基于人工智能技術(shù)的電廠跑冒滴漏智能檢測系統(tǒng)研究

李智華，易力

（1.神華國華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司，山東 濰坊 262700；2.北京電科智擎科技有限公司，北京 100000）

電廠是關(guān)乎國家能源安全和人民生活質(zhì)量的電力生產(chǎn)基地。電廠設(shè)備檢測環(huán)境嘈雜，監(jiān)測周期短，需要大量的時間和精力。同時，需要巡檢人員具有強(qiáng)烈的責(zé)任感。而電廠設(shè)備的“跑冒滴漏”現(xiàn)象不僅會影響設(shè)備的正常運(yùn)行，也會威脅電廠工作人員的安全。電廠設(shè)備跑冒滴漏主要涉及水、煙氣、酸堿溶液、油、蒸汽、煤粉、電火花、火焰等多種物質(zhì)的跑冒滴漏。電廠設(shè)備一旦出現(xiàn)跑冒滴漏，不但污染環(huán)境，還會對現(xiàn)場人員造成職業(yè)危害，增加電廠安全運(yùn)行風(fēng)險。傳統(tǒng)的電廠設(shè)備跑冒滴漏檢測依賴現(xiàn)場人員的定期檢查。通常，檢查整個電廠設(shè)備的平均時間間隔為2.5h。如果檢查人員疏忽懈怠，就很難及時發(fā)現(xiàn)電廠設(shè)備跑冒滴漏，導(dǎo)致事故影響范圍擴(kuò)大。因此，有必要設(shè)計和運(yùn)用基于人工智能技術(shù)的電廠設(shè)備智能檢測系統(tǒng)，以準(zhǔn)確快速識別各種物質(zhì)的跑冒滴漏，從而及時向管理站點(diǎn)發(fā)送警報，以提高電廠生產(chǎn)現(xiàn)場安全風(fēng)險管理水平以及應(yīng)急處置能力。

1 電廠跑冒滴漏智能檢測系統(tǒng)的主要功能需求

電廠智能檢測系統(tǒng)采用圖像分析、聲音分析、溫度分析等多種方法檢測油、水、氣、蒸汽、煙、灰、煤等各種現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的跑冒滴漏并能及時準(zhǔn)確發(fā)出報警，有效提高電廠生產(chǎn)過程中的安全風(fēng)險管理和應(yīng)急響應(yīng)能力。對于高溫高壓管線（主蒸汽管線、再熱蒸汽管道、供水管線等），重點(diǎn)檢查焊縫、閥門、法蘭、彎頭、三通和取樣管線等潛在泄漏部位，確保智能檢測系統(tǒng)快速準(zhǔn)確識別跑冒滴漏，總體來說，電廠智能檢測系統(tǒng)應(yīng)具有以下幾個功能：

（1）圖像分析。電廠智能檢測系統(tǒng)可以通過智能檢測機(jī)器人和攝像頭采集圖像信息，進(jìn)行大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)與分析，分析和識別電廠生產(chǎn)現(xiàn)場的跑冒滴漏，及時準(zhǔn)確地發(fā)出警報。

（2）聲音分析。電廠智能檢測系統(tǒng)利用智能檢測機(jī)器人采集設(shè)備運(yùn)行過程中的語音數(shù)據(jù)，對聲音大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，基于人工智能算法和語音數(shù)據(jù)進(jìn)行人工智能檢測。例如，利用熱高壓和壓縮空氣管道中產(chǎn)生的聲音的分貝和頻率特性來確定是否存在泄漏，并分析泄漏周圍的聲強(qiáng)，最終找到發(fā)生跑冒滴漏的具體位置。

（3）溫度分析。熱管（主蒸汽管、后熱蒸汽管、供水管等）發(fā)生跑冒滴漏后，跑冒滴漏處附近的溫度會升高，從而與其他地方的溫度變化不同。智能檢測系統(tǒng)可以通過智能檢測機(jī)器人、紅外測溫?zé)嵯駜x采集溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析，利用人工智能算法開發(fā)基于溫度數(shù)據(jù)的智能檢測系統(tǒng)，快速準(zhǔn)確地定位跑冒滴漏。

2 電廠跑冒滴漏智能檢測系統(tǒng)構(gòu)成

電廠智能檢測系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)以火電設(shè)備為主要巡檢對象，主要包括測溫型熱成像攝像機(jī)、巡檢機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、后臺服務(wù)器、智能監(jiān)測系統(tǒng)等。

圖1

2.1 測溫型熱成像雙光譜攝像機(jī)

攝像機(jī)采用測溫型熱成像攝像機(jī)基于集成紅外熱成像技術(shù)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要由前端圖像采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備和顯示設(shè)備組成。前端圖像采集設(shè)備包括測溫型熱成像雙光譜云臺、測溫型熱成像球機(jī)或測溫型熱成像雙光譜防爆云臺，可視安裝環(huán)境與監(jiān)測要求進(jìn)行靈活配置。

前端雙光譜紅外熱成像設(shè)備采集電廠電力設(shè)備實(shí)時可見光及紅外熱成像圖像和溫度數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖吮O(jiān)控平臺即服務(wù)器和錄像機(jī)，經(jīng)過系統(tǒng)分析，實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備遠(yuǎn)程熱成像的實(shí)時監(jiān)控。

