智能巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用

李陸伊，張智翔

（國網(wǎng)陜西省電力有限公司漢中供電公司，陜西 漢中 723000）

1 智能巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用意義

1.1 精細化常規(guī)巡檢工作

智能巡檢機器人能夠克服時間、天氣等特殊因素的影響，對變電站進行合理化巡檢。它們可以根據(jù)具體的工作需求進行周期性巡檢，并對巡檢目標(biāo)進行拍照留存、檢測分析、后臺數(shù)據(jù)整理記錄等操作[1]。在實現(xiàn)變電站全自動智能化管理時，智能巡檢機器人的應(yīng)用使常規(guī)工作得到更完善的處理，對于變電站工作具有很強的實際意義。智能機器人巡檢常規(guī)運行如圖1 所示。

圖1 智能機器人巡檢常規(guī)運行

1.2 智能檢測分析

智能巡檢系統(tǒng)具備識別技術(shù)，可以在巡檢工作中對設(shè)備外部異常進行檢測和數(shù)據(jù)分析整理。例如，實時檢測設(shè)備躁動頻率、溫度高低異常，識別開關(guān)閘刀分合狀態(tài)等。依托數(shù)據(jù)庫對比數(shù)據(jù)要素，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)能夠自動識別并立即自動報警，從而降低變電站出現(xiàn)危險的概率，為相關(guān)設(shè)備提供故障數(shù)據(jù)分析和技術(shù)支持。

1.3 加強變電站整體性

智能巡檢系統(tǒng)具有遠程操作功能，能夠進行一鍵式順控操作。工作過程中，采用模式識別技術(shù)，自動識別設(shè)備位置，從而自動化校準(zhǔn)、核對被控設(shè)備。依托智能化手段加強變電站整體統(tǒng)一性，有助于隨時應(yīng)對各種突發(fā)問題與特殊情況[2]。

2 變電站巡檢系統(tǒng)功能

變電站智能巡檢系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，通常采用分層式控制，包括基站控制系統(tǒng)和移動控制系統(tǒng)。

2.1 基站控制系統(tǒng)

2.1.1 機器人遙控

在智能巡檢機器人運行巡檢工作中，相關(guān)操作人員只需在基站中通過鍵盤或鼠標(biāo)等簡單操作，便可實現(xiàn)對機器人的遠程行駛遙控和攝像機調(diào)焦等操作。

2.1.2 自動巡檢

操作人員可以通過后臺輸入數(shù)據(jù)，設(shè)定智能巡檢機器人在特定時間自動進行巡檢、執(zhí)行指定任務(wù)。在工作過程中，機器人不僅能進行數(shù)據(jù)采集、分析、記錄，還能借助自動紅外線熱像儀、云臺等設(shè)備實現(xiàn)多種指定性操作。這些功能有效減少工作人員的任務(wù)量，提高整體工作效率[3]。

2.1.3 實時監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)

無論是白天還是黑夜，智能巡檢機器人都能通過可見光攝像機和紅外線熱像儀進行實時監(jiān)控。工作人員只需在后臺進行操作，即可獲取變電站的各種實時信息，方便開展巡視與監(jiān)督工作，并獲取檢測數(shù)據(jù)的詳細記錄。

2.1.4 機器人狀況信息顯示

工作人員在后臺監(jiān)測過程中，可以根據(jù)機器人反饋的信息和相關(guān)數(shù)據(jù)隨時了解其運行狀態(tài)，既能隨時定位機器人，又能精確地對其進行操作控制，從而高效應(yīng)對各種突發(fā)狀態(tài)。

2.1.5 變電站數(shù)據(jù)存儲分析

智能巡檢機器人在實際工作中，通過數(shù)據(jù)庫存儲功能記錄巡檢過程中的電子地圖信息、任務(wù)管理指令等數(shù)據(jù)。同時，它還能自動分析這些數(shù)據(jù)，不僅有助于未來對相關(guān)指令和任務(wù)的信息查詢，還能夠為日后的數(shù)據(jù)分析提供良好的支持與保障[4]。

2.2 移動控制系統(tǒng)

2.2.1 導(dǎo)航定位系統(tǒng)

