變電站聯(lián)合巡視系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

王欣，邵海飛，李浩濤，謝斌，楊克虎

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650217）

0 前言

隨著技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)變電站巡檢的手段及智能終端越來(lái)越多，目前主要包括視頻巡視、機(jī)器人巡視、智能巡檢終端，及未來(lái)涌現(xiàn)出更多的巡視手段。現(xiàn)階段“各自為政”的巡視方式不能滿(mǎn)足巡視覆蓋率及巡視有效性的分析，存在多種巡視方式從開(kāi)始到執(zhí)行過(guò)程及結(jié)果無(wú)法統(tǒng)一，會(huì)產(chǎn)生巡視盲區(qū)。本文重點(diǎn)通過(guò)對(duì)聯(lián)合巡視的變電智能巡視平臺(tái)設(shè)計(jì)方法，利用巡視任務(wù)動(dòng)態(tài)編排、巡視結(jié)果一體化處理等技術(shù)，結(jié)合視頻巡視、機(jī)器人巡視、無(wú)人機(jī)方式，開(kāi)展巡視數(shù)字化體系設(shè)計(jì)、巡視數(shù)字化模型構(gòu)建、巡視結(jié)果多源異構(gòu)分析等技術(shù)研究及巡視平臺(tái)的架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)。

1 聯(lián)合巡視系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于變電運(yùn)行管理辦法，構(gòu)建變電聯(lián)合巡視運(yùn)行體系，采用聯(lián)合巡視手段，解決當(dāng)前當(dāng)前巡視所面臨的問(wèn)題。主要以巡視管理要素為指南，確保巡視的數(shù)字化。具體通過(guò)確定巡視標(biāo)準(zhǔn)化模型，并與在運(yùn)的每臺(tái)設(shè)備開(kāi)展關(guān)聯(lián)匹配，結(jié)合實(shí)際的巡視路線(xiàn)及點(diǎn)位要求，配置智能傳感器、攝像頭、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等終端作為巡視方式開(kāi)展巡視，巡視結(jié)果輸出到統(tǒng)一的服務(wù)平臺(tái)，開(kāi)展應(yīng)用分析及巡視新模式探索，逐步實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)巡視工作無(wú)人化替代。為保證聯(lián)合巡視實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，在建設(shè)過(guò)程中必須嚴(yán)格把握“基于問(wèn)題、實(shí)用化”的思路，從運(yùn)行人員需求出發(fā)，合理合理選擇無(wú)人機(jī)、視頻監(jiān)控巡視預(yù)置點(diǎn)位，充分發(fā)揮各種巡視途徑的優(yōu)勢(shì)。

為滿(mǎn)足智能巡視要求，通過(guò)構(gòu)建三層數(shù)字化模型以及一條數(shù)據(jù)通道的聯(lián)合巡視管理，依據(jù)運(yùn)行管理辦法、巡視管理要素、變電站設(shè)備要素三個(gè)層級(jí)為一體的管理要求及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的管理模型、標(biāo)準(zhǔn)化臺(tái)賬、巡視標(biāo)準(zhǔn)模型、設(shè)備對(duì)象數(shù)字化等模型，實(shí)現(xiàn)管理要求與設(shè)備對(duì)象、屬性、行為及服務(wù)的有效關(guān)聯(lián)，應(yīng)用信息匯聚、聯(lián)動(dòng)匹配、多種組合及設(shè)備能力匹配等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管理的層層解耦。當(dāng)巡視完成以后，通過(guò)構(gòu)建一條數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)的巡視結(jié)果存儲(chǔ)及分析，采用高度集合的方式實(shí)現(xiàn)巡視結(jié)果的跨域融合及標(biāo)準(zhǔn)化封裝，保證巡視結(jié)果通過(guò)自下而上的匯聚，通過(guò)信息匯聚、分發(fā)、分析處理后，通過(guò)信息解耦，構(gòu)建的內(nèi)循環(huán)自學(xué)習(xí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)巡檢路徑、聯(lián)合巡檢及巡視方式優(yōu)化，反向指導(dǎo)巡視的解耦過(guò)程，在應(yīng)用過(guò)程中不斷積累運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)修正分析及識(shí)別模型，逐步滿(mǎn)足生產(chǎn)運(yùn)行管理辦法所設(shè)置的管理目標(biāo)。

2 聯(lián)合巡視功能設(shè)計(jì)

