基于物聯網的微型攝像頭在運行巡檢中的應用研究

劉連德 吳志剛 李凱強

內蒙古呼和浩特抽水蓄能發電有限責任公司 內蒙古 呼和浩特 010051

引言

新一代電力系統所呈現出的多能源、多網絡和多實體組合是能源行業的發展與新技術深度融合而形成的。與此同時，信息技術的快速發展，用電質量和服務響應速度要求也越來越高，在用電過程中用戶有著更全面的信息知悉權。所以新一代的大數據、云計算、物聯網以及移動互聯網技術得到了國內外電力公司的青睞。移動互聯網技術的發展在目前一些研究機構中成為一種可靠成熟的技術。隨著新技術的進一步擴展，各個行業領域中都在普及大數據和云計算技術。然而在傳統的產業中物聯網技術還在初期的發展階段。

在整個電力系統中，電能從生產、輸送到分配再到使用的這一過程都是同時完成的，具有連續性，為了能夠將電能安全可靠的傳輸給用戶，系統中的每個設備都必須保證能夠正確可靠實現其功能。因此，為確保其功能的可靠性，就必須對設備進行可靠巡檢?，F場人工巡檢就是電站運行人員親臨在現場對各種設備進行巡檢[1]，對現場運行中的所有設備開展簡單定性的判斷，最主要就是靠眼看、手觸、耳聽和鼻嗅等行為來實現。通過眼看的方法，運行人員主要查看注油設備是否存在滲漏的情況，設備運行的相關參數是否出現異常，夜間或昏暗環境下進行熄燈檢查，查看設備是否存在發光和電暈的現象，了解設備絕緣情況以及設備有無放電的痕跡，雨雪天氣，重點查看導體上的積雪是否已經溶化及雨水是否存在蒸發情況，刮風時應檢查導線上是否存在異物及各導線間的擺動情況能否滿足絕緣要求。通過用手觸摸正在運行的設備的外殼（如電機和變壓器），可以檢查設備是否存在異常的振動和溫升變化，并與日常狀態比照，從而對設備的運行狀況有所判斷。當運行設備出現異常的放電聲或振動聲，往往是發生故障的前兆，如果能夠及早聽出這些聲音中的信息，便能夠及早發現故障。用鼻嗅也是運行巡視中很重要的一種巡檢方法，因為運行設備的絕緣損壞通常都伴隨有異味的出現，如能及時嗅到異味，便能及早發現絕緣破損。

以前電力系統設備進行有缺陷的檢修或對設備進行例行檢查[2]等定性狀態信息一般都是采取紙質的手寫記錄，由于個人理解及書寫習慣差異，經常使得記錄不夠全面準確，而且容易丟失，其中不乏一些嚴重缺陷，因為此種原因未能及時上報，錯過處理時機，最終發展成了事故，造成巨大損失。同時，人工巡檢存在著看不見、摸不著的情況，致使巡檢工作的結果因人而異、參差不齊。因此，本文在滿足電站巡檢工作的前提下，提出一種基于物聯網的微型攝像頭在運行巡檢中運用的技術與方法，以實現對電站設備的相應部位進行全方位的巡檢。

1 物聯網技術的發展現狀

物聯網（IoT）是一項新興技術[3-5]。以互聯網和通信技術為基礎，通過各種智能硬件設備來感知和識別物理世界的物聯網，是由硬件支撐和軟件系統組合成一個整體，共同完成知識挖掘以及信息技術處理。物聯網技術為我們提供了一種人與物之間的信息交互和信息流的傳遞，使得實時控制設備然后科學管理與決策變成了可能。在現代化發展的社會中電力有著重大的影響，生活中用電是必不可少的。但是，電力系統架構的設計在過去的幾十年中已經形成，基于當時的社會情況而發展的電力系統架構逐漸不能滿足當今社會日新月異的發展要求。隨著“互聯網+”和“電力互聯網”時代的到來，迅速發展的物聯網技術在電力生產和現實生活的多個領域得到了逐步的滲透。在電力系統中，物聯網技術的引入可以有效整合、提高信息化水平，利用電力基礎設施和設備交互設施，推動先進信息通信系統服務于電網系統。

最近幾年，隨著國家相關政策的引導和業內企業的不斷助力，我國物聯網產業正朝著良好的方向前進。不斷完善的標準體系以及技術研發不斷取得突破，市場化的應用正逐步走進大眾視野。

