變電站智能巡檢設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)探析

國(guó)網(wǎng)東北分部綠源水力發(fā)電公司太平灣發(fā)電廠 崔杰連 蘇有權(quán) 孫皓晨

設(shè)備巡檢屬于日常進(jìn)行變電運(yùn)維的一個(gè)主要構(gòu)成部分，旨在及時(shí)了解最新的變電站運(yùn)行情況及安全隱患，從而為其運(yùn)行安全提供保障。現(xiàn)階段，迅速進(jìn)步發(fā)展的電力信息系統(tǒng)進(jìn)一步提高了變電站的智能化水平，最具代表性就是智能巡檢設(shè)備，以此保證電力系統(tǒng)運(yùn)行。

1 簡(jiǎn)析應(yīng)用的必要性

電力系統(tǒng)能切實(shí)促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，其中任何環(huán)節(jié)發(fā)生故障問(wèn)題均會(huì)造成連鎖反應(yīng)，由此造成停電以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。變電站屬于實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)連接主電網(wǎng)的一個(gè)核心設(shè)施，做好日常的維護(hù)及監(jiān)控巡查工作能保障電力系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定地運(yùn)行。以往電站采取的巡視及檢查方式主要依靠人工，有關(guān)人員憑借自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性判斷，由此對(duì)設(shè)備所處的運(yùn)行狀態(tài)展開(kāi)分析。此方式可在一定程度上起到預(yù)期效果，但仍存在一定弊端，常見(jiàn)有較大勞動(dòng)強(qiáng)度、相對(duì)分散的巡檢工作、相較單一的巡檢方法等，同時(shí)在具體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)由于出現(xiàn)人為失誤，導(dǎo)致存在不穩(wěn)定性因素，檢測(cè)數(shù)據(jù)難以精確、及時(shí)、地輸送至信息系統(tǒng)中。

普及推廣的無(wú)人值守方法，客觀上巡檢人員會(huì)增大工作量，無(wú)法有效保證巡檢工作的精準(zhǔn)率及到位率。同時(shí)山區(qū)、高原等區(qū)域的地理?xiàng)l件較為較惡劣，采取人工巡檢的模式風(fēng)險(xiǎn)重重；針對(duì)暴雨、大風(fēng)及暴雪等天氣情況，很難保障及時(shí)進(jìn)行變電站的巡檢工作。出于填補(bǔ)傳統(tǒng)巡檢方法的不足、更好地滿足供電需求，則應(yīng)在巡檢工作中有效運(yùn)用智能設(shè)備，依托無(wú)人機(jī)、地面巡檢設(shè)備等降低工作負(fù)擔(dān)，這樣在少人或無(wú)人值守的高壓設(shè)備可甄別其中存在的缺陷及問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上觸發(fā)報(bào)警達(dá)到減員增效的效果。

2 簡(jiǎn)析設(shè)備主要功能

導(dǎo)航。通過(guò)發(fā)揮這一功能作用，關(guān)于該設(shè)備依據(jù)已設(shè)定的途徑，憑借改變參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的調(diào)整，讓設(shè)備可執(zhí)行行駛等一系列動(dòng)作，同時(shí)依據(jù)路面的具體參照障礙位置規(guī)劃最合適的行駛路徑；檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)這一功能應(yīng)有效運(yùn)用傳感設(shè)備、紅外熱像設(shè)備等，進(jìn)而及時(shí)找出設(shè)備損傷或是發(fā)熱等故障，同時(shí)充分發(fā)揮傳感設(shè)備的作用，提供可靠的各類數(shù)據(jù)。

控制。指技術(shù)人員可在后臺(tái)對(duì)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)以手動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備主體的調(diào)控，并且調(diào)用各項(xiàng)設(shè)備功能，從而達(dá)到人機(jī)互動(dòng)的目的；數(shù)據(jù)庫(kù)。這一功能可把巡檢工作中得到的信息及時(shí)存儲(chǔ)，由此為技術(shù)人員后續(xù)的查詢應(yīng)用提供幫助；自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)設(shè)備存在的故障問(wèn)題被巡檢設(shè)備找出，便會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)。