2.1 聯(lián)合巡視布點(diǎn)

依據(jù)巡視管理及巡視要素等要求，借助變電站三維模型，針對(duì)開(kāi)關(guān)場(chǎng)、高壓室、主控室等區(qū)域開(kāi)展巡視點(diǎn)位設(shè)計(jì)。布點(diǎn)過(guò)程中融合無(wú)人機(jī)、攝像頭、機(jī)器人在“空天地”坐標(biāo)位置的特點(diǎn)及各自的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)視頻點(diǎn)位確定，通過(guò)考慮槍機(jī)、球機(jī)、云臺(tái)的分辨率、鏡頭焦距、云臺(tái)角度等參數(shù)，基于點(diǎn)云LAS文件構(gòu)建變電站三維模型，采用拖動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位仿真設(shè)計(jì)，最終找到最佳點(diǎn)位。在無(wú)人機(jī)航點(diǎn)布置過(guò)程中，重點(diǎn)考慮了視頻巡視的的盲點(diǎn)，在三維模型上通過(guò)航點(diǎn)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)每條航線(xiàn)的飛行路徑及預(yù)計(jì)停留時(shí)間，預(yù)估能夠覆蓋的主變外觀(guān)、表計(jì)、散熱，站用變，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合、絕緣子外觀(guān)等，確定無(wú)人機(jī)的站內(nèi)、站外初步航點(diǎn)。針對(duì)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫需求、機(jī)器人地面行走優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)關(guān)注高壓室、主控室等區(qū)域，初步找出無(wú)人機(jī)、視頻無(wú)法覆蓋的點(diǎn)位，開(kāi)展機(jī)器人的初步行走路徑設(shè)計(jì)。

2.2 巡視要素管理

開(kāi)發(fā)變電巡視要素管理模塊，依據(jù)巡視管理要求，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)各專(zhuān)業(yè)設(shè)備的巡視要素的管理。開(kāi)發(fā)巡視對(duì)象管理模塊，實(shí)現(xiàn)每個(gè)設(shè)備的巡視要求，巡視點(diǎn)位，巡視設(shè)備，巡視預(yù)置點(diǎn)位的管理。與視頻、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)通過(guò)API接口對(duì)接的，可通過(guò)平臺(tái)開(kāi)展巡視點(diǎn)位配置、云臺(tái)控制、航線(xiàn)規(guī)劃等。在巡視管理過(guò)程中，根據(jù)每個(gè)變電站的實(shí)際情況，同時(shí)可以借助三維模型開(kāi)展巡視點(diǎn)位的確定，巡視預(yù)置點(diǎn)位的設(shè)置，巡視航點(diǎn)的規(guī)劃等，確保巡視點(diǎn)位與預(yù)置點(diǎn)位的匹配。當(dāng)巡視效果不佳時(shí)，運(yùn)行人員通過(guò)進(jìn)入該功能模塊，在不用到現(xiàn)場(chǎng)的情況下即可對(duì)設(shè)備的預(yù)置點(diǎn)位進(jìn)調(diào)整，以保證巡視覆蓋率及巡視效果。

2.3 聯(lián)合巡視任務(wù)動(dòng)態(tài)編排

通過(guò)獲取巡視計(jì)劃平臺(tái)的日常巡視、夜間巡視、詳細(xì)巡視、專(zhuān)業(yè)巡視、動(dòng)態(tài)巡視等巡視等計(jì)劃，通過(guò)文本比對(duì)方式實(shí)現(xiàn)巡視任務(wù)及計(jì)劃的快速關(guān)聯(lián)。要想實(shí)現(xiàn)用戶(hù)自定義的任務(wù)編排，因此開(kāi)發(fā)了巡視任務(wù)編排模型，可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)參與設(shè)計(jì)巡視的關(guān)鍵要素，實(shí)現(xiàn)工作對(duì)象與工作地點(diǎn)、巡視設(shè)備、巡視方式的有機(jī)關(guān)聯(lián)及有效巡視。基于標(biāo)準(zhǔn)化封裝、設(shè)備能力匹配、動(dòng)態(tài)編排、跨域融合等方式，形成統(tǒng)一的巡視業(yè)務(wù)支撐底座，支撐快速構(gòu)建上層巡視方式應(yīng)用，有效支撐場(chǎng)景更復(fù)雜、需求更多樣的新的巡視業(yè)務(wù)需求。

