變電站智能巡視技術研究

南京國電南自軟件工程有限公司 管曉靜

改革開放以來，我國各個行業在市場化方面都得到不斷推進，從而使供電企業從單一生產型企業進行轉型，而人們對于供電安全性、用電質量等要求也在不斷提高。為了使變電站得到有效管理，促進變電站經濟效益得到提升，要使其能夠在市場中具有更強的競爭力，就需要使其具有更多功能。由此是在變電站運行過程中，對于其安全可靠性提出了更高的要求。因此，在電力企業當中，就需要做好對變電站的巡視，而針對變電所智能化巡檢技術的研究，也就極具現實價值。

1 研究變電站智能巡視技術的意義

隨著我國改革的不斷深入，數字經濟得到不斷發展，從而對于環境管理的要求也在不斷加強，各個國家的能源政策在不斷優化，電網和電力市場以及用戶之間的關系變得更加密切。用戶對電能質量需求的不斷增長，使得傳統電網很難再適應這種需求。為了使傳統的電力系統得到更好地發展，智能電網被提上了議事日程。當前，世界各國對智能電網尚無統一的概念，但普遍認為，基于物理電網，是與現代先進的一些技術相融合，從而形成了“智能電網”。變電站智能化已成為電力系統的發展方向。而對變電站運行進行巡視是重要內容，其能有效檢查設備運行狀況，從而保障設備運行的安全性。現階段，還有許多變電站并未實施統一管理，同時在巡視中還存在許多問題。第一，沒有為每一座變電站的特定裝置制訂詳細的巡視檢查標準和作業規程。其次，各分站之間缺少對設備進行測試和更換的工作及信息管理。第二，在日常巡查、專項巡查、夜間巡查的管理方面，很難確保巡查值班人員真正到崗，按照規范進行作業。第三，不方便管理人員直觀地、及時地管理變電站的運行狀況以及巡視檢查的狀況。第四，紙面記錄所采集到的數據信息缺乏一定的統計查詢功能，無法實現對每一臺設備運行情況的自動統計，從而為維修工作提供支持[1]。我國智能電網得到一定發展的同時，日常巡視中也逐漸暴露出一些問題，高效收集巡視的相關數據，并對其進行統計與分析，才能在一定時間內對故障進行排除，從而避免設備出現安全問題。

2 應用變電站智能巡檢設備的必要性

傳統的變電站巡檢，多采用人工方法，即靠員工的經驗，對自身工作情況進行判斷。這種方法能夠取得一定成果，但仍有工作強度大、巡查質量分散、巡查手段單一、巡查效率低等不足，且巡查時，容易因個人因素產生誤差，從而導致巡檢結果不準確，使得準確數據無法第一時間發送至MIS。此外，在日常巡檢、專項巡檢和夜間巡檢管理中，傳統巡檢很難確保巡檢人員真正到位，按照規范作業。現階段由于無人值班模式的普及，在一定程度上使巡視人員的工作量加大，從而無法保障巡視準確率[2]。

為了確保人們用電的需要，在變電站中進行巡檢，必須采用智能化的巡檢裝置。通過地面巡視和空中巡視，減少變電站維修人員的工作負擔，實現無人值守、少人值守背景下，對變電設備進行巡視檢測，從而能夠及時發現設備中存在的問題，并自動進行報警，切實做到減少人工費用，增強巡視效果的作用，并能夠促進變電站在無人值守的情況下得到更好發展。

3 簡析變電站智能巡視系統設計的方法

第一，在變電站當中，為了加強巡視的安全性，可以通過設計智能巡視系統的方式，來給人們提供一個安全、便捷的巡視平臺。智能巡視系統主要是由手持式智能監視器所組成的[3]。這個裝備可以使人工巡視、帶電檢測等，朝著智能化方向進行發展，并且智能巡視系統還可以和PMS2.0進行信息傳遞，并與RFID 技術進行銜接，以此使帶電檢測的效率得到有效提升。

第二，智能巡視系統還可以利用無線網絡，將監測數據傳遞到智能云檢測系統當中，以此來實現全自動輸入，避免人工輸入的錯誤。智能巡視系統內置的標準數據記錄模板，還可以與紅外鏡頭進行結合，以此推動紅外成像設備向小型化轉變。

第三，設計智能巡視系統平臺主要是采用 B/S結構，通過在WEB 平臺上建立數據庫，來進行數據的存儲，并通過網絡操作系統和開發等相關工具編制，向巡視設備傳遞巡視任務，再由巡視人員將巡視結果傳遞至平臺管理系統當中，從而幫助管理人員做好數據分析工作，進而對變電設備是否存在隱患進行判斷，以此來提高設備的運行管理質量，同時也能避免出現巡檢不到位的問題。巡視系統還能促進巡視管理的規范化、科學化，并確保巡視制度得到落實，保障巡視任務能夠有效進行，從而提高巡視數據的真實性。

第四，將巡視工作劃入到設備管理過程中，能夠實現無紙化管理，從而確保與其他部門的信息共享。如圖1所示，為智能巡視過程。

圖1 智能巡視過程圖

4 變電站智能巡視技術研究

4.1 紅外熱圖像處理技術

變電站的設備在運行時，會引起一些參數的變化，如負荷的變化、設備的壓力的變化等[4]。很多時候，人工巡視設備是否發生故障，都是依據設備的工作狀態來判斷的，一般是觀察設備工作時的溫度。而智能巡視技術應用在變電站時，就需要將設備作為巡視工具，利用紅外熱圖像處理技術，來監測設備溫度的特征，其反應信息主要是以溫度分布熱成像圖來進行體現。

