化繁為簡，數(shù)據(jù)價值得到最大化，極大減輕了生產(chǎn)指揮人員工作負擔(dān)。

本文主要研究了國內(nèi)電力系統(tǒng)變電智能巡檢領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)發(fā)展，以及國內(nèi)供電企業(yè)在變電運維體系建設(shè)方面的最新成果，通過對現(xiàn)有技術(shù)裝備、平臺應(yīng)用和運維經(jīng)驗的分析總結(jié)，形成基于多終端協(xié)同模式下的變電智能巡檢體系的整體認識和制約性條件分析。目前，基于多終端協(xié)同模式的變電智能巡檢體系正處在建設(shè)初期，變電智能巡視正加快對傳統(tǒng)人工巡視的替代，本文通過分析現(xiàn)階段基于多終端協(xié)同模式的變電智能巡檢體系建設(shè)面臨的制約條件，同時提出相應(yīng)的解決對策，旨在為下一階段的變電智能巡檢體系建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考經(jīng)驗和理論依據(jù)。