圖2 巡視任務(wù)編排模型圖

圖3 聯(lián)合巡視通訊組網(wǎng)圖

2.4 聯(lián)合巡視網(wǎng)絡(luò)通道構(gòu)建

通過(guò)構(gòu)建聯(lián)合巡視的網(wǎng)絡(luò)通道，保證無(wú)人機(jī)、機(jī)器人巡視執(zhí)行及巡視結(jié)果上傳的無(wú)線(xiàn)通道，保證視頻上傳巡視視頻信息的有線(xiàn)通道。包括后臺(tái)通訊屏柜，并設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)控制箱，每個(gè)控制箱都具備無(wú)線(xiàn)AP、光纖、網(wǎng)線(xiàn)通訊功能，分為2組環(huán)網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)控制箱采用長(zhǎng)條設(shè)計(jì)垂直安裝。機(jī)器人及無(wú)人機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)WIFI通信，天線(xiàn)用射頻信號(hào)饋線(xiàn)連接，從控制箱引出安裝在控制箱旁邊。視頻攝像頭及云臺(tái)直接通過(guò)光纖或網(wǎng)線(xiàn)接入控制箱，從后臺(tái)屏柜光纖交換機(jī)引出光纖通過(guò)地下室通訊箱內(nèi)的光纖熔接盒，與每個(gè)控制箱相連接，最終組成光纖環(huán)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)控制箱中安裝有光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，組網(wǎng)連接時(shí)，控制箱采用手拉手連接方式，與后臺(tái)屏柜的光交換機(jī)組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模式。

2.5 聯(lián)合巡視執(zhí)行

聯(lián)合巡視執(zhí)行主要包括，巡視任務(wù)下發(fā)、巡視執(zhí)行、巡視過(guò)程監(jiān)視等功能。通過(guò)與視頻、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、變電站微氣象裝置等輔助設(shè)備開(kāi)展API接口或者協(xié)議對(duì)接，實(shí)現(xiàn)巡視點(diǎn)位的同步、巡視任務(wù)下發(fā)、巡視過(guò)程監(jiān)視、巡視環(huán)境監(jiān)控等功能。

圖4 聯(lián)合巡視執(zhí)行流程圖

2.6 巡視結(jié)果一體化處理

圖5 巡視分析模型圖

巡視的目的是為了觀(guān)測(cè)設(shè)備的是否存在異常或缺陷情況，分析其缺陷是否會(huì)影響電網(wǎng)運(yùn)行異常。通過(guò)接入機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、智能終端、攝像頭及輔助設(shè)備數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化及分結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)發(fā)缺陷識(shí)別模型、標(biāo)記識(shí)別模型，獲取表計(jì)的讀數(shù)，將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與設(shè)備建立映射關(guān)系，通過(guò)關(guān)聯(lián)設(shè)備歷史缺陷庫(kù)、設(shè)備隱患庫(kù)、設(shè)備異常日志等信息，可得出一份覆蓋面比較全的巡視分析報(bào)告。同樣也可以通過(guò)巡視分析模塊，針對(duì)以上結(jié)果集對(duì)巡視開(kāi)展更為全面的分析，其中包括：機(jī)器巡視未覆蓋的點(diǎn)位清單、機(jī)巡覆蓋率、缺陷趨勢(shì)分析、下一步終端需要巡視的任務(wù)計(jì)劃等。

3 應(yīng)用效果

基于變電站聯(lián)合巡視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，通過(guò)應(yīng)用到某35 kV變電站，該站內(nèi)共有2個(gè)電壓等級(jí)，35 kV系統(tǒng)為單母線(xiàn)接線(xiàn)方式，有進(jìn)出線(xiàn)2回，分別連接著110 kV某變和110 kV某變，2臺(tái)主變壓器，變電總?cè)萘繛?000 kVA；10 kV系統(tǒng)為單母線(xiàn)接線(xiàn)方式，有10 kV出線(xiàn)6回。

圖6 聯(lián)合巡視布點(diǎn)

