水電廠智能化遠程巡檢系統的實踐探索及思考

毛 琦，劉 宇

（1.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038；2.五凌電力近尾洲水電廠，湖南 衡陽 421127）

隨著智能電廠的逐步推廣，通過先進的傳感器測量裝置及網絡通信技術，實現對電廠生產全方位監測和感知需求也逐步加大。目前國內智能化巡檢在水電廠方面還處于摸索及初步應用階段，大部分電廠還是采用工業電視監控及人工定時定點巡視和信息手工錄入的方式。為有計劃推進智能化巡檢設備的應用，將人工巡檢和信息手工錄入提高到智能巡檢的水平，將使各級生產維護人員能夠直觀及時共享電廠各類設備的運行工況，及時發現和處理設備運行中出現的異常、缺陷和其它安全隱患，減少現場運維巡檢強度，本文從實際需求角度出發，闡述智能化巡檢應具備的功能和主要實現技術手段。再以某電廠實際巡檢情況為例，探討采用人工巡檢模式的電廠推進實現智能巡檢系統主要需努力的方向。

1 智能化巡檢系統的主要功能

1.1 按時性及精確性

系統保障全天候工作，按照固定巡檢路線，對固定設備進行定點巡檢，相對人工按天、按周、按月的定期巡檢方式，巡檢時長及效率大幅提升。

1.2 數據實時性及可查詢性

系統實時采集各巡檢設備環境參數，檢測是否存在漏水、漏油、塵埃數值、溫濕度、臭氧、SF6、氧氣等參數的變化，并及時記錄及存儲。供運行人員打印，查詢及分析。系統具備自動診斷風機、空調等環境調節設備的運行狀態，對于運行異常現象提出建議性結論。

1.3 系統數據具備診斷功能

系統根據采集實施數據自動分析電力設備、機械設備以及自然環境的動態數值是否處于故障、異常的狀態，并能快速通知有關人員，如遇物體燃燒起火、設備漏水、漏油等現象，自動啟動聲光設備并撥打電話進行相應通知。

1.4 系統對外通信功能

為滿足智能化電廠對于數據傳輸性能的要求，系統應具備對外接口，能夠滿足常用TCP/IP、IEC104等常用協議，具備對外傳輸數據功能

2 智能化巡檢系統結構

智能化巡檢系統主要包含中央決策系統、數據采集單元、報警系統、數據存儲系統、對外數據傳輸系統等。其主要結構如圖1。

圖1 智能化巡檢系統結構

2.1 中央決策系統

中央決策系統主要對各數據采集單元采集的圖像、聲音及各溫濕度、臭氧、SF6、氧氣等現場數據進行數據處理、傳輸。能夠根據圖像信息判斷現場設備運行狀態，是否存在漏水、漏油、起火等情況。能夠根據溫濕度判斷現場空調、風機等運行狀態。能夠根據臭氧、SF6等氣體檢測數據判斷是否存在放電、SF6泄露等情況。

2.2 數據采集單元

現場數據采集單元主要是采用智能化傳感器、智能機器人、智能無人機、工業電視等方式進行現場數據采集。

智能無人機主要進行發電機主廠房及大壩等開闊地帶巡檢，無人機需配備紅外攝像頭，具備夜間巡檢能力，通過GPS定位按照規劃路線進行巡檢，具備自動啟停功能，帶有無線信號傳輸功能，能夠自動將數據傳輸給中央決策系統。

智能機器人主要巡檢范圍為各設備控制間隔，巡檢各設備運行狀態及各設備間隔環境變量。機器人應具備紅外攝像頭，具備夜間巡檢能力，通過固定導軌按照規劃路線進行巡檢，具備自動啟停功能，帶有無線信號傳輸功能，能夠自動將數據傳輸給中央決策系統。

其他智能機器人無法到達的狹窄空間，如燈泡頭等采用智能傳感器和紅外攝像頭等方式采集環境數據和圖像數據，通過固定線路將數據傳送至中央決策系統。

2.3 數據存儲單元

數據存儲單元主要功能為數據存儲，還包含報表查詢、打印、數據查詢等功能，方便運行維護。

2.4 報警單元

報警單元主要功能為在中央決策系統發出報警命令時，能夠驅動聲光報警，提醒運行人員注意，并具備向特定手機號碼發送報警短信，撥打報警電話等功能。

2.5 對外數據傳輸單元

對外數據傳輸單元主要功能為接收中央決策系統實時數據，具備對外接口，能夠對外發送智能巡檢系統實施數據，滿足智能化電廠建設要求。

3 某電廠設備巡檢現狀

某貫流式電廠日常巡檢包含運行和專業組巡檢兩大部分，主要分布于主廠房1～5樓各空間、區域，包含設備間、燈泡頭、燈泡體、各廊道、主變場等場所，主要依靠現場人員巡檢的方式開展日常巡檢工作，運行人員需對管轄的設備進行定時定點巡檢，巡檢工作繁重。為此采用其他技術手段減少巡檢工作量，并做了以下探索。

3.1 使用傳感器進行數據采集

利用儀器、儀表數字化改造方式來替代部分現場巡檢項目，使之能通過監控系統數據接入實現在線觀測，表1是相關應用提升的清單。

表1

3.2 變壓器局放監測裝置

變壓器局放監測采用油閥式特高頻局放傳感器，通過變壓器底部的放油閥將局放信號傳感器裝入變壓器內部，傳感器獲取到的信號通過特高頻電纜接入主變在線監測現地柜內的局放監測單元。

