巡檢技術在無人值守變電站中的應用

張勝會

（天津航天長征火箭制造有限公司，天津 300462）

0 引 言

無人值守變電站除了可視屏監控，還具有遠程電腦桌面控制和屏幕錄像等功能，能夠滿足用戶的多方位需求，是發展的必然趨勢。站在企業角度，無人值守變電站可幫助企業完成多項工作，如遠程網絡服務維護協助、遠程辦公以及資料信息獲取等。還可以代替人工隨時監控電網的安全，做好安防工作。

1 主要巡檢技術

1.1 巡檢機器人

巡檢機器人能夠進行可見光和紅外定點定時拍照，保證對數字油位計和表計的快速識別，并在發現表計或油位計讀數異常、設備發熱以及存在缺陷時及時發出警報，同時自動生成異常記錄。巡檢后，智能巡檢機器人還會自動歸位，實現自動充電和保護功能，全程無需人工操作。利用智能巡檢機器人可以提高巡檢效率，切實保證巡檢人員安全。

1.2 特高壓絕緣子檢測機器人

特高壓絕緣子檢修屬于高空作業，危險性較大，員工無法實現帶電檢測。電網企業研制出特高壓絕緣子檢測機器人，利用探測針可以全面分析絕緣子異常故障，利用絕緣機械抓手沿著絕緣子鋼帽不斷上升，可以全面檢測特高壓絕緣子桿塔。特高壓絕緣子檢測機器人體積小、重量輕且待機時間長，充一次電能夠檢測1 500片絕緣子，可以精確記錄各種數據，并將結果傳輸給數據庫，利用后臺軟件即時分析。操作者只需利用手機或電腦進行遠程遙控，即可實現自動巡檢[1]。

1.3 無人機

很多高壓線上經常會懸掛風箏、孔明燈以及垃圾袋等其他雜物，如果沒有及時處理，很容易導致線路跳閘而引發故障。傳統人工帶電作業模式需要通過桿塔掛梯才能夠清除異物，操作環境非常危險，作業時間長。利用無人機噴火消除異物的方式，能夠有效取代員工帶電操作，減少危險性。無人機噴火直接將汽油或酒精作為噴火燃料，在無人機上安裝噴射火焰裝置，精準控制噴油噴火位置、噴火量以及噴火時間，往往只需要幾分鐘就能夠輕松去除垃圾、風箏以及孔明燈等異物。無人機噴火最高溫度為400 ℃，而高壓架空導線的熔點為600 ℃，因此不會對線路造成損傷。

無人機能夠在冰雪、水災、地震以及滑坡等自然災害條件下開展巡線工作，及時檢查輸電線路本體缺陷和通道隱患，還能夠應對各種復雜的地形地質條件和惡劣天氣。利用無人機巡檢技術能夠及時快速準確獲得市場信息，還能夠代替人完成危險任務，即使出現飛行意外，也不會導致人員傷亡。電網企業研制的多旋翼無人機，能夠在10 m距離捕捉2 cm的目標物實現遠程遙控。利用紅外熱成像儀和機載相機，能夠快速檢查受災桿塔和線路。無人機可實時傳回圖像，保證數據分析準確。此外，巡線員能夠對線路設備進行測溫，提高工作效率。

1.4 輸電線路山火監測預警系統

很多高壓架空線位于偏遠山區，經常受到山火威脅而引發輸電線路跳閘和停電等故障。電網企業研制的輸電線路山火監測預警系統利用最先進的高精度衛星紅外接收儀，能夠實現軌道衛星和同步衛星的紅外數據實時接收，快速展示山火路線。此外，還能夠生成山火告警信息，實現告警短信快速發送、報警信息統計以及山火預報和展示等多重功能。

帶電高揚程移動滅火平臺能夠直接將水霧化為400 μm的噴霧狀，實現帶電滅火。將滅火劑與水按1:15的比例混合，快速提高滅火效果。1 min內利用50 L滅火劑，能夠撲滅上百平方米的山火，有效彌補了輸電線路山火現場山高缺水的不足，使電網防火由被動轉為主動。

