變電站智能巡視技術研究

林在錦

（上海新能凱博實業有限公司 上海 201416）

變電站是對電力系統中的電壓與電流進行交換處理，并完成電能接收與分配的場所。變電站內的一次設備與二次設備都需要作為高壓電的載體，一旦出現故障問題，必將引發嚴重的安全事故，造成大量的經濟損失，甚至危及人員生命安全，因此，相關電力企業需要做好變電站的智能巡視工作，利用先進的設備與技術，提高巡檢效果，保證第一時間發現設備存在的相關問題。

1 變電站智能巡視技術實施必要性

以往的變電站巡視方法已經難以滿足電力網絡的發展需求，過于依賴巡視人員個人能力與工作經驗的方法也無法保證巡視效率與質量。為了切實滿足環境監管要求，符合數字經濟發展形勢，降低人為操作失誤的可能性，需要促進巡視技術的智能化轉變，完成電力網絡的升級創新。當前，變電站智能巡視技術需要將特高壓電網作為骨干網架，實現不同電壓等級的電網協調發展，促進傳感測量、信息通信、控制技術的融合與應用，達到強化設備運行管理水平的目的，及時檢測設備的運行狀況，明確設備運行規律與影響其正常使用的不利因素。但根據實際調查顯示，當前，許多變電站尚未采用統一的管理系統，在巡視方面也存在一定的不足之處，例如：缺少規范的巡檢標準與操作要求，沒有對技術人員進行嚴格管理；變電站的試驗輪換裝置缺少針對性的信息管理手段；在日常巡檢與特殊巡檢方面，沒有明確的界定，經常出現巡檢人員難以第一時間趕赴變電站現場完成相關處理的狀況；信息記錄與查詢功能不夠完善，無法自動備份設備歷史狀態變化數據，不利于后期檢修工作的開展。

隨著我國技術水平的不斷提高，硬件研發效率進一步提升，對變電站的巡視工作要求也會愈發嚴格。因此，為了滿足信息時代的發展趨勢，提高智能電網的建設質量，改變以往巡視過程中存在的不足之處，需要高效處理巡視數據，加強數據的上傳速度，利用專門的程序系統，完成數據的分類與分析，以此及時消除潛在的安全隱患，預防危險事故的形成。

2 變電站智能巡視系統設計方法

變電站智能巡視系統能夠為巡視人員提供安全、便捷的工作平臺，其主要構成可分為以下兩部分。

一是手持智能巡檢儀。該裝備能夠實現人工特殊巡視及帶電檢測的智能化發展，可以與PMS2.0完成通信傳輸，也能與RFID 技術實現無縫連接，提高帶電檢測的準確性與效率，借助無線網絡，將檢測數據傳遞到智能云檢系統當中，降低人工輸入的工作量，同時，該設備內置標準數據記錄模板可以與紅外鏡頭有效結合，促進紅外成像設備的小型化轉變。

二是服務器管理軟件及系統硬件平臺。其主要采用B/S結構，需要建立在WEB平臺上，利用ORACLE數據庫完成信息存儲，并通過網絡操作系統及JAVA、ASP.NET 等開發工具進行編制，以此向手持設備傳達巡視任務，之后，由巡視人員將巡檢結果傳遞到服務器管理系統當中，幫助管理人員做好數據分析管理，判斷變電站設備是否存在安全隱患或缺陷，這樣不僅可以提高設備運行管理水平，還能防止出現巡檢不到位的現象產生。同時，變電站智能巡視系統還能進一步推動管理規范化、手段信息化及分析科學化，能夠將有關設備巡視、運行的制度落實，保證巡視工作有序開展，降低人為操作失誤的可能性，提高巡視數據的真實性，通過將設備巡檢工作劃入到計算設備機管理當中，實現無紙化工作，促進與其他企業的信息共享。

3 變電站智能巡視技術應用路徑分析

變電站智能巡視技術需要將計算機設備、網絡通信技術作為依托，利用綜合信息系統，實現變電站的自動運維。本文將以其中最典型的集中智能巡視技術作為主要分析對象。

3.1 RFID技術

RFID是指無線射頻識別技術，屬于自動識別方法的一種，能夠借助無線射頻的方式，實現非接觸數據的雙向通信，對記錄媒體完成讀寫，以此達到目標識別及數據交換的目的。該技術的優勢在于可以利用無線波快速進行信息交換與存儲，通過數據訪問技術，直接連接數據庫系統，實現復雜系統的串聯，不僅具有極強的適用性，可以無視粉塵、塑料、木材等障礙物建立連接，還具有一定的高效性、簡易性及獨一性，可以保持極高的讀寫速度，與產品形成一一對應的關系。同時，無線射頻識別技術的信息存儲量龐大、資料更新頻率較高、安全性極佳，擁有極長的使用壽命，可以實現多目標同時識別。除此之外，由于無線射頻識別技術是以封裝形式投入到變電站的巡視工作中，因此能夠保持良好的抗干擾性，不會被外界仿冒或入侵。

