基于視頻監控的變電站智能巡檢系統研究

遼寧大唐國際沈東熱電有限責任公司 王洪松 閔廣鑫 劉 磊

1 引言

變電站作為區域供電主要場所，其運行安全性直接影響供電質量。要想有效保持變電站運作穩定性，應當利用巡檢工作針對變電站電氣設備展開檢查。常見設備包括斷路、主變壓器、隔離開關等。傳統巡檢工作多以人力為主，造成整體效率與巡檢結果可靠性存在局限性。而在信息化時代背景下，加強變電站巡檢系統智能改造，設計新型巡檢系統，有利于優化變電站巡檢效果。

2 變電站巡檢工作需求

變電站巡檢工作中，主要是對電氣設備異響、異味以及油位油壓等情況定期進行檢查，并及時發現安全隱患，加強對過熱現象、破損問題的實時解決，以便變電站電氣設備保持良好的運行狀態。尤其是對故障問題的解決，也是巡檢工作中最主要的內容。根據相關研究成果，在變電站巡檢工作中，巡檢人員需要針對電氣設備展開精準檢測。

以斷路器為例，需要在巡檢作業中判斷斷路器是否存在漏氣聲或套管是否存在裂紋、支架接地是否完整、直流電源回路連接端子是否存在銹蝕等情況，自此給出對應的巡檢結果，由檢修員出具解決方案，為變電站持續穩定的供電服務創造有利條件。而本次研發的智能巡檢系統，也是以滿足工作需求為基準，借助視頻監控技術，增加巡檢結果的展示直觀性，并且獲取的視頻數據也能直接在接口連接中，為變電站生產管理項目提供有用信息，最終在系統輔助下建立一個信息共享、聯動管理的環境。基于此，針對變電站巡檢工作設計智能巡檢系統，是推動變電站信息化管理進程的關鍵目標[1]。

3 視頻監控建設難題與系統設計原則

3.1 難題

在智能巡檢系統設計過程中加強視頻監控建設，是達成可視化巡檢目標的重要途徑。在實際建設期間有以下幾點阻力：第一，建設標準不同。在全國范圍內的變電站巡檢作業中，關于視頻監控建設事項未出具統一標準，尤其是媒體格式標準以及接口協議標準等，這樣不利于實現信息的實時共享；第二，可行性差。考慮到各地區變電站運營業務多具有獨立性特征，故此造成視頻監控建設很難得到集成式管理；第三，重復性明顯。關于視頻監控建設產生的相關數據，其應用范圍較小，促使視頻監控功能處于反復研發狀態，無法真正落實視頻監控建設內容；第四，復雜性突出。視頻監控多在獨立組網模式下完成建設，此時組網復雜化，易形成網絡資源損耗。因此，要想實現智能巡檢系統的合理設計，應當打破難題，細化設計流程，自此為變電站巡檢作業轉型目標的實現給予助力。

3.2 原則

在本次研究中關于智能巡檢系統的設計，理應遵循下列多項原則：其一，穩定性。要求設計后的系統在整體運行中保持穩態運作，以便在展示拓展巡視、全面監測、聯動管理等功能時，可以保持一定的穩定性，以免因系統不穩，造成其實用性下降；其二，可擴展性。由于所設計的系統需要在多區域變電站場所表現出優勢，故此要求對其兼容性進行拓展，使之同軟件平臺、數據庫系統建立良好的互動關系，能夠支持外在系統連接；其三，安全性。系統本身在運行中會獲取巡檢數據，此時應當具備自我防護性，避免遭遇黑客攻擊、病毒侵害，致使變電站遭受信息風險。系統設計可以在連接電力調度系統時，實現系統的安全防范；其四，簡便性。對于系統的維修也要追求簡便性，因系統設計中涉及的部件數量較多，若檢修難度大，反而會加劇變電站維修成本，干擾巡檢工作進度。因此，應參照上述原則，為智能巡檢系統的設計編制完善的設計方案，充分展示系統實用價值[2]。

