多功能智能化變電運檢全業務虛擬監護系統設計

楊旭，王瑞，趙燦，張勇，劉闖

（1. 國網湖北省電力有限公司荊門供電公司，湖北荊門，448000;2.湖北科能電力電子有限公司，湖北武漢，430000）

0 引言

本文充分研究當前變電站運維及檢修工作實踐中存在的問題，研發了一種多功能智能化虛擬監護系統，該系統綜合了語音識別、導航、圖像識別功能等，可實現變電運檢全業務作業監護，快速識別現場作業安全風險點，提高工作效率，保障安全生產。

1 虛擬監護系統構架設計

變電站運檢主要包括倒閘操作、運維一體化及變電檢修等工作。隨著電網的發展，公司面臨的安全形勢日益嚴峻，迫切需要加強對作業現場的安全管控并強化標準化作業流程。將人工智能技術應用到變電運檢業務中，能夠彌補運檢人員因疲勞、疏忽和習慣性違章而導致的誤作業、缺項漏項的發生，提高變電站全業務作業的規范性和安全性。

本系統采用模塊化結構設計，以語音識別和圖像視頻處理為基礎開發核心防誤模塊，從而提高系統通用性[4]。該系統可以輔助變電運檢人員在變電站的全業務作業，對運檢人員進行全過程監護，提高變電運檢工作的安全性和規范性。系統功能框架圖如圖1所示。

圖1 變電全業務虛擬監護系統框架

1.1 系統組成

（1）虛擬監護APP

基于安卓系統開發的虛擬監護APP程序，具備語音模塊、圖像模塊和視頻模塊三大功能

1）語音識別

本系統采用離散隱馬爾科夫模型的嵌入式語音識別系統的實現方法，在嵌入式系統上完成語音識別功能，在PC系統上完成模板訓練，能在保證識別率的條件下提高實時響應速度，具有很高的實用性。監護系統終端根據運檢業務項目順序進行語音提醒，作業人員依次執行并進行語音回饋，若出現錯誤將告警并提醒作業人員仔細核對。

2）圖像識別模塊功能

根據設備類型完善虛擬監護系統中一、二次設備數據庫，并通過圖像識別功能與現場設備完美匹配，滿足倒閘操作中對設備狀態的識別。當虛擬監護系統中設備狀態與操作票中設備狀態檢查項中的狀態一致，則滿足進行下一步操作的條件，從而實現虛擬監護系統對操作過程的安全監護。

3）視頻通信模塊功能

監控系統可遠程攝像，集控站可通過視頻實時查看設備的操作結果狀態以及操作人員的操作進展。發現不規范或違規操作，通過監護系統終端及時提醒并制止。

（2）導航系統

具備定位建模模塊、目標任務導航模塊、偏航提醒模塊。收集變電站各間隔、攝像頭設備地理坐標信息，基于北斗定位技術建立二維坐標地圖。二維坐標地圖內嵌于移動智能五防終端，人員位置實時更新于終端二維地圖，可以隨時調用自己所處的地理位置坐標。變電站北斗導航示意圖如圖2所示。

圖2 變電站北斗導航示意圖

人員根據移動智能終端內置導航前往待操作間隔。若走錯間隔、在不該待的間隔滯留過久，終端內置定位功能會提醒偏離導航，進行語音報警（同時發送信息到集控站進行提醒）。

（3）工器具管理模塊

一種非接觸式的自動識別技術，由標簽、閱讀器、以及天線組成。無線電信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數據從附著在物品上的RFID電子標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。該技術可以通過無線電信號識別特定目標并讀寫相關數據，無需在識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。

對變電站安全工器具、操作工器具進行在線管理，根據倒閘操作任務自動生成所需工器具清單，將離柜的安全工器具與操作任務中所需安全工器具進行對比，若出現錯領或漏領的情況，工器具柜則報出告警信號至智慧監護終端。同時，集控站可通過智慧監護系統實現安全工器具的遠程管理。工器具管理系統如圖3所示。

圖3 工器具管理系統

（4）數據處理服務器

包括倒閘操作知識庫、變電檢修操作知識庫、運維一體化操作知識庫[5-6]。根據任務可以自動生成倒閘操作票和檢修作業標準化電子工作票。強大的支持平臺是實現電子票智能管理的基礎，可以有效進行變電運檢操作的管理、保存、流轉、操作情況統計分析匯總。