智能電網是細分行業中較早開展物聯網體系建設的細分領域之一。物聯網技術廣泛應用在電網體系建設、電網安全管控、運行維護、信息數據采集、計量及用戶交互等各個方面，不僅將電力系統的智能化程度提高了，還能對智能電網各環節的信息感知深度、廣度以及密度進行全面提高，這就促進了“信息流、業務流、電力流的高度融合”[6]。其中電網終端使用側的數據信息采集，在智能電網中有著廣泛的應用空間[7]，是實現電力行業物聯網化過程中的重要組成部分。

我國物聯網整體應用還沒有普及，物聯網的高端傳感器、智能硬件和核心芯片還與發達國家存在一定的差距[8]，網絡與信息安全存在較多隱患[9]。因此，需要加強對物聯網關鍵技術的攻克，積極推動自主技術國際化水平，加快核心標準研制，培育一批影響力大、帶動性強的企業，構建有效的服務于一體的靈活機制，提升物聯網信息安全的保障能力。

2 系統結構方案分析研究

基于物聯網的微型攝像頭系統包括攝像頭、電源開關、電源模塊、數據處理器、數據傳輸模塊、AP熱點和多媒體終端。攝像頭采用高清攝像頭，在巡檢過程中圖像的清晰度無疑已經成為一種優勢，因為圖像越清晰在細節表現上就越明顯，辨識效果才能達到最佳的狀態，在同一環境下，高清攝像頭可以提供更清晰細膩的圖像，能夠更為細致的展現圖像的細節，使得巡檢目標如在眼前一般，為智能巡檢深入應用到實際工作中奠定了更好的基礎。攝像頭將獲取的視頻數據經數據處理器處理后，發送給數據傳輸模塊，并由其傳送到多媒體終端便于人員查看。在本系統設計中還應用了AP熱點進行圖像數據傳輸，當現場不具備有線連接方式時可以打開設備自帶的AP熱點功能，發出無線信號，在信號范圍內，使用多媒體終端接收連接到這個無線信號進行圖像數據傳輸，在巡檢中更加靈活方便。

3 關鍵硬件技術設計實現

3.1 供電系統

電源模塊主要是為攝像頭、數據處理器、數據傳輸模塊和AP熱點等進行供電，是保證巡檢中圖像傳輸記錄正常進行的前提。電源管理模塊基本組成包括電源監測、電壓轉換、電源管控、電源保護等。本文所設計使用的電源模塊采用新一代鋰電池，可通過鋰電池的充-放電特性曲線以及當前電量來獲取電源剩余電量，還可以根據電源模塊當前剩余電量的多少實現電量低報警。

3.2 數據傳輸

圖像數據傳輸通過USB有線和AP熱點兩種方式與多媒體終端進行數據傳輸。其中AP熱點傳輸方式大致由攝像頭采集端、無線傳輸網絡和多媒體終端組成。如圖1所示。攝像頭采集端是設備集成一顆微型攝像頭，主要是用于視頻信號的采集、預覽、拍照等；視頻信號采集后，通過對應的視頻編碼技術加以處理，將數據通過無線傳輸網絡傳輸到多媒體終端進行實時顯示和播放；多媒體終端可以是PC機也可以是一臺手持PDA，安裝圖像播放軟件后，攝像頭采集端獲取的視頻畫面支持實時播放并保存。

4 現場巡檢實際應用

為驗證基于物聯網的微型攝像頭在運行巡檢中的有效性，在國內某抽水蓄能電站現場進行了可視化巡檢功能的應用，針對現場環境進行了巡檢功能測試，對應環境位置下的設備巡檢測試結果如下所示：

上述現場應用測試結果表明，基于物聯網的微型攝像頭在運行巡檢中能夠根據現場環境及設備位置的不同完成對看不到、摸不著的設備進行巡檢，通過微型攝像頭傳回的圖像來識別設備是否有異常，此應用有效提高了設備運行巡檢的可靠性。

5 結束語

隨著物聯網技術的發展，電站巡檢也從主要依靠人工“眼看、耳聽、手摸、鼻嗅”作為巡檢過程中的傳統辦法逐步向電子化發展，在當前的工作巡檢中，仍然存在著看不見、摸不著的情況，本文針對目前的電站巡檢現狀，提出了一種基于物聯網的微型攝像頭在運行巡檢中的應用，使巡檢工作更加規范化、全面化，為整個電廠的安全可靠運行提供了強有力的技術保障。電站巡檢自動化水平的提高，將進一步提升運行人員的工作效率和巡檢質量。