220kV磐石變電站智能聯合巡檢平臺搭建

國網溫州供電公司 鄭 克 徐繼要 許雅婧 張照坤 王 建

變電站人工巡檢模式存在人員技能水平參差不齊、漏檢、誤檢、惡劣環境等因素導致不能及時發現設備缺陷而發生故障[1]。隨著我國電網規模的發展，變電站規模不斷擴大，依靠人工巡檢模式一是工作量大；二是效率不高；三是存在較高安全隱患，已不滿足當前發展的需求。隨后，逐漸形成了半自動化、自動化、智能化的巡檢模式[2-3]。在電網建設“十三五”規劃中提出變電站向智能化發展，機器人、物聯網、人工智能等技術與變電站運維工作得到有機結合并普遍運用[4]，如物聯網在變電站在線監測、繼電保護等方面的運用；變電站室內、外機器人巡檢、無人機巡檢、變電站立體智能巡檢[5-8]，單一的某種巡檢模式由于各系統間存在信息孤島現象、機器人與無人機活動范圍受限不能全面覆蓋、系統信息交換不足等缺點，不能全面反映變電站的運行狀況。在2019年國家電網提出變電站智能聯合巡檢的概念，以真正實現變電站例行和特殊情況下的無人化、自動化巡檢。

文中以220kV磐石變電站為例，開發出以巡檢機器人、視頻監控系統、無人機巡檢等智能感知設備為一體的聯合巡檢平臺，通過四足機器人、巡檢機器人、視頻監控系統實現變電站設備的可視化管控，用無人機補充高空巡視不足的短板，實現該變電站的安全高效運行。

1 關鍵技術

1.1 視頻監控技術

采用紅外雙光卡片式攝像機對變電站中重要電氣設備進行全天候實時溫度監測，探測其溫度的變化，實現精準測溫。若發現溫度異常時進行報警提醒，協助運維人員快速定位異常點，及時處理，減少安全隱患。

采用智能半球型網絡攝像機，基于以太網控制，實現圖像壓縮，并通過網絡傳輸給不同用戶；基于NAS集中存儲，方便數據的存儲及調用。具有雙向語言對講功能，進、出區域偵測并報警功能，適用環境廣闊。

采用熱成像雙光譜網絡智能球形攝像機，不受光線影響，實現全天24小時監控。擁有Smart跟蹤、偵測、錄像、圖像增強、報警等功能；可實現智能煙火檢測；測溫范圍廣、精度高。

1.2 機器人巡檢技術

1.2.1 室外機器人

室外機器人為智能無軌行走式機器人，如圖1所示通過搭載紅外熱像儀、可見光高清攝像機、交互式實時對講平臺、光電停障系統等實現如下功能：視頻圖像采集、儲存記憶并遠傳；對站內設備進行紅外測溫并進行分析判斷；識別開關分合閘位置、識別表計讀數并記錄作出判別，超出規定值報警；對設備運行噪聲進行采集、遠傳，供后期樣本聲音數據比較及分析用；通過預設低電量報警自動檢測并停止工作到預設地點充電；探測障礙物防誤撞擊；針對復雜問題站內人員可與專家遠程語音、視頻對講交流。

圖1 室外機器人

1.2.2 室內機器人

室內機器人分為輪式和掛軌式機械伸縮臂機器人，如圖2所示。通過搭載可見光高清攝像機、紅外熱像儀、氣體傳感器等實現如下功能：全自助巡檢和遙控巡檢；視頻圖像采集、儲存記憶并遠傳；對內設備進行紅外測溫并進行分析判斷；對繼電器狀態、信號燈顏色進行識別，識別表計讀數并記錄作出判別；通過二維碼導航、軌道+光電導航方式按預先設定導航路線行走和?？?；通過預設低電量報警自動檢測并停止工作到預設地點充電；測量室內SF6、O3氣體濃度并檢測識別后將數據上傳至后臺。針對復雜問題站內人員可與專家遠程語音、視頻對講交流。

