單兵移動作業終端與智能運檢技術研究及應用

董選昌，童銳，廖辰川，夏銘聰，童家鵬，賈鵬輝，黃晨輝

（廣東電網有限責任公司廣州供電局，廣州 510600）

引言

作為配網中重要的供電節點，配電房的高效、可靠運行將直接提高整個配電網系統的可靠性。由于配電房數量眾多、分布廣泛，配電房的運維管理難度日益增大，為了創造良好的運行環境、提高供電可靠性和運維工作效率，建設智能配電房勢在必行[1,2]。

當前新建成的配電房已普遍采用智能化建設方案，對配電房設備、配電房環境能做到遠程實時監測及控制[3-5]。但是一些老舊配電房和一些戶外獨立的配電箱等還未做到智能化遠程監測管理，對這些配電房的運維管理還處于定期人工運檢，手寫記錄等運維方式，這些傳統運維方式巡視數據采集效率低、工作量大、準確性差，無法與智能電網的建設要求相匹配[6,7]。

為進一步提高智能配電房的靈活性和可移動性，實現配電房電氣設備的狀態監測、環境的實時監控、行為的安全管控、社會服務的高效支撐，從而構建更加智能化、可視化、自動化、互動化的新型現代化配電房，本文設計了一款配網單兵移動作業終端，結合配網作業流程，開展智能配電房智能運檢技術的研究。

1 配電房移動式智能運檢

區別于傳統配電房智能化在固定位置安裝對應的傳感器和智能電子設備，本文結合當前先進的采集、通信和數據處理技術，研發一款輕型化、靈活可移動的配電房智能系統[8-10]。

所研發的移動式配電房運檢系統，核心是配電房移動作業終端，該移動作業終端具有較強的綜合檢測功能，單臺設備便可以檢測配電房主要的檢測內容，同時體積小、便于巡檢員攜帶到現場輪流作業。

一方面，配電房移動作業終端可作為中壓巡視APP的前置運檢終端，運檢過程發現的缺陷情況可實現自動識別并上傳系統，簡化缺陷填報流程，提升工作效率；另一方面，配電房移動作業終端可視為“移動版”智能電房方案，其巡視檢測數據可通過在線或離線方式上傳到智能電房主站后臺或智能運維平臺，與智能電房在線監測數據深度融合，實現大數據分析和數據的全景展現。

移動式配電房運檢系統采用網絡化結構，如圖1所示，配電房移動作業終端由巡檢員攜帶到目標配電房，進行配電房的氣體檢測、紅外局放檢測等工作，并將檢測數據通過WIFI傳送到智能手機。智能手機收集移動作業終端和其他檢測設備的信息后，進行配電房運檢信息的匯總和本地預處理，并及時做出預警。

圖1 移動式配電房運檢系統

智能手機還可以進一步將配電房運檢信息經無線公網上傳到智能配電房主站和管理部門客戶端。智能手機借助GPRS、4G、5G等無線公網，經防火墻將配電房運檢信息發送到電力部門的以太網內部總線，實現配電房運檢信息在智能配電房主站和管理部門客戶端等部門的共享[11-13]。

2 移動配電房運檢的整體結構

移動式配電房運檢系統解決了老式或者戶外配電房的運檢難題，配電房移動作業終端和智能手機是兩個關鍵設備（圖2）。配電房移動作業終端集成了紅外測溫、局放測試、遠程高清視頻、特種照明、AR成像等功能，單臺設備便可以實現配電房開關柜、變壓器、低壓及其他電氣設備等主要電氣設備的巡檢，下文將重點介紹單兵移動作業終端組成。

圖2 移動作業終端+手機APP的智能配電房整體框架

單兵移動作業終端解決了配電房電氣設備的標準化巡檢問題，但由于配電房狀況多樣化，通常還涉及電房視頻監控、電房其他溫濕度監測、門禁和煙霧監測、空調和水浸測控等環境參數的巡檢，不容易用一臺設備適應所有配電房的應用場景。因此，利用智能手機的靈活性實現配電房移動巡檢的信息擴展。

智能手機一方面通過單兵移動作業終端收集配電房電氣設備的運檢信息，另一方面通過各種靈活方式收集配電房環境信息。智能手機收集到配電房運檢信息后，經防火墻送入到配電房主站后臺。

另外在手機APP端能夠調用手機攝像頭，實現對電房現場環境記錄拍攝。APP通過攝像頭能采集到變壓器、GIS 設備上安裝的電子銘牌信息，關聯到后臺設備臺帳，識別并獲取設備信息及測點信息，建立標準測試任務表格，并將測試數據與被測設備通過電子信息建立一一對應關系。

在配電房設備故障排查作業中，作業人員根據故障點的歷史數據和現場設備運行數據進行綜合評判，結合人工智能在故障排查中的應用，作業人員可快速定位出故障點并迅速解決故障點問題，快速恢復設備正常運行狀態。

配電房運檢作業人員通過運檢APP接收到運檢任務時，作業人員根據運檢任務中地址通過運檢APP定位導航進入到運檢任務中的配電房，打開配網單兵移動作業終端中的紅外熱成像設備、超聲波、地電波等傳感器，配網單兵移動作業終端陸續采集到配電房各項目運檢數據，并通過運檢APP展示，對照運檢APP歷史數據和各項運檢閥值，生成運檢報告并上傳到配網主站,智能手機運檢APP功能如表1所示。