圖2 變壓器局部監測裝置

3.3 變壓器套管監測裝置

在對變壓器套管進行在線監測時，首先需要在套管末屏抽頭上安裝配套設計的末屏適配器，并就近加裝防開路保護裝置，以便可靠地獲取套管末屏的接地電流信號。然后通過雙絞屏蔽電纜，把末屏信號引入主變在線監測現地柜，通過現地柜內安裝的套管在線監測單元，準確獲取套管末屏接地電流信號的幅度及相位信息，并進行相應的處理，求得其與同母線PT二次電壓信號的相位差值和幅度比值，從而獲得該套管的電容量及介損值。

變壓器鐵心及夾件接地電流采用穿心式電流傳感器進行取樣，取樣傳感器安裝與鐵心及夾件接地線上，傳感器與主變鐵心監測單元之間采用信號電纜連接。

圖3 變壓器套管監測裝置

3.4 機組調速器油顆粒度在線監測系統

利用汽輪機油顆粒度智能在線監測系統監測機組調速器系統油顆粒度，柜式機安裝在60米層測溫屏旁，通過管道與調速器油系統相連，監測數據上傳至智能決策平臺。

3.5 GIS局放監測裝置

局放監測技術采用特高頻檢測法，通過應用寬帶高頻天線（300 MHz～1.5 GHz傳感器）監測GIS內部局部放電流激發的電磁波信號，從而反應GIS內部局部放電的類型及位置。

圖4 局部放電位置檢測原理圖

3.6 GIS SF6在線監測裝置

通過威卡定制的四通閥，實現能源局要求的免拆卸校驗密度繼電器功能，同時加裝密度溫度微水傳感器，威卡的獨特設計，確保了威卡的微水、密度、溫度、壓力在線監測。無線單元與SF6氣體傳感器之間采用RS485總線通信，無線單元通過GPRS網絡發送至服務器，再由服務器傳送至遠程運維平臺。

3.7 主變低壓側刀閘無線測溫裝置

在線監測項目：監測主變低壓側刀閘上、下端A、B、C三相溫度。高壓設備溫度監測變送器由三個功能部分組成：一是感應取電；二是溫度測量；三是數據通信。溫度變送器安裝在高壓設備的被測點上，采用雙組份導熱導電粘結劑將變送器底部金屬板粘合在高壓設備本體上，而溫度傳感器就緊靠著底部金屬板，溫度測量模塊利用成熟的接觸式測溫方式測得高壓設備被測點的溫度值。數據無線通信模塊負責將測得的溫度值進行編碼變換處理后，發送給溫度監控裝置。

圖5 無線測溫裝置原理圖

3.8 直流系統蓄電池監測系統

在線監測項目：監測直流蓄電池單體單壓、單體絕緣、內阻等數據。改造范圍：直流2組蓄電池（每組104個），監控2組UPS蓄電池（每組18個）在線數據監測，并接入遠程巡檢平臺。

3.9 電調在線監測功能開發

在線監測項目：電調事故追憶曲線、信息一覽表、故障一覽表等接入遠程巡檢平臺。

3.10 智能化工業電視巡檢系統

工業電視系統增設電廠遠程巡檢所需的可視“天網”功能，具備智能分析油、水、氣泄露功能和火焰感知能力，且能對視頻測溫實施收集分析、預警。將原有視頻攝像頭進行改造，全部替換為具有夜視功能高清攝像頭。采集位置分別為GIS室、出線平臺、主變層及樓道、主廠房及設備間層、滲漏排水泵房、發電機層以及水輪機操作廊道層。

4 目前智能巡檢應用狀況及思考

目前無人巡檢手段多應用于電網公司，如利用無人機巡檢架空線路，智能機器人巡檢變電站、高壓配電柜等實例，但經過前期調研及咨詢，無人機極易受電磁干擾和衛星定位信號制約，現階段機器人越層巡檢困難等弊端，僅有少部分電廠利用機器人進行局部設備巡檢，若利用現有手段替代人工巡檢方式，耗費人力、物力巨大，且設備間獨立陳設，防火門隔斷，燈泡頭、燈泡體區域空間狹小，存在較大安全風險，且布設設備點多面廣，短時間內很難利用無人機、機器人巡檢方式全面替代。

為穩步推進遠程巡檢系統的運維試點，對巡檢內容逐項梳理，優先考慮通過自動化元件改造手段將實時數據接入監控系統的方式對部分巡檢內容進行替代，其次考慮利用在線監測技術對主機、主變等設備的巡檢項目進行覆蓋，最后考慮布設智能化工業電視系統和少量無人機、機器人的方式進行遠程視頻巡檢，綜合應用達到無人巡檢的目的。

遠程巡檢技術的發展要求電廠管理隨之創新，使技術進步發揮更大的作用 。遠程巡檢管理層應從全局觀點出發，頂層設計，做好規劃，開展嘗試，積極穩步地推廣。

切實加強相關組織結構，形成有效的建設工作機制。保障必要的資金投入，深化智能遠程巡檢理論與技術研究，有效推進新技術、新理論在建設中的實踐。積極開展電力行業關于遠程巡檢建設經驗交流，不斷提升智能感知建設水平。

新技術的突破應用，要求更新管理觀念，要貫徹管控一體化，電廠常規、重復的工作，盡量由機械、計算機自動完成；遠程巡檢管理過程要注重結果管理，實現全過程管控；要把分散、離散的管理，過渡到集中、實時管理。

5 結束語

遠程巡檢系統的建設涉及電廠的方方面面，是一項綜合性、全局性、長期性的系統工程。必須切實加強協調，調動包括電廠各方面的積極性、形成強大的工作合力，才能不斷增強建設的實效性、高效性，提高智能電廠遠程巡檢建設的水平。