使用無(wú)人機(jī)采集變電站環(huán)境數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)三維建模，形成了精細(xì)的變電站三維模型。在變電站列表中選擇變電站，進(jìn)入變電站的全景監(jiān)控頁(yè)面，通過(guò)界面左側(cè)的設(shè)備臺(tái)賬模塊可以選擇查看相應(yīng)設(shè)備的設(shè)備信息、預(yù)置點(diǎn)位信息，比如，選擇35 kV1號(hào)主變壓器，會(huì)彈出1號(hào)主變的簡(jiǎn)要信息，如設(shè)備廠(chǎng)家、出廠(chǎng)日期及型號(hào)等設(shè)備信息，在界面右側(cè)有相關(guān)1號(hào)主變關(guān)聯(lián)的設(shè)備缺陷及固有風(fēng)險(xiǎn)提示，此時(shí)可以針對(duì)以上設(shè)備綜合信息開(kāi)展預(yù)置點(diǎn)位及航線(xiàn)的的規(guī)劃設(shè)計(jì)。變電站內(nèi)設(shè)備多、分布廣，呈高低錯(cuò)落布置，無(wú)人機(jī)需要在復(fù)雜的環(huán)境里來(lái)回穿梭，既要選取最佳拍照角度，又要兼顧與帶電設(shè)備保持足夠的安全距離，飛行導(dǎo)航控制難度非常大。與此同時(shí)，變電站內(nèi)飛行環(huán)境復(fù)雜、定位精度要求高大，飛機(jī)失控撞上帶電設(shè)備后果嚴(yán)重。有了高精度的三維模型之后，采取分層分級(jí)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的思路在模型中設(shè)置分行航線(xiàn)及取照航點(diǎn)，通過(guò)一個(gè)取舍，一個(gè)確保的原則開(kāi)展點(diǎn)位設(shè)定工作。

全站需要巡視的點(diǎn)位有525個(gè)，因35 kV沒(méi)有機(jī)器人，主要采用了“無(wú)人機(jī)+視頻巡視”的方式。其中視頻巡視共設(shè)16個(gè)點(diǎn)位，其中包含球機(jī)6個(gè)，云臺(tái)3個(gè)，槍機(jī)7個(gè)，已覆蓋了332個(gè)巡視點(diǎn)位巡視總用時(shí)20分13秒。無(wú)人機(jī)巡視共設(shè)置兩條航線(xiàn)，共46個(gè)航跡點(diǎn)，共拍攝照片58張，航線(xiàn)長(zhǎng)度151.61米，執(zhí)行航線(xiàn)時(shí)間4分32秒。全站內(nèi)需要巡視的點(diǎn)位，包括主變外觀(guān)、表計(jì)、散熱，站用變，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)合、絕緣子外觀(guān)等，以及相對(duì)應(yīng)的熱成像，點(diǎn)位選取盡可能獲取較大范圍內(nèi)的巡視，同時(shí)，無(wú)人機(jī)巡視解決了視頻巡視的盲點(diǎn)，視頻+無(wú)人機(jī)的聯(lián)合巡視系統(tǒng)建成后，在沒(méi)有機(jī)器人的情況下，基本覆蓋站內(nèi)的72%的巡視點(diǎn)位。

通過(guò)聯(lián)合巡視應(yīng)用后得到了良好的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)管理流、計(jì)劃流、數(shù)據(jù)流、設(shè)備流的多流信息匯聚及關(guān)聯(lián)，然后將數(shù)據(jù)流、設(shè)備流與巡視終端匹配，實(shí)現(xiàn)巡視的數(shù)字化及智能化分析應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了巡視管理要求的數(shù)字化管控模式，構(gòu)建變電站聯(lián)合巡視系統(tǒng)，可關(guān)聯(lián)巡視計(jì)劃，聯(lián)動(dòng)視頻、機(jī)器人、智能終端、無(wú)人機(jī)等巡視設(shè)備去完成對(duì)應(yīng)的巡視任務(wù)，實(shí)現(xiàn)巡視結(jié)果統(tǒng)一輸出、管控目標(biāo)。保證了巡視工作的真實(shí)有效進(jìn)行，為缺陷、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及檢修管理等工作提供了及時(shí)可靠的數(shù)據(jù)，明顯提高了變電站巡視工作的智能化水平。在企業(yè)內(nèi)廣泛開(kāi)展變電站聯(lián)合巡視系統(tǒng)的構(gòu)建，將有效提供巡視效率及完整性，有利于提高變電運(yùn)行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備狀況一目了然、風(fēng)險(xiǎn)管控一線(xiàn)貫穿、 決策指揮一體作戰(zhàn)”的目標(biāo)。