智能檢測機(jī)器人。智能檢測機(jī)器人搭載了紅外熱像儀、高清攝像頭、溫濕度傳感器、聲光報警器、超聲傳感器、無線接收模塊等部件，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，功能齊全。其基本架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能巡檢機(jī)器人基本架構(gòu)

2.2 智能檢測機(jī)器人導(dǎo)航模塊設(shè)計

智能檢測機(jī)器人通過激光測距制導(dǎo)，不需要提前設(shè)置軌道。智能檢測機(jī)器人的前后左右均設(shè)置激光測距儀，可以準(zhǔn)確識別自身與其他物體的距離。激光信號傳送到激光傳感器模塊，實(shí)現(xiàn)激光導(dǎo)航功能。配合機(jī)器人控制器可以靈活調(diào)整機(jī)器人巡檢路徑，避免其偏離巡檢路徑，確保機(jī)器人沿著預(yù)先制定的路線移動。

2.3 供電系統(tǒng)

智能檢測機(jī)器人由鋰離子電池供電，同時采用特殊油位傳感器芯片來計算電量，可以自動充電功能。在自動控制模式下，智能檢測機(jī)器人完成巡檢工作后返回充電站，進(jìn)入充電待機(jī)狀態(tài)。也可以通過手動控制讓智能檢測機(jī)器人隨時返回充電站充電，即便在通信連接中斷的情況下，智能檢測機(jī)器人也可以自動返回充電站進(jìn)行充電。

2.4 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)

建設(shè)以光纖為主的專網(wǎng)，系統(tǒng)前端設(shè)備與后臺之間的數(shù)據(jù)傳輸要求采用TCP/IP通訊方式，聯(lián)網(wǎng)通訊介質(zhì)應(yīng)采用1000M/10000M，以方便未來擴(kuò)展。

3 基于智能檢測系統(tǒng)的電廠跑冒滴漏智能檢測方案

根據(jù)各種工況利用智能檢測系統(tǒng)的圖像分析、聲音分析、紅外測溫等技術(shù)手段對電廠跑冒滴漏進(jìn)行精準(zhǔn)快速檢測。

3.1 高溫高壓蒸汽泄漏檢測

高溫高壓蒸汽從管道、接頭、汽包等處泄漏后，泄漏點(diǎn)附近的溫度將急劇上升，從而明顯高于其他地方的溫度。這時可以利用測溫攝像機(jī)和智能檢測機(jī)器人的紅外測溫傳感器識別泄漏點(diǎn)附近的溫度場分布，然后根據(jù)溫度場對應(yīng)的紅外色譜圖進(jìn)行分析，最終確定是否存在泄漏并找到泄漏點(diǎn)。與人工檢測相比，智能檢測機(jī)器人可以快速接近泄漏點(diǎn)進(jìn)一步確定泄漏的確切位置，通過機(jī)器人遠(yuǎn)程控制使檢測人員免受高溫灼傷等危害。

3.2 壓縮空氣泄漏檢測

壓縮空氣是電廠氣動執(zhí)行器的動力源。如果發(fā)生壓縮空氣泄漏，氣動執(zhí)行器可能會損壞或無法動作。傳統(tǒng)巡檢模式下，巡檢人員通常依靠他們的耳朵來確定是否出現(xiàn)壓縮空氣泄漏，容易出現(xiàn)人為失誤，導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，造成事故擴(kuò)大。而根據(jù)壓縮空氣泄漏產(chǎn)生的聲音的分貝和音色（頻率）特性，智能檢測機(jī)器人上安裝了高分辨率聲壓檢測儀器用于收集壓縮空氣泄漏的聲音數(shù)據(jù)。首先，利用濾波技術(shù)去除雜波，然后將濾波處理后的聲音數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)設(shè)樣本進(jìn)行比較，最終判斷是否出現(xiàn)確壓縮空氣泄漏，通過分析泄漏點(diǎn)周圍的漏氣強(qiáng)度確定壓縮空氣泄漏的確切位置。

3.3 液體（水、油）泄漏檢測

液體水和油的跑冒滴漏算法采用采集圖像分類和圖像比對組合檢測算法原理，通過攝像機(jī)（搭載在機(jī)器人上的攝像機(jī)）采集現(xiàn)場圖像，將有無漏水、漏油的跑冒滴漏現(xiàn)象的圖片進(jìn)行線上標(biāo)注，采用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)卷積網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到初步的異常事件檢測算法模型。該模型能夠初步對漏水、漏油的跑冒滴漏現(xiàn)象進(jìn)行分類。其次，利用圖像比對技術(shù)，將相同位置、前后巡檢周期的抓拍圖片比較分析，檢測畫面中的差異。通過圖像分類和圖像比對兩次分析結(jié)果，進(jìn)行綜合分析，以判斷是否異常。發(fā)現(xiàn)異常及時報警。

4 結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)的電廠跑冒滴漏檢測存在問題發(fā)現(xiàn)慢，人為疏漏，無法實(shí)時傳遞設(shè)備的異常情況，難以保證所有設(shè)備巡檢到位。基于人工智能技術(shù)的智能檢測系統(tǒng)具有圖像分析、聲音分析、溫度分析等功能，可以分析和識別電廠設(shè)備跑冒滴漏現(xiàn)象，從而提高電廠安全風(fēng)險管控能力以及應(yīng)急處置能力。因此，將智能檢測系統(tǒng)用于電廠現(xiàn)場設(shè)備巡檢可以有效減輕巡檢效率，具有良好的實(shí)用性和推廣價值。