4 基于視頻監控的變電站智能巡檢系統設計方法

4.1 加強系統架構設計

以視頻監控技術設計變電站智能巡檢系統時，需要先行對系統架構進行優化設計，而后對其細節功能加以完善，確保在整體架構導向下，能夠為設計者提供明確思路。

首先，設計者在系統設計環節，需要劃分不同層級，即接口層、服務層與應用層，而后構建相關模塊，便于在流程進展中，確保系統在巡檢作業中表現出顯著優勢。其中在接口層構建中，包含與視頻監控系統、生產管理系統的有效連接，使其能夠將巡檢工作中采集的視頻數據傳遞至系統中，進而在數據分析中發現電氣設備異常問題。

例如從視頻監控系統運行中發現隔離開關接觸點存在冒煙或者發熱情況，斷路器機構箱門出現破損狀況，均可將其反饋至接口層中，以供系統用戶直觀地掌握變電站巡檢范圍內的險情。而在服務層中，多涵蓋告警聯動與管理服務、網絡服務部分，在該層級中可以在聯動技術干預下及時發出預警信息，便于用戶結合預警結果，提前出具防范對策。至于應用層，它是顯示系統使用功能的重要層級，在此系統設計階段，多設有巡檢結果展示、巡檢執行管理與巡檢聯動管理以及巡檢方案管理等具備管理職能的模塊。經過層級的精準劃分，即可達成系統安全運行目標，也能為視頻數據的實時共享創造最佳條件。此外，在網絡服務中，要以網絡平臺登錄訪問的方法，實現相關信息的準確查詢。為了保證該系統于巡檢工作中真正給出可靠的巡檢數據，應當加強對每一個層級的細化處理。

其次，在系統架構設計中，也要根據視頻監控技術應用期間產生的相關數據，建立對應的架構。除了實時掌握的視頻數據外，還包括系統資源數據以及系統管理數據。視頻實時數據主要是在系統開展巡檢作業時，以時間點為依據采集的多方數據。如某一時刻斷路器套管顯示裂紋，此時會隨著時間的后延，造成裂紋的擴散。經過系統的運行操作，能夠記錄不同時間點巡檢結果，便于用戶及時處理故障問題。

關于歷史數據，因系統運行中，常需要對數據進行準確分析，或者實施巡檢執行統計操作，而歷史數據可充當憑證，對電氣設備運行狀態進行深入分析，而且形成的預警信息也常依靠歷史數據的總結結果判定巡檢中電氣設備是否存在隱患。而資源數據以屬性數據、線路巡檢數據為主。管理數據在此系統中占有量較大，除了用戶管理數據外，還包含生產管理、巡視任務管理、系統安全管理等管理功能中形成的綜合數據。面對不同類型數據，理應理清數據關系，為其構建完整的架構方案。

最后，層級架構與數據架構之后，還應當依托系統的邏輯關系構建邏輯架構。通常在邏輯架構中具備碼流采集與巡檢方案、數據分析等層次?？紤]到此系統是以視頻監控技術為主體。因此，在系統運行時，應當設計交互層次、業務邏輯層次、數據源層次，便于運行中能夠支撐系統各項功能。以交互層為例，要求系統可以根據用戶實際需求執行巡檢任務。如由用戶自行設定巡檢時間、巡檢路線、巡檢方案，借此提升系統的互動性。在業務邏輯層次中多具有巡檢方案、數據分析、碼流采集模塊，而后通過對視頻監控與變電站環境監測數據的轉換，為用戶給予可視化管理服務。

4.2 完善系統功能模塊

本次研究中以視頻監控技術設計的智能巡檢系統，最關鍵的是借助系統功能，為傳統巡檢模式指明新路徑。因此，系統設計期間，應當設置對應的功能模塊。結合上述研究結果，可以將系統功能歸納為五大模塊。