同時，該設備可以將熱成像圖上傳至管理平臺，從而讓相關人員將收集到的信息，進行針對化分析，進而對設備是否存在故障進行準確判斷。由于變電站內的環境比較復雜，巡檢設備很可能會受外界噪聲的影響，進而影響到測試的精度。因此，要獲得精確的巡檢數據，必須消除外界的干擾，使儀器不受外界因素的影響，從而提高溫度測量的精度。

第一，可將便攜式攝像機用于智能巡視裝置[5]。CCD 傳感器用于獲取野外巡邏信息，并對其進行適當的處理，而采用平滑、增強的方式對紅外圖像進行消除噪聲處理，使其能夠更加清晰，便于識別。

第二，對于已經進行了以上處理的紅外圖像進行分段、濾波處理，并對其進行分割，根據分割后的圖像特征，對其進行相應的分類，并對其進行分析，進而對熱成像圖中的缺陷部位進行分析，使其在發送定位信息的同時，也能使警報信號一同被發送出去。

第三，需要對突發的事故進行保存并匯總，將其存入后臺數據庫之中。一般情況下，所得到的紅外熱圖像信息并不能直接用于實際，而是要進一步處理。例如，可以將混沌神經網絡應用于關聯圖像的融合與運算中，最大限度地發揮其作用。圖2所示為紅外熱圖像圖。

圖2 紅外熱圖像圖

4.2 視覺導航技術

視覺導航是指變電站的巡檢設備按照規劃好的路線，使用隨身攜帶的CCD 攝像機，對其進行巡邏拍照，并提取道路圖像，對巡邏路線進行識別，從而能夠根據規劃好的路徑來完成巡視。由此，在該技術使用過程中，其實時性、穩定性是極為重要的，所以利用模糊邏輯來輔助視覺導航，由此在光線較強的前提下，就能獲得良好的巡視結果。第一，在已有的檢測路徑上布設導向線，通過CCD 獲取檢測路徑上的視頻圖像，對檢測路徑進行預處理和圖像色彩分割。第二，利用形態學濾波對圖像進行消噪，并利用B 樣條曲進行擬合，從而得到引導線。第三，利用模糊控制方法，能夠實現對導向線條的自動追蹤，同時還可以根據視覺導航出現的參數變化，及時調整航線，以導引線作為巡視路徑，沿預定路徑完成機器人的巡視任務。

4.3 路徑規劃技術

根據巡視設備的規劃目標，可以將路徑規劃分為兩個模式，即全局、局部。在全局規劃中，巡視設備需要根據任務信息，來選擇最佳的路徑，如路線最短、不需要爬坡等。局部規劃是在全局路線規劃的基礎上，對巡視環境中的數據進行全面分析，并向巡視設備傳遞命令信息，使巡視設備上的攝像裝置能夠按照命令行駛。

4.4 無人機巡檢技術

第一，無人駕駛飛機。搭載了移動照相機、驅鳥裝置、紅外線成像裝置等，其核心部件包括馬達、飛行控制模塊、電子調制器、動力電池、全球定位系統模塊、慣性測量器、云臺等。

第二，地面站。其與無人機進行通信，以保證飛行按照規定的軌道和特定的時刻進行。利用地面接收站的有關軟件，設計出一套詳細的無人機飛行路線圖，然后將其與飛行模塊、GPS 模塊和慣導模塊進行組合，確定飛行路線。

第三，便攜式攝像機。其主要工作是檢測與變電所配置的內部斷路器，隔離開關等對應的開關位置，以及設備的實際運行狀況。該便攜式攝像機有1200萬像素，傳輸速度為30Mb/s，并采用AV 接口來傳送數據。

第四，紅外線成像器是利用紅外成像的變壓器進行工作，從設備溫度，來判斷設備絕緣、導電等狀態。一般采用制冷型紅外線成像儀，溫度范圍從-40℃～550℃，數據傳送端口使用USB接口。

第五，驅鳥裝置，主要是將停在變電所內的鳥兒趕走，以防止鳥窩和不同種類的鳥兒造成短路。可以使用多種方式的驅鳥機，一般有聲光和超聲兩種方式。通過一個轉換開關，可以在驅動方式上進行轉換。用1.5V 的干電池作為驅鳥裝置，通過支撐裝置將驅鳥裝置固定在無人機的機架上。

5 結語

總言之，智能巡視設備和傳統人工巡視方式相比，智能巡視設備具有更強的靈活性，其還能減少巡查人員的工作量，并實現數據無紙化和信息化，還可以針對可能存在的安全隱患在第一時間進行處理。從某種意義上講，通過運用智能巡檢系統，其可以更好地保證安全，保障巡檢的準確及有效，以防止意外的發生，還可以防止人為因素造成的影響，從而實現變電所運維一體化。還能加強巡視的客觀與強制性，及時將故障排除，以此確保設備的安全與可靠，促進整個電力行業得到進一步提升。所以，相關部門需要加強對智能巡檢的關注度，通過研究其技術，提高巡視的質量，促進巡視設備得到更好地發展。