導(dǎo)航定位系統(tǒng)由導(dǎo)航傳感器和定位傳感器2 個要素組成。導(dǎo)航傳感器依托磁導(dǎo)航系統(tǒng)跟蹤地面運行軌跡和范圍，從而完成定位目的。而定位傳感器則利用射頻識別功能為機器人提供定位、停靠位置、規(guī)避等方面的信息[5]。

2.2.2 運動控制系統(tǒng)

運動控制系統(tǒng)是智能巡檢機器人運行系統(tǒng)中的重要組成部分，為機器人提供持續(xù)的動力，從行駛路線、驅(qū)動電力以及運動行進等方面實現(xiàn)機械運動控制。

2.2.3 動力系統(tǒng)

機器人的動力系統(tǒng)主要保證其基本運行能力。此外，電力系統(tǒng)也為機器人電池提供充足有效的電量分配保障[6]。

2.2.4 采集檢測系統(tǒng)

移動控制系統(tǒng)的主要工作任務(wù)是為機器人攝像機和紅外線熱成像儀提供設(shè)備采集和數(shù)據(jù)動能基礎(chǔ)。隨后，對這些數(shù)據(jù)進行整理和分析。通過基站系統(tǒng)云端數(shù)據(jù)的計算和主控計算機系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，機器人能夠?qū)崿F(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的采集和傳輸，并通過云臺、攝像機等設(shè)備的控制管理功能實現(xiàn)高效的移動控制。

3 智能巡檢系統(tǒng)優(yōu)缺點

3.1 優(yōu) 點

智能巡檢機器人系統(tǒng)在變電站中實際應(yīng)用后，即使在高溫、雷雨、大風(fēng)等特殊天氣條件下也能發(fā)揮作用，順利完成巡檢工作[7]。變電站巡檢工作一般非常煩瑣復(fù)雜，利用巡檢機器人不僅能最大限度減輕巡檢工作人員的壓力與工作任務(wù)，還能在惡劣天氣條件下代替人工完成巡檢任務(wù)，確保變電站巡檢任務(wù)正常進行。傳統(tǒng)的電力巡檢系統(tǒng)采用人工監(jiān)測和維修方式，由于工作人員之間的工作習(xí)慣和方式不同，可能會導(dǎo)致故障分類和分析數(shù)據(jù)存在誤差，不利于數(shù)據(jù)匯總和綜合分析工作。應(yīng)用智能巡檢系統(tǒng)可改變這種情況，實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化管理，使所有檢修人員都能充分理解并應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，有助于提升變電站整體巡檢的質(zhì)量和水平。

此外，智能巡檢機器人還具備人臉識別和危險區(qū)域識別功能。變電站區(qū)域?qū)儆谔厥猸h(huán)境，不允許隨意出入。通過采集并記錄變電站工作人員的面部信息，巡檢機器人在日常工作中可以與數(shù)據(jù)庫比對，一旦發(fā)現(xiàn)陌生人，就會判定為特殊情況并迅速報警，從而避免非法人員進入變電站造成危險影響。同時，由于變電站存在一定的危險區(qū)域，在指定位置作業(yè)時，巡檢機器人可以實時監(jiān)控，針對區(qū)域外作業(yè)人員的行為進行判斷分析，根據(jù)情況發(fā)出安全警報，從而保證作業(yè)人員的人身安全[8]。

3.2 缺 點

變電站智能機器人巡檢過程中，磁軌道系統(tǒng)存在一些問題，需要進一步完善和優(yōu)化。日常巡檢路徑規(guī)劃的限制會使機器人巡檢軌跡受到影響，從而無法對特定的檢測目標(biāo)進行全面、具體的有效監(jiān)測，使巡檢工作存在漏洞。

4 智能巡檢系統(tǒng)在變電站中的實際應(yīng)用

4.1 智能巡檢機器人應(yīng)用系統(tǒng)框架

變電站智能巡檢機器人應(yīng)用系統(tǒng)主要包括遠程操作控制、本地操作控制、車輛運動3 個組成部分。工作人員通過操作臺對智能巡檢機器人終端進行遠程控制與操作。工作站中安裝相應(yīng)的控制和接收系統(tǒng)，有助于在檢測區(qū)域內(nèi)構(gòu)建覆蓋范圍較廣的無線網(wǎng)絡(luò)，并實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交互[9]。此外，本地控制臺通過遠程控制終端和硬件防火墻將運維網(wǎng)與機器人專用網(wǎng)絡(luò)連接起來，構(gòu)建全面、系統(tǒng)的智能巡檢機器人應(yīng)用系統(tǒng)框架，在實際應(yīng)用過程中能夠起到很大的作用。