1.2 系統功能特點

該系統具備可靠安全校驗功能，采用圖像識別和語音識別全過程監護運檢工作，通過現場人員與系統進行人機互動及時糾正不安全行為，根據變電運檢業務類型具備不同的監護功能。

1）針對變電站倒閘操作，系統可根據當前任務單自動生成標準化電子操作票，供操作人員順序依次執行；虛擬監護系統采用圖像識別和語音識別模式完成倒閘操作過程的監護。

2）針對運維一體化工作，系統可根據當前任務單自動生成標準化電子巡視卡或作業指導卡，供運維人員順序依次執行，并進行全過程監護。

3）針對檢修作業，系統可根據當前任務單自動生成標準化電子工作票和作業指導卡，供檢修人員順序依次執行，并進行全過程監護。

2 變電全業務虛擬監護系統

2.1 倒閘操作監護模式

工作模式：虛擬監護系統根據調度操作指令內容，自動生成電子化操作票和工器具領用表，該系統使用北斗導航、AR視頻識別技術實現防止誤入帶電間隔；操作票進入操作流程，監護系統會按操作票步驟逐條唱票，操作人員復誦，系統核對操作人員復誦語音內容是否正確，若出現錯誤則提醒操作人員仔細核對。操作票根據特定設備和特定操作任務而編寫，根據操作規程，設備類型和操作術語倒閘票管理模塊設定中的操作票專家數據庫，可以很好的與現場情況匹配，滿足實際操作票安全執行的需要。倒閘操作監護執行過程如圖4所示。

圖4 倒閘操作虛擬監護

2.2 變電檢修監護模式

工作模式：終端接收工作任務單后，自動生成電子工作票與作業指導卡，并推送出標準化作業指導卡、現場危險點及相應的安全措施、需準備的工器具、材料等相關信息，由檢修工作負責人進行人工確認。現場檢修過程中，終端根據作業指導卡語音下達工作指令，并同步進行圖像識別，對所操作的壓板、人員位置、移動軌跡等狀態進行比對判斷，及時播報危險點。終端核實檢修人員語音反饋與人員行為校準狀態一致后，方能下達下一步指令。檢修結束后，檢修人員將試驗數據錄入系統形成閉環。變電檢修監護執行過程如圖5所示。

圖5 變電檢修監護模式

2.3 變電檢修監護模式

工作模式：虛擬監護系統根據班組所轄變電站數量、類別、運維一體化中各項目的周期以及運維班組近期檢修及倒閘操作任務，自動生成運維一體化中的工作任務清單。虛擬監護人系統根據工作任務推送該工作標準化作業流程卡、現場危險點及相應的安全措施、需準備的工器具、材料等，由工作負責人進行人工確認。現場工作開始后，虛擬監護人系統啟動語音交互功能進行作業全過程管控；并啟動視頻監控功能便于集控站、管理人員進行現場監視。運維人員在巡視時，可將發現的缺陷錄入系統等待處理。運維一體化監護執行過程如圖6所示。

圖6 運維一體化監護模式

3 工程應用價值和效益分析

本系統基于安卓系統開發的變電全業務虛擬監護系統，通過智能分析后形成電子任務單且充當監護人角色，綜合導航功能、語音識別、圖像識別功能，實現前端現場作業和后端管理的實時聯動、信息的同步傳輸與存儲以及數據的采集與分析，讓變電運檢現場作業更智能、更高效、更便捷。

1）采用虛擬監護系統輔助監護運檢作業過程，可以最大限度避免誤操作、缺項漏項的發生，從而減少電網設備、人身的損失。

2）導航功能保證作業人員進入工作區域是否正確；語音識別功能保證操作人員復誦準確無誤，保證檢修以及運維一體化過程中是否按照順序執行了標準化作業。若有復誦信息和設備狀態圖方面的錯誤，系統立即給出告警提示，同時調度員與值班員亦會收到告警信息。

3）完善的變電檢修全過程管理功能， 虛擬監護系統通過流程環節，實現變電站運檢作業整個周期的無紙化作業。

4 結論

本文開發一種具備語音識別、圖像處理和視頻通訊功能的智能監護系統，整合北斗導航系統、視頻監控系統、PMS系統等各個系統的數據，搭載智能終端，智能識別現場的安全風險，并及時預警和提醒，在現有操作人、監護人以外，構建了一位“AI虛擬監護人”，并將現場執行情況實時傳送至集控站，在減少現場工作人員需求的同時大大增加了運檢工作的安全性，有效提高了工作效率。