為了進一步提高RFID技術的巡視效果，還需要適當結合嵌入式數據庫、網絡、缺陷庫、巡視數據等技術。嵌入式數據庫可以消除客服機服務器配置的相關開銷，運行時對內存的占用較低，通過采用精簡代碼的方式，進一步提高運行效率，利用SQL高效管理應用程序數據，可以在沒有人工干預的情況下長時間穩定使用，并且數據庫操作具有一定的可預測性，能夠評估系統大小與性能，更好地滿足個性化應用開發與管理需求。而缺陷庫則主要負責工程經驗的累積，能夠對變電站設備進行缺陷狀況的標準化描述，從而促進管理工作有序開展，并且缺陷庫本身屬于開放式結構，如果條件允許，可以對其內容進行適當修訂，以此滿足巡視現場需要。而巡視數據技術則是要求巡視系統可以依照既定程序與任務，遵循國電公司制定的作業指導書完成變電站現場巡視。

3.2 紅外熱圖像技術

變電站設備在使用過程中會引發一系列數據參數的動態變化，如負載、壓力值、溫度等，為了確保設備穩定運行，需要及時檢測設備的實際運行狀態，判斷其是否存在異常。此時，便可借助紅外熱圖像處理技術及紅外熱像儀獲取設備溫度特征信息。首先，熱紅外遙感可以利用紅外探測器收集與記錄地物輻射出的熱紅外輻射信息，并將其準確識別與反演。當巡檢裝置接收到相關數據后，會將其上傳至終端設備，之后，開展智能分析處理，進而判斷變電站是否存在故障狀況。由于變電場現場的信號干擾元素較多，容易影響紅外熱圖像的測量效果，導致溫度值計算出現偏差，因此，需要采取適當的控制手段，進一步強化效果處理質量。例如，在使用電荷耦合元件獲取監控視頻信息后，可借助平滑、增強處理等算法實現去噪處理，提高圖像的清晰度與識別率，通過濾波算法，準確定位熱缺陷位置，并發出定位信息與報警信號。而在數據整理方面，則可利用神經網元實現圖像的融合計算，以此充分發揮數據的應用價值。

3.3 視覺導航技術

視覺導航技術是將變電站巡視設備安置在設計好的路徑范圍內，借助設備系統中的移動攝像機或者電荷耦合元件，進行道路視頻圖像的拍攝與提取，之后，完成相關路徑的識別處理，并引導控制裝置依照既定規劃路徑行駛，從而完成巡視任務。視覺導航技術可以通過傳感器感知周邊環境的信息，能夠利用背景差法、光流法、邊提取、貪婪算法進行特征狀態的分析，借助卡爾曼濾波、人工神經網絡，實現全景圖像的分析，將圖像變量添加到控制當中。視覺導航技術的優勢在于可以依靠視覺提供的信息與GPS、慣性導航等數據有效融合，進一步提高導航精度，且攝像裝置善于捕捉運動信息，因此具有極強的抗干擾性，不僅可以完成圖像的去噪、二值化處理，準確保留邊緣信息，還能將圖像放置在序列中進行特征匹配。

為了確保智能巡視效果優良，在運用視覺導航技術時，可與模糊邏輯進行適當融合，這樣即便是在光照強度較高的環境也能實現準確導航。首先，要在變電站現場預先規劃好巡視線路，并設置導引線，之后，借助電荷耦合元件采集視頻圖像信息，圍繞相關圖像數據進行色彩分割與處理。其次，要使用濾波算法去除圖像干擾，使用B 樣條曲面擬合算法檢測導引線。最后，利用模糊邏輯算法，引導巡視設備自動完成導引線跟蹤，依照不斷變化的視覺導航信息，完成設備的運動狀態調整，確保巡視工作有序開展。

3.4 路徑規劃技術

路徑規劃技術的作用在于合理規劃巡視設備的運動路徑，以地圖信息及任務數據作為參考標準，設計出最優引導路線，減少巡視距離、降低爬坡轉彎次數，能夠準確向設備發出操作指令，保證設備穩定行駛。路徑規劃技術在應用過程中，需要借助模擬退火算法、模糊邏輯算法、圖形學算法、智能仿生學算法，用以解決離散區域范圍內的遍歷式最優路徑、最短路徑規劃等問題。該技術在變電場現場的應用步驟可分為以下3點：一是進行環境建模，打造一個能夠便于計算機完成路徑規劃的環境模型，運用抽象算法，將實際物理空間轉換為抽象空間，并實現彼此的映射；二是路徑搜索，是指在建立環境模型的基礎上尋找行走路徑，使預定性能函數可以取得最優值；三是路徑平滑，是指利用相關算法找出一條運動體能夠行走的路徑，并進一步采取預處理與平滑操作，確保路徑的可靠性。