圖2 室內機器人

1.3 四足機器人巡檢技術

四腳機器人結構如圖3所示。主控模塊采用嵌入式工控機PICO-WHU4智能感知模塊，搭載激光雷達、紅外熱像儀與高清攝像頭，通過工業交換機與無線AC客戶端接入無線網絡。實現如下功能：現場環境360°視頻圖像的采集，根據工作人員的需要將圖像信息經無線網絡傳回主控室，并自動記錄拍攝地點和設備名稱，以備工作人員日后能查詢完整的信息；對站內設備進行溫度檢測，實時顯示影像中溫度最高點區域及溫度值，按照要求對電流致熱型缺陷或故障進行自動分析判斷，并提出預警；完成常規及特殊巡檢；當變電站內發生設備起火、設備爆炸、SF6氣體泄漏等突發事件時，協助值班員完成應急事故處理；配備夜間照明設備和雨刷器，實現夜間和雨天巡檢功能。

圖3 四足機器人本體結構

1.4 無人機巡檢技術

變電站采用無人機巡檢目前已運用普遍，針對該變電站設備結構復雜、分布密集的特點，選擇小型大疆御2進階版多旋翼無人機進行變電站巡檢。該無人機智能巡檢系統無人機技術、無線傳輸技術、自動化控制技術、圖像分析技術、數據管理技術等其他先進技術于一體的智能巡檢系統，實現不依賴于現場人工操作，即可完成無人機自動巡檢任務。操作人員可遠程設定作業任務并下發，固定機場接收到遠程下發的任務后，將派出無人機作業，固定機場將全自動化地完成起飛、巡檢、降落、回收、充電、數據上傳等操作步驟，全程無須現場人員參與。

2 平臺框架的構建

綜合上述關鍵技術及設備實現的功能，提出以巡檢服務器、四足機器人、巡檢機器人、視頻監控、三維主機為主體的變電站聯合巡檢方案?；谒淖銠C器人、巡檢機器人和視頻監控系統依靠系統內智能識別算法開展室內外設備聯合巡檢。同時具備對外接口，支持以IEC104規約與第三方系統對接。無人機系統由于變電站精確定位需連到因特網，網絡暫時獨立運行。軟件功能模塊包含安全中心、數據中心、任務中心、配置管理、臺賬管理、統計中心、監控中心，根據巡檢業務需要形成數據采集、數據分析、任務管理、巡視監控、巡視結果確認、巡視結果分析、智能聯動、臺賬管理、配置管理九大功能模塊。系統內包設置圖像識別算法，實現表計讀數、開關類設備位置指示以及壓板、空開、把手、指示燈等設備狀態智能識別；實現鳥窩、風飄物、箱門未關、未穿工裝、未戴安全帽等缺陷類與安全風險類識別；同時，系統支持對接聲紋識別、氣體分析等各種智能算法，擴展系統智能分析能力，接入三維實景主機后，可實現巡視作業可視化。

3 工程運用

2021年9月，220kV磐石變電站智能聯合巡檢平臺搭建完成，變電站內布置多個紅外雙光卡片式攝像機和智能半球型網絡攝像機、室外巡檢機器人、四足機器人、每個配電室各配置一臺輪式和掛軌式機械伸縮臂機器人、一臺無人機，實現站內巡檢點全面覆蓋。通過機器人和視頻監視手段，每周自主開展一次變電站設備巡視及紅外檢測。采用激光點云掃描、實景三維重構、圖像識別等技術，實現表計數據自動抄錄、開關（壓板）狀態自動判別及異常報警功能。對全站4816個巡檢點平均巡檢耗時進行統計，如表1所示，從表中可以看出：站內各區域巡檢效率之高，完成單個巡檢點耗時僅需幾秒時間，減少了巡視時間；從歷史表計采集數據來看，數據采集精準，幾乎不存在誤差；從歷史事件記錄來看，設備缺陷、安全風險、狀態識別準確無誤。

表1 站內巡檢點耗時統計

4 結語

文中通過闡述視頻監控、機器人、無人機巡檢技術功能，通過搭載智能設備實現設備感知，采用紅外成像、激光雷達、圖像識別等技術實現聯合巡檢、智能識別、綜合判斷等功能，搭建了220kV變電站智能聯合巡檢平臺，并在220kV磐石變電站中得到成功運用，巡視效率高，實現了無人化、智能化的巡檢模式。