1.5 北斗衛星系統

北斗衛星系統作為我國自主研制的全球衛星導航系統，由空間段、地面段以及用戶段3部分組成，能夠全天候為全球用戶提供定位、導航以及授時服務。傳統變電站巡檢時，由于地處偏遠且無公網覆蓋區域面積較大、采集電能數據困難、配電網故障以及無人值守變電站與桿塔監測成本過高等問題，導致偏遠地區電力供應效果不理想。將北斗衛星導航系統應用于電網領域，能夠實現在線監測、車輛定位管理以及用電信息采集等功能，有效解決了偏遠地區用電信息采集困難和設備監測困難等問題。利用北斗衛星通信和智能配電網管理系統，可以實現車輛和故障位置的實時監控，對故障的判別更加準確。此外，利用北斗衛星導航系統，配網故障的定位時間由小時級別提升至分鐘級別，大大提升了配網效率，且無需專門建設基站和專用光纜，信息安全性能更高。還能夠實現全時監控和GIS定位故障，合理規劃搶修線路，有效縮短故障停電時間[2]。

2 智能巡檢技術的主要功能介紹

目前，無人值守變電站智能巡檢主要以智能巡檢機器人為主，整合機器人技術、電力設備非接觸檢測技術、模塊識別技術、多傳感器融合技術、定位導航技術以及互聯網技術等，能夠實現全自主遠程遙控。無人值守可以有效代替人工，對變電站實現巡檢，為智能變電站和無人值守變電站提供技術檢測的手段，推進變電站無人值守的快速發展。

在日常巡檢時，智能巡檢系統能夠對變電站的設備和儀表進行定點拍攝，并將圖像上傳至互聯網終端。紅外巡檢系統還能夠實時采集和監控變壓器、互感器、觸頭母線以及連接頭等的溫度，利用對比歷史趨勢分析等多種手段，判斷設備是否出現異常狀況。紅外測溫時，模塊識別技術能夠準確識別溫度檢測設備，提高溫度檢測的整體效果。在正常工作時間允許的情況下，智能巡檢系統可以任意設定巡檢時間，在到達時間后能夠沿著預設軌道實現自動巡檢，并最終停靠在預先設定的地點。利用感應器自動感應帶電設備可以在所有檢測完成后還能夠實現自主充電。人工操作的模式下，智能巡檢系統可以脫離預先設定的路線，運用鍵盤和鼠標對智能巡檢機器人進行遙控，擴大巡檢的范圍。巡檢完畢后，對信息采集和相關功能進行分析，全方位監控電站的運行狀況，包括環境溫度、風速以及聲音采集，對巡檢設備的歷史數據自動生成報表。圖1為無人值守變電站優化設備。

圖1 無人值守變電站優化設備

在巡檢過程中，可以查看歷史事件，自動分析超溫報警、溫度曲線以及溫差警報實現巡檢作業的自動化管理。無人值守變電站可通過3種方式實現視頻監控。第一，硬盤錄像機以錄像為主，支持IE瀏覽。第二，網絡視頻服務器前端不錄像，可直接將影像傳輸到后臺，即后臺服務器錄像。第三，網絡攝像機以直接連接網絡查看錄像。視頻監控的方式通常選擇網絡攝像機，便于隨時隨地查看，精準時段信息。無人值守變電站內部利用高清顯示屏可直觀清晰查看視頻，且可多人同時查看視屏。

3 智能巡檢技術在無人值守變電站中的應用及改進措施

3.1 智能巡檢技術在無人值守變電站中的應用優勢

智能巡檢系統能夠對無人值守變電站室外設備進行自動化巡視。但智能巡檢機器人是新興技術，在實際應用過程中難免存在不足，因此需要不斷積累經驗，從而不斷完善與提升智能巡檢系統的水平[3]。

與傳統的人工巡視相比，智能巡檢系統具有諸多優勢。首先，智能巡檢系統可以代替人工精確巡檢室外設備。利用視覺伺服技術能夠精準定位云臺，明確故障巡查點。根據具體的巡查內容，客觀、標準地完成檢測作業，可有效改變人工巡檢檢測數據不客觀等問題，保證變電站設備巡檢更加精確。自動巡檢能夠有效節省運維人力，避免人員操作受到電磁輻射造成的影響。其次，智能巡檢系統不受惡劣天氣等影響。無論是大風、大雨還是冰雹、冰雪，都能夠正常按計劃行事，有效解決惡劣天氣下人工巡檢受阻的問題。再次，智能巡檢系統不受巡視時間的限制。人工巡檢通常在白天進行，而白天處于用電高峰階段，無法實現停電檢查。智能巡檢系統可以在夜間的凌晨段或者3點段按照人工選擇的路線進行巡檢，保證電力系統穩定供應[4]。最后，智能巡檢系統還能夠實現紅外巡視。通過自動設置測溫點可以對故障設備進行紅外測溫，能夠與人工測溫數據進行對比，真正減輕人工測溫的工作強度。利用數字圖像處理技術，可以對相關設備進行歷史溫度曲線分析，使人工巡檢更加精確。運用數據庫技術自動升級軟件系統，可保證變電站巡檢系統能夠正常穩定運行，還可以實現后臺管理，設定日常巡視和特殊巡視，客觀標準地完成各種作業。智能巡檢系統按照傳統人工巡檢要求開展日常值班巡視，根據實際情況進行分析，保證數據更加精確。利用后臺專家庫能夠長期科學管理和智能分析數據，自動生成巡查報告。在實現遠程操控模式下，可以全時跟蹤巡檢設備的運行情況。