3.5 無人巡視技術

變電站智能巡視技術的應用目標即是實現無人巡視，進一步解放工作人員的工作壓力，提高巡視效果與精確性。因此，為了上述智能巡視技術得到有效運用，需要根據不同的現場環境特征選取適合的無人巡視設備，完成變電站內設備外觀、狀態的準確識別，提高局部放電、溫度變化的檢測效率，并規劃好巡視周期。例如：在高壓場地，可配置輪式巡視機器人，并配置視頻與熱成像系統，搭載雙鏡頭攝像裝置，以此完成高壓場地開關、避雷器、導線等裝置的外觀、溫度、位置的信息識別；在繼保室及高壓室，則可配置掛軌巡視機器人，實現保護裝置的燈光、壓板、發熱等信息的自動識別；在狹窄區域，需使用機器蜘蛛，該裝置配有仿生觸角，可以準確探測地形與障礙，且機器蜘蛛體積極小，直立高度僅為18cm；在高空避雷針出現銹蝕的情況下，可使用站內無人機替代運行人員進行巡視，并保證設備具備可見光、紅外探頭，能夠進行可見光視頻的錄制與傳輸，準確識別表計讀數與刀閘位置，并對過熱狀態進行報警，同時，無人機還要具備定位及聲音識別功能，能夠完成設備異響識別，進行巡視數據的記錄。

為了更好地提高無人機巡視效果，保證變電站電力系統的安全可靠，還需要從以下幾方面進行優化處理。

一是豐富無人設備的搭載系統，加強設備工作狀態與物理變量的監測效果，幫助維修人員了解維修時機。例如：圖像檢測系統可以搭載在攝影裝置中，將不同位置的圖像數據傳送到主控室，用以輔助設備服務器借助視頻編碼裝置完成圖像處理，并顯示在顯示屏上；智慧消防系統需要設置在探查裝置當中，用以第一時間發現可能出現的火災事故，并及時發出報警信號，達到降低火災影響的目的；環境監測系統是指借助溫度傳感器、濕度傳感器、PM測量設備，第一時間掌握變電站環境，進一步提高工作效率，通過安裝多個環境監測點，滿足變電站環境監測需求，并在設備室配備處理單元。

二是實現技術改造。一方面要進行硬件改造，完成移動機器人性能的升級與固定視頻監控的配置優化，為移動機器人搭載激光雷達、高清鏡頭及圖像識別算法，使移動機器人可以完成自動避障、路線定位、儀表設備的檢查及聲音識別。而對于固定視頻監控，則要配備紅外測溫及圖像識別功能，利用數據互聯網，將監測信息上傳到指揮中心，實現交叉覆蓋巡視，進一步提高巡視范圍，并采用布置監控云臺的方式，為移動機器人配備高清識別鏡頭，確保變電站識別能夠得到全方位監控。另一方面要做好軟件改造，不僅要拓展終端數據內容，將可見光、紅外線等圖像圖片包含在內，及時收集傳感器監測到的聲譜頻譜等信息，還要做好數字化傳輸設備的數據獲取，并保證變電站接口數據格式規范統一。

4 變電站智能巡視技術的應用價值

變電站智能巡視技術需要以巡視數據庫及巡視管理系統作為應用基礎，能夠集位置編碼、通信技術、信息處理等先進的軟件技術與硬件設備于一身。通過設計科學、合理的巡視線路為巡視設備規劃行駛路線，提高巡檢效率，之后，通過傳輸適配器，將巡視指令傳遞給巡視裝置，并在巡檢完成后將信息返回至計算機，以供管理人員進行分析使用，這樣不僅可以保證變電運行的安全性與穩定性，也能降低電力系統的能量損耗，實現經濟效益的進一步增長。同時，變電站智能巡視系統的設計更加人性化與智能化，可以完成快捷選取與手寫輸入，這樣即便作業人員的技術水平有限，也能迅速掌握系統的使用方法。

5 結語

綜上所述，通過對變電站智能巡視技術實施必要性進行分析討論，闡述變電站智能巡視系統設計方法，并提出RFID技術、紅外熱圖像技術、視覺導航技術、路徑規劃技術、無人巡視技術等變電站智能巡視過程中使用的巡檢方法，以此提高巡視效率與質量，確保變電站設備的運行狀態、數據參數得到及時反饋，幫助后續維修人員做好故障處理工作，促進變電站設備管理水平的大幅度提升，推動電力企業的可持續發展。