巡檢方案管理功能。在開展變電站巡檢工作時，需要針對變電站區域內的電氣設備以及其他電纜室等空間進行智能巡檢，這就要求用戶需要對巡檢方案進行準確設定，包括巡檢范圍、巡檢目標等，而后在巡檢方案中設定巡檢路線以及巡檢對象，既可以修改方案內容，又可以微調巡檢順序，甚至可以在視頻監控設備巡視過程中，對每一處巡檢時間段自行調節，由此增加系統的使用靈活性。例如在對主變壓器進行巡視時，多以視頻監控的“目視”方式，對油溫、絕緣子、油色、運行聲音、控制箱嚴密性等內容逐項巡視，而用戶可在系統使用環節，對每一處巡視點的巡視時間進行差異化設定。特別是在隔離開關與主變壓器巡視中，應盡量延長主變壓器巡視時間，因其巡視內容較多，若過早撤離巡視裝置，會造成巡視中產生的視頻數據不夠全面。

巡視模式管理功能。系統在執行巡視任務時，應當以自動巡視為主，但為了避免缺失交互性，還應當新增手動巡檢模式。前者可以實現視頻監控系統的全程監控，而且也可以自行執行巡檢方案。后者可在巡檢員遠程操作下，對變電站區域進行巡檢，而且在此種模式下，也可以設定預設功能，即提前3天告知用戶啟動巡檢系統，而后在巡檢檔案中記錄巡檢結果。

巡檢任務管理功能，此處與巡檢方案管理具備對應關系，能夠在此項功能輔助下落實巡檢方案巡檢內容。此處不予以贅述。

巡檢結果管理功能。無論是對互感器還是變壓器進行巡檢作業，都需要獲取最終的巡檢結果，而后出具改進方案，避免異?，F象出現加重情況。在此項功能中涵蓋巡視記錄清單，在巡視清單中能夠完整地展示巡視范圍、巡視時間等信息，而且還具備查詢功能，協助用戶在系統操作中全程掌控設備動態，而且該清單還能根據用戶需求進行留檔、打印處理。

巡檢執行功能。在視頻監控技術下，可以對巡檢范圍實時錄像，并在智能巡檢技術參與下，整理巡檢結果，便于用戶從巡檢清單中知曉巡檢進度。例如在某區域的變電站巡檢工作中使用此系統，最終記錄了包含開關刀閘開合異常、主變油溫表計數錯誤在內的數十條預警信息，最終與傳統人工巡檢模式比較，整體巡檢精度超出99%，驗證此系統功能優良[3]。

4.3 注重聯動技術應用

視頻監控技術應用于智能巡檢系統設計中，還應與之建立聯動關系。通常需要實現以下三個部分的聯動設計：第一個部分是與電氣設備狀態保持聯動，在此系統運行中需要同變電站現已引進的在線監測平臺實現聯動處理，而后經過對監測信息的反饋，逐漸擴大巡視范圍。例如在運行中可以從在線監測平臺輔助下，增加對開關柜的巡視清晰度，在監測信息采集環節，為本系統的可視化巡視服務提供依據，就此改善巡檢現狀，以免因部分盲區或者死角處受視頻監控裝置局限性的影響，出現漏檢情況；第二個部分是實現報警遠程監控平臺的聯動設計，若單純以此系統的視頻監控數據為依托，需要在接收預警信息后安排人力前往現場處理問題，而在聯動操作中，即可達到遠程管理的目的，經過對監控平臺的聯合處理，能夠對變電站常出現的門禁系統異常狀況、火災報警裝置實施遠程管理，最大化提高巡檢效率；第三個部分是聯動前端數據采集裝置，該裝置若與此系統保持連接關系，能夠自動化處理異常問題。好比巡檢員從視頻監控中發現油溫異常，能夠在聯動裝置下，自動開啟散熱器，而在潮濕環境下，能夠自動啟動空調排濕功能，以此縮短了視頻監控數據的響應時間。與單獨運行此系統的方式比較，整體運行效率更高，而且也能減輕后續故障處理負擔。因此，在視頻監控技術指引下設計智能巡檢系統，還應當同變電站內部多個系統保持聯動關系，以便在聯動技術實踐應用中，為系統穩定性、可操作性的提升給予輔助服務。