障礙清除。現(xiàn)階段無(wú)人機(jī)逐漸變成一種特殊性的巡檢設(shè)備，一方面可將巡檢空間拓展，另一方面會(huì)提高巡檢工作的智能化水平。如，國(guó)內(nèi)某些地區(qū)范圍內(nèi)的高壓線，通常掛帶孔明燈等各種雜物，要是不能及時(shí)處理很容易造成跳閘、短路等現(xiàn)象。以往采用的巡檢清除手段會(huì)涉及一些高位作業(yè)例如登塔、出線等，清除時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)且效率偏低，若能利用無(wú)人機(jī)設(shè)備的噴火消缺性能，便會(huì)在幾分鐘內(nèi)清理垃圾。其對(duì)噴火的時(shí)間、位置精準(zhǔn)控制，控制著火點(diǎn)為400℃，但高壓線實(shí)際熔點(diǎn)超過(guò)600℃，因此短時(shí)間內(nèi)不會(huì)由于燃燒而影響到高壓線后續(xù)使用；自動(dòng)充電。此類設(shè)備通常會(huì)配置車載蓄電池，一般情況下充電30min可工作5h左右，在電量臨近警戒狀態(tài)時(shí)會(huì)自動(dòng)返回進(jìn)行電能補(bǔ)充。

3 簡(jiǎn)析相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 視覺(jué)導(dǎo)航

這一技術(shù)是巡檢設(shè)備在規(guī)劃完成的路徑范圍，通過(guò)設(shè)備系統(tǒng)當(dāng)中的CCD攝像頭拍攝、實(shí)現(xiàn)視頻圖像的提取和有關(guān)路徑的識(shí)別，從而引導(dǎo)設(shè)備依據(jù)規(guī)劃好的突進(jìn)行駛，出色完成具體的巡檢工作任務(wù)。在技術(shù)使用過(guò)程中，實(shí)時(shí)穩(wěn)定性針對(duì)巡檢設(shè)備工作效果起到十分重要的影響。現(xiàn)階段出現(xiàn)一種以模糊邏輯為基礎(chǔ)的視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)，通過(guò)使用此方法在較大光照強(qiáng)的環(huán)境下也可起到理想導(dǎo)航目的：在預(yù)先規(guī)劃的路線上完成導(dǎo)引線的鋪設(shè)，通過(guò)CCD攝像機(jī)收集視頻圖像，同時(shí)依據(jù)這些信息通過(guò)色彩分割技術(shù)處理；通過(guò)有關(guān)算法將圖像干擾消除，這樣可科學(xué)檢測(cè)導(dǎo)引線；通過(guò)以模糊邏輯為主的控制算法，輔助巡檢設(shè)備對(duì)導(dǎo)引線進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，同時(shí)依據(jù)視覺(jué)導(dǎo)航出現(xiàn)變化的參數(shù)實(shí)針對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及時(shí)調(diào)整，這樣讓其在導(dǎo)引線的科學(xué)引導(dǎo)下，依據(jù)已規(guī)定的路線開(kāi)展巡檢工作。

3.2 紅外熱圖像處理

在設(shè)備具體運(yùn)行中自然會(huì)出現(xiàn)一些參數(shù)變化，如壓力值、負(fù)荷等的變化。在大部分情況下，借助設(shè)備所處的運(yùn)行狀態(tài)能判斷有沒(méi)有異常，通常是監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行溫度加以明確。針對(duì)智能巡檢設(shè)備進(jìn)行巡檢的過(guò)程中，通過(guò)這一關(guān)鍵技術(shù)處理現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，在儀器設(shè)備的幫助下得到溫度特點(diǎn)信息，其體現(xiàn)方式為熱成像分布圖；在此基礎(chǔ)上，巡檢設(shè)備會(huì)把這些信息傳輸給終端設(shè)備，同時(shí)智能化處理分析相應(yīng)信息，精確判斷出存在的設(shè)備故障。因?yàn)樽冸娬舅幍默F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件相對(duì)復(fù)雜，在具體監(jiān)測(cè)工作中設(shè)備很容易遭受外界干擾，這樣會(huì)直接影響到灰度值的最終測(cè)量效果，很難保證計(jì)算的升溫度值準(zhǔn)確度。因此，若要將該問(wèn)題有效改善、提升計(jì)算精確度，則要圍繞熱圖像信息進(jìn)行去燥及強(qiáng)化效果工作。

移動(dòng)攝像機(jī)采集監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)信息后處理熱圖像，首先對(duì)圖像顏色加以校正，同時(shí)采取增強(qiáng)、平滑處理等相關(guān)算法來(lái)去噪處理，這樣圖像能更加清晰真實(shí)，方便工作人員識(shí)別；通過(guò)濾波和分割等相關(guān)算法，提取降噪處理完成的熱圖像，也就是首先對(duì)圖像進(jìn)行分割，其次提取圖像的有關(guān)特征，最后依據(jù)特征進(jìn)行分析并將具體的熱缺陷位置明確，在將定位信息發(fā)送的同時(shí)提供報(bào)警；采集歸納有關(guān)事故信息后存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，但不可直接使用紅外圖像信息，而要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理。當(dāng)前一些研究人員通過(guò)混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合計(jì)算圖像信息，讓其本有價(jià)值充分發(fā)揮。