4.2 智能巡檢機器人無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施

根據(jù)變電站實際區(qū)域大小和正常情況下無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，可以將無線電網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍設(shè)置一個或多個接入點。同時，智能控制系統(tǒng)將工業(yè)無線接入方式變?yōu)榭蛻舳私尤?，從而使機器人連接網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)設(shè)備可以直接通過客戶端與現(xiàn)場無線網(wǎng)進行連接。此外，應(yīng)用無縫漫游網(wǎng)絡(luò)功能，將巡邏工作中的智能機器人多個接入點組合為無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使巡檢機器人的移動不再受網(wǎng)絡(luò)切換的影響和限制[10]。

4.3 智能巡檢機器人系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

智能巡檢機器人容易受到運動控制與導(dǎo)航對接等因素的影響，難以實現(xiàn)高效的目標(biāo)瞄準(zhǔn)。將巡檢機器人與位置控制系統(tǒng)相融合，并使用模式識別系統(tǒng)進行操作計算，將目標(biāo)分離，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。這樣能夠充分保證監(jiān)控數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與應(yīng)用性，為設(shè)備實際運行提供有力的數(shù)據(jù)支持與信息來源。

4.4 三維電子地圖

智能巡檢系統(tǒng)在實際應(yīng)用中需要其他科技手段提高其性能與相關(guān)操作。例如，使用三維電子地圖構(gòu)建虛擬變電站仿真模型，可以幫助解決二維地圖使用過程中存在的缺陷，以實現(xiàn)巡邏地點的精準(zhǔn)定位。變電站三維電子地圖應(yīng)用方法與流程如圖2 所示。

圖2 變電站三維電子地圖應(yīng)用方法與流程

4.5 智能巡檢機器人的網(wǎng)絡(luò)安全防護

智能巡檢系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性非常重要，關(guān)系到變電站的正常平穩(wěn)運行與實際應(yīng)用。由于機器人采用無線網(wǎng)絡(luò)連接，無法實現(xiàn)物理阻斷，出現(xiàn)故障問題時無法有效切斷網(wǎng)絡(luò)傳輸。為確保巡檢機器人系統(tǒng)在受到損傷或其他情況下依能保證網(wǎng)絡(luò)安全，需要設(shè)計一個專用的機器人安全系統(tǒng)。對此，本地控制終端的無線接入點可采用WPA2 安全模式，確保無線網(wǎng)絡(luò)在平穩(wěn)運行狀態(tài)下的安全性。同時，本地控制端使用路由器能防范來自網(wǎng)絡(luò)上的系統(tǒng)侵入攻擊，提供攻擊防范技術(shù)手段，內(nèi)置的高性能防火墻可以防范并阻止大部分網(wǎng)絡(luò)攻擊，從而保障本地控制端的安全。

本地服務(wù)后臺通過嵌入式子系統(tǒng)交互也受到防火墻保護，對不符合相關(guān)協(xié)議的數(shù)據(jù)信息加以阻斷隔離，使攻擊者即便采用改變IP 地址等方式也不能通過防火墻安全驗證，從而進行高效保護。服務(wù)站后臺與本地控制端還通過與硬件防火墻連接，對網(wǎng)絡(luò)通信安全進行進一步防護。當(dāng)智能巡檢機器人在網(wǎng)絡(luò)交互中檢測到異常時，遠程集中控制終端與本地控制終端會同時收到信息，并迅速彈出窗口進行報警。

5 結(jié) 論

變電站電力系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，給工作人員的相關(guān)工作帶來較大的挑戰(zhàn)，采用更科學(xué)有效的方式強化巡檢任務(wù)刻不容緩。智能巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效優(yōu)化當(dāng)前變電站巡檢任務(wù)，通過現(xiàn)代技術(shù)進行詳細檢測與分析控制，最大限度減少人力與物力成本，使變電站巡檢更加標(biāo)準(zhǔn)化、具體化、智能化。