在應用巡檢技術時，用戶可以利用鍵盤和鼠標等方式確保程序正常運行。所有的信息都被外設驅動程序截獲，想要分析這些數據，只有將外設操作加入系統內部，才能夠使應用程序快速處理所獲取的信息數據，確保應用程序能夠從窗口消息隊列中獲得相關的應用。但是，部分應用程序不具備這種功能，無法提供外設輸入，必須自行模擬外設信息將各種系統消息納入到消息隊列中。巡檢技術系統設計涉及的內容多，會影響計算機網絡無人值守變電站的正常工作。利用巡檢技術能夠幫助技術人員第一時間獲得最關鍵的數據線索，還能夠提高監控系統的維護水平。因此，全面設計并改進監控系統操作界面，按照人機工程學的要求進行判斷，以保證人機界面更加直觀清晰。

3.2 智能巡檢機器人巡視應用的主要不足及改進建議

目前，巡檢系統沒有明確的巡視規范，導致驗收時缺乏參考，許多具體功能無法實現。例如，最優路徑規劃功能只在變電站5個以下巡視點位才能夠實現，超過5個以上巡視點位系統就會崩潰。利用儀表讀取功能可以在白天進行自動讀取，儀表讀取僅具備拍照功能，無法將數據自動轉換成報表，缺乏對工況的準確判斷與分析，極大地影響了巡檢系統的實用性。因此，變電站需要及時制定變電站巡檢系統的驗收大綱，并不斷提高大綱的可操作性，根據變電站的實際情況完善巡檢系統的相關功能。

在施工階段沒有充分考慮巡檢系統的環境適應性問題，很容易導致在施工期間智能巡檢機器人系統運行與實際不相符的問題。在設計階段，應當加強巡檢系統的路面適應能力，充分考慮巡檢路線的路面是否設計合理，提高設備的整體爬坡能力。此外，要充分考慮臺風和冰雪等自然災害因素，合理設置充電樁。智能巡檢機器人如圖2所示。在智能機器人應用的過程中，由于軟硬件系統的影響，巡檢過程中會出現各種意外。很多情況下，最優路徑規劃、聲音采集語音通話以及儀表讀取等功能無法實現，或者只有個別設備能實現。聲音采集過程中很容易受到干擾，儀表讀取也容易受到巡視位置分辨率等因素的影響，無法實現正面讀取。此外，程序設計也可能存在問題，與系統不相匹配出現自行退出等，從而無法實現遠程視頻監控。巡檢過程中若受到嚴重的電磁干擾，也很容易導致設備出軌而從巡檢線路上掉落，造成設備自身損壞或者碰壞其他設備。巡檢機器人底座高度設計不夠合理很容易導致涉水能力不夠，運行速度慢，影響整個巡視效率[5]。

圖2 智能巡檢機器人

針對現存的軟硬件問題，巡檢系統需要增加蓄電池的整體容量，確保巡檢設備的整體運行能力，有效縮短巡視時間，提高機器人的整體抗干擾能力，增強巡檢設備電磁感應靈敏度，設計出可調節的底座，以滿足不同地域的巡檢功能要求，加強對巡檢儀表的自動讀取識別能力。要對數據信息進行自動修正和自動導出，及時發現設備異常物檢測，提高設備拍攝的整體像素。

4 結 論

智能巡檢系統能夠有效彌補人工巡檢存在的各種安全隱患，既可以有效節省寶貴的人力資源，又能夠準確評測數據信息。通過長時間的科學管理，自動生成巡檢報告，為設備的自動化運行提供可靠的基礎數據，在巡視功能方面可以起到應有的效果。隨著智能巡檢技術的不斷發展，可以及時彌補現有的各種缺陷，提高智能巡檢的整體效果，滿足無人值守變電站的發展需要。