3.3 巡檢無(wú)人機(jī)

巡檢無(wú)人機(jī)主要構(gòu)成部分如下：

地面站。其和無(wú)人機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，確保依據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的航跡和時(shí)間飛行。通過(guò)地面站的有關(guān)程序便能制定具體的無(wú)人機(jī)巡檢策略，同時(shí)結(jié)合其所配備的GPS、飛行模塊和測(cè)量單元等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備航行路線的設(shè)定；無(wú)人機(jī)。主要負(fù)責(zé)裝載驅(qū)鳥器、攝像機(jī)和紅外成像設(shè)備等，部件主要包含電池、電機(jī)、云臺(tái)以及飛控模塊等；紅外成像設(shè)備。針對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行紅外成像處理，通過(guò)設(shè)備溫度對(duì)設(shè)備具體運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，例如導(dǎo)電性與絕緣性等。一般會(huì)使用致冷型紅外成像設(shè)備，由此控制測(cè)量范圍是-40～550℃，且將USB接口用于傳輸數(shù)據(jù)的端口。

運(yùn)動(dòng)攝像機(jī)。用于檢查配備內(nèi)部的隔離開(kāi)關(guān)、斷路器設(shè)備等，且判斷具體的設(shè)備運(yùn)行情況，像素為1200萬(wàn)、傳輸效率為30Mb/s、傳輸數(shù)據(jù)端口是AV接口；驅(qū)鳥設(shè)備。主要驅(qū)趕變電站范圍內(nèi)的鳥類，防止鳥類與鳥巢引發(fā)短路事故。通過(guò)有效利用驅(qū)鳥設(shè)備，如采取聲光或超聲模式，其通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換便能轉(zhuǎn)變驅(qū)鳥模式。該設(shè)備使用1.5V干電池，同時(shí)以支架將其固定在機(jī)架上。

3.4 巡檢機(jī)器人

巡檢機(jī)器人屬電力機(jī)器人中的一類，能取代由人工進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中的難、急、險(xiǎn)等工作。其擁有可見(jiàn)光CCD攝像機(jī)等相關(guān)采集設(shè)備，并通過(guò)遙控或者是自主方式來(lái)巡檢少人或無(wú)人值守的高壓設(shè)備。相比人工巡檢機(jī)器人做到了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能有機(jī)結(jié)合，這在一定程度上提高了變電站管理工作的智能化水平。與此同時(shí)，引入機(jī)器人能大幅度提升檢測(cè)和管理工作的安全性、智能性，能處理人工巡檢存在的低效率、較大勞動(dòng)強(qiáng)度等問(wèn)題。此外，運(yùn)用機(jī)器手臂技術(shù)，能在一定程度上降低人工帶電工作中的安全隱患，避免因不謹(jǐn)慎操作而造成的傷亡事故。

另外，巡檢機(jī)器人能進(jìn)行“無(wú)軌”巡檢，也就是在巡檢工作中能和軌道相脫離，進(jìn)一步擴(kuò)大巡檢范圍，從而減少人工巡檢造成的誤差。關(guān)于信息的高度保密性，有必要在設(shè)備終端以及通信終端安設(shè)加密系統(tǒng)，從而避免位置遭到泄露。依托加密系統(tǒng)，能大幅度提升信息數(shù)據(jù)的保密性。通過(guò)巡檢機(jī)器人更好地輔助巡視工作，能及時(shí)將設(shè)備存在的熱缺陷等異常清楚找到，降低設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的隱患，切實(shí)提升巡視質(zhì)量及效率，達(dá)到減員增效的效果。

巡檢系統(tǒng)的主要組成部分為：應(yīng)用層。基站防、火防盜監(jiān)控，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控，領(lǐng)導(dǎo)遠(yuǎn)程巡視，其他業(yè)務(wù)應(yīng)用；控制層。變電站巡檢管理平臺(tái)（各類控制與操控設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、顯示設(shè)備等）；網(wǎng)絡(luò)層。IP網(wǎng)絡(luò)傳輸（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備+傳輸介質(zhì)）設(shè)備層。智能巡檢機(jī)器人、視頻監(jiān)控設(shè)備、安全防范設(shè)備。