4.4 實現信息實時傳遞

智能巡檢系統在設計期間，需要借助視頻監控技術采集變電站巡檢區域內的設備狀態等視頻數據，而巡檢的最終目的是維護變電站設備運行安全，而非單純獲取巡檢結果，故此要求對于視頻數據的傳遞應當以實時傳遞的方式，將其反饋至管理中心，以供管理者聯合巡檢員切實完善變電站設備功能，防止出現異常情況，影響變電站運行秩序。于信息實時傳遞設計中需要依據通信傳輸技術，為系統提供信息傳輸服務。

首先，需要先行確定通訊模式，以Client-Sever 模式為主，保持信息的高效傳輸，而且還應當搭配Report-Sink 模式，它能夠在巡視中遇到的突發事件實施非周期性信息傳遞，便于相關人員及早知曉突發情況，以免在時間延誤的情況下，造成變電站遭遇重大事故。此外，還應當設計C/S 通訊接口，能夠在此接口助力下，對數據信息完成修改、獲取、響應任務。通常情況下，此模塊需要設置在應用層之前，確保采集的視頻數據順利輸送至應用層中，借此達成高效傳輸目的，也能在其運行中對視頻數據進行共享操作，便于變電站其他人員能夠從在線監測平臺等其余系統中掌控巡檢數據，進而積極應對重復獲取數據的繁瑣風險。尤其對于從事電氣設備維修作業的企業而言，從監控數據的傳送中，能夠為其提供可靠的排障信息，最終經過電氣設備的檢修操作，促使變電站始終擁有穩定持久的運行狀態[4]。

4.5 優化系統檢測效果

智能巡檢系統的成功研發，能夠為電氣設備檢修企業提供便捷服務。為了保證該系統具備可操作性，應當積極展開檢測操作，憑借對檢測結果的分析整理，驗證系統研發設計的可行性。此次研究中專門選定110kV 變電站與220kV 變電站，而后在視頻監控技術輔助下，對系統實際使用效果進行研究。在此系統運行中設有遠程監控錄像裝置，并且能夠對巡視范圍內的設備狀態進行跟進處理，而后聯合視頻數據確定設備是否需要維修，并且在運行中，此系統可以自外而內的地設備進行全景巡視，協助巡檢員深層次了解設備實際情況。同時，還將系統與大屏幕進行聯動設計，將視頻資源傳遞到大屏幕上，全面觀察設備的可疑動作。經過分析后，在該變電站實操環境下，從此系統視頻監控中發現主變壓器兩端因日積月累出現了灰塵積攢的情況，而后判定此處巡視結果屬于危險因素，需要及時對其展開清掃，便于設備檢修人員立即對變壓器性能加以檢測。視頻監控作為直觀展示設備異常狀態的重要依據，能夠為巡檢員乃至檢修員帶來更可靠的工作依據。于此次檢測中發現該系統在變電站巡檢作業中，能夠有效執行巡檢任務，而且設備檢修員也能快速地從視頻展示中辨明故障可能原因，其應用效果突出。

綜上所述，在設計變電站智能巡檢系統時，若能結合視頻監控技術，明確系統優化設計思路，能夠切實增強系統的可操作性。據此，應參照具體的系統設計原則，從系統架構、功能模塊、聯動技術、實時傳遞、系統檢測等方面著手，促使變電站巡檢工作能在智能巡檢系統輔助下，達成提質增效目標，滿足新時代巡檢作業要求，為我國變電站運行安全與供電穩定性的提升帶來可靠保障。