表1 智能手機運檢APP功能

3 單兵移動作業終端

單兵移動作業終端是移動式配電房運檢系統的核心，該單兵作業終端針對配電房電氣設備的主要運檢任務，集成了紅外測溫、局放測試、遠程高清視頻、特種照明、AR成像等綜合功能，并將各功能傳感單元微型化、模塊化，可根據不同任務選擇不同模塊，整套設備方便攜帶，輕便小巧。

單兵移動作業終端主要由氣體檢測系統、紅外局放檢測系統和局放檢測系統組成。

3.1 氣體檢測系統

氣體檢測系統采用基于MEMS 技術與光譜技術的傳感器，基于人工智能算法，建立狀態異常智能預測模型，實現人工運檢配電房時，對設備運行狀態的智能化識別、監控和管理[14-17]。如圖3所示，包括氣體（SF6、O3、O2）、環境溫濕度檢測，構建可靠性高，安全性強，監測準確的信息智能識別與感知網絡。

圖3 智能配電房運檢內容

SF6傳感器采用雙光束非分光紅外線（NDIR）檢測技術， 基于雙光束雙波長紅外測量技術及高精度數字處理技術，集成先進的MEMS技術封；O2探頭采用基于熒光技術探頭，直接數字輸出，無需額外電路；O3探頭采用電化學方案。

3.2 紅外局放檢測系統

紅外熱成像運用光電技術檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，經過紅外焦平面陣列采集,再通過信號處理電路進行成像、測溫。將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并可以進一步計算出溫度值，使人們可以直接觀察到物體表面的溫度分布狀況[18-20]。

測溫紅外焦平面機芯模組基于晶圓級封裝非制冷氧化釩紅外探測器開發，如圖4所示。采用USB數字接口輸出，控制接口豐富，操作系統、應用程序、界面程序及外圍電路處理由RK1808 AIoT處理器完成。經處理完的圖像及溫度數據由WIFI傳輸到APP顯示。 APP通過掃描設備標簽，關聯到設備，根據標準測試任務表格采集成像、溫度數據。

圖4 氣體檢測系統

3.3 局放檢測系統

局放檢測包括超聲波局放檢測及地電波局放檢測。局放檢測由超聲波/地電波傳感器、數據采集處理系統,APP局放數據顯示模塊組成，檢測原理如圖5所示。

圖5 局放檢測系統

從超聲、地電波傳感器采集的局放信號都比較微弱，需要放大電路對局部放電信號進行處理以匹配AD轉換器對信號的要求，實現摸數轉換。放大電路主要是對信號的幅值、阻抗進行匹配，限制高頻及其他噪聲的干擾。APP通過掃描設備標簽，關聯到設備，根據標準測試任務表格采集各位置局放數據。

4 應用

以2021年3月10日某次電力巡視對金雅苑開關房的G17開關柜進行測量為例子。巡視中，運維人員通過檢移動作業終端發現該開關柜電纜室局部放最高值達到巡視中，運維人員通過檢移動作業終端發現該開關柜電纜室局部放最高值達到18 dB，屬于局部放電故障區間；地電波有效值達到26 dB，屬于地電波故障區間，如圖6所示。

圖6 現場應用

基層運維班組了解相關情況后，到現場進行復查并在發隱患第三天安排緊急停 基層運維班組了解相關情況后，到現場進行復查并在發隱患第三天安排緊急停 基層運維班組了解相關情況后，到現場進行復查并在發隱患第三天安排緊急停運檢修。

經停電檢查發現在纜肘型頭內接處存明顯的放電痕跡，如圖7所示，經停電檢查發現在纜肘型頭內接處存明顯的放電燒灼痕跡，假如不及時處理一個月后將會出現短路放擊穿絕緣層。

圖7 準確檢測到的放電痕跡

檢修人員重新制作該電纜終端頭，并給開關柜重加入 新制作該電纜終端頭，并給開關柜重加入 SF6氣體，同時對配電房重新進行土建整改 氣體，同時對配電房重新進行土建整改 及時修復問題。

5 結語

當前老舊配電房和戶外獨立的配電箱基本還依靠人工運檢，配電房運檢存在效率低、工作量大、準確性差等問題，本文研發一套移動式配電房智能運檢系統，通過自主研發的單兵移動作業終端和智能手機運檢APP配合，實現配電房的高效、準確運檢。

該系統提升運檢工作效率。作業人員只需要在配電房中3～5 min就自動采集完所有電房電氣運行狀態數據、環境運行數據，極大提高了運檢工作效率，同時節省了人工成本。同時，該系統提升運檢管理質量，通過數據量化收集配電房數據，形成過往配電房運檢歷史記錄，通過大數據分析加工提升了運檢管理水平，達到了設備管理和人員管理的有效統一，為配電房運檢工作決策者提供了決策依據。并進一步提高用戶用電可靠性，通過大量的設備運檢歷史數據，結合設備生命周期來判斷設備在出故障前進行維修保養，定期檢修等事前措施，大大提高了設備可靠運行，保證了用戶用電的可靠性，穩定性。