導(dǎo)航定位。此類機(jī)器人是一種地面機(jī)器人，在關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)研究中處在核心位置應(yīng)是導(dǎo)航定位技術(shù)，其是實(shí)現(xiàn)自由移動(dòng)、高度智能化的關(guān)鍵技術(shù)。因變電站環(huán)境會(huì)受到電磁波的干擾，出于讓機(jī)器人更好地完成巡檢任務(wù)目的，則應(yīng)擁有較高可靠性，較強(qiáng)抗干擾能力。現(xiàn)階段巡檢機(jī)器人主要采取的導(dǎo)航方式是磁軌、激光等導(dǎo)航技術(shù)。如激光導(dǎo)航，主要是因激光具備的不發(fā)散性，精確定位當(dāng)前機(jī)器人的位置及航向，然后借助相關(guān)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。突出優(yōu)勢(shì)為不易遭受電磁干擾，實(shí)現(xiàn)精確定位，靈活的路徑選擇等；主要缺陷是較高成本，較為嚴(yán)苛的環(huán)境要求，很容易受到天氣情況影響，難以有效運(yùn)用到室外環(huán)境。針對(duì)磁軌導(dǎo)航而言，將磁性材料安裝在路面，利用機(jī)器人的磁傳設(shè)備進(jìn)行位置偏移檢測(cè)，由此讓機(jī)器人依據(jù)設(shè)定的路線行駛。主要優(yōu)勢(shì)為原理可靠簡(jiǎn)單，較高定位精度，不足之處是較大的鋪設(shè)量而且路徑缺少靈活性。

檢測(cè)功能。在具體工作過(guò)程中，通過(guò)不同類型的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果的有機(jī)融合，在此基礎(chǔ)上分析一次用電設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況。當(dāng)中最關(guān)鍵的技術(shù)便是紅外熱系統(tǒng)，能通過(guò)探測(cè)設(shè)備接收來(lái)自物體發(fā)出的紅外線，用于對(duì)物體實(shí)時(shí)熱像的感知，這樣能將物體運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋出來(lái)。至于其中的攝像設(shè)備能收集外觀照片，讓其同系統(tǒng)分析獲得的圖像有機(jī)結(jié)合，這樣便可將發(fā)生故障的位置精準(zhǔn)找到，關(guān)于聲音收集設(shè)備，得到設(shè)備在運(yùn)行中的聲音，通過(guò)人工智能將其特征向量提取出來(lái)，通過(guò)科學(xué)分析后能判斷設(shè)備所處的運(yùn)行狀態(tài)。

控制功能。一般控制功主要分為自動(dòng)與手動(dòng)這兩種控制方式。其中的手動(dòng)控制指的是，利用計(jì)算機(jī)控制端實(shí)現(xiàn)云端操作從而對(duì)移動(dòng)路徑進(jìn)行控制，這樣機(jī)器人能巡視設(shè)定的設(shè)備；前者指在正式工作前需進(jìn)行巡檢路徑的設(shè)置，機(jī)器人依據(jù)具體路徑便能進(jìn)行自動(dòng)巡檢、識(shí)別等。本文認(rèn)為巡檢機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)如下：擁有更加靈活的移動(dòng)平臺(tái)。由于變電站所處位置復(fù)雜的地面情況，移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)提高越障與驅(qū)動(dòng)能力，進(jìn)一步提升設(shè)備的執(zhí)行效率，同時(shí)還應(yīng)深入研究組合導(dǎo)航技術(shù)，旨在讓機(jī)器人可合理規(guī)劃巡視路徑；更加智能的數(shù)據(jù)分析。不斷提升以現(xiàn)有模板為基礎(chǔ)的識(shí)別算法的科學(xué)性，旨在讓模式識(shí)別具備更高的成功率，另外還應(yīng)進(jìn)行以設(shè)備紋理、形狀特征為基礎(chǔ)的技術(shù)研究，讓機(jī)器依據(jù)設(shè)備類型進(jìn)行針對(duì)性學(xué)習(xí)。

綜上，對(duì)比以往采取的人工巡檢法，當(dāng)前使用的智能巡檢具有較高靈活性，在一定程度上降低運(yùn)行工作壓力，避免發(fā)生不必要的安全事故，防止人為失誤造成的影響，也有利于對(duì)變電站進(jìn)行一體化的運(yùn)行維護(hù)。基于此應(yīng)高度重視智能巡檢設(shè)備，與此同時(shí)加大優(yōu)化創(chuàng)新其關(guān)鍵技術(shù)的研究力度，從而提升巡視工作質(zhì)量，促進(jìn)國(guó)內(nèi)變電站的建設(shè)發(fā)展。