基于多終端協同模式的變電站智能巡檢體系建設制約條件及對策分析

廣東電網有限責任公司梅州供電局 謝昭暉 鐘嘉榮 江偉奇

目前，電力公司仍主要采用傳統的人工巡檢方式，即利用人的看、聽、聞等感知手段，對電力設備運行狀態進行巡視、查驗和記錄，此種方式存在著人力成本高、巡檢手段單一、巡檢數據主觀性強、效率低、容易漏檢錯檢等問題，逐漸無法滿足準確、實時、高頻率的電力設備巡檢需求[1]。某電網公司在變電巡檢領域，主要向基于多智能終端協同巡檢的模式轉型，工作實施以來，已在新型智能裝備應用與技術研究、智能專業應用平臺搭建、生產管理模式優化和標準體系建設等方面取得顯著進展，但仍存在部分制約條件。

1 基于多終端協同的變電站智能巡檢體系

1.1 體系建設概述

基于多終端協同模式的變電站智能巡檢體系，主要是指通過攝像頭、無人機、機器人和設備在線監測裝置等智能巡檢終端及其系統應用，借助數字孿生、智能傳感測量、智能網關、人工智能等先進數字技術，實現對變電站內設備及環境的狀態實時感知、數據實時分析、故障提前預測、支持安防決策等功能，并最終達到日常巡視無人化、現場操作無人化和安全管理智能化的目標。

以某供電局為例，2023年該供電局在市局和區縣局層面先后成立指揮中心，統籌全市智能作業和生產監控工作。依托無人機傾斜攝影和激光建模技術，該供電局完成了對全市戶外非禁飛區變電站的數字建模工作，并在此基礎上實現了無人機自動巡檢的全覆蓋。目前，上述變電站均已實現無人機自動巡檢單軌運行，戶外設備的絕大部分巡視項目均已完成智能替代，人工巡視周期得到延長。

1.2 智能終端應用現狀

構成該體系的智能設備終端及系統主要有：無人機巡檢系統、機器人巡檢系統、設備在線監測系統和智能網關等。

1.2.1 無人機巡檢系統

無人機巡檢系統主要由機巢、無人機和交換機等網絡通訊設備組成。由于無人機在精準定位、巡視角度和紅外任務掛載等方面的優勢，因此在現階段的多終端協同巡檢體系中，無人機巡檢系統是重點建設內容。

1.2.2 機器人巡檢系統

相比于無人機，巡檢機器人被更早應用于變電站巡檢，其型式也更多樣化，既有傳統的輪式和履帶式機器人，也有機器狗、軌道式機器人。目前，輪式、履帶式機器人和機器狗主要用于戶外變電設備的巡檢，而軌道式多用于高壓室、繼保室等室內變電設備的巡檢中。

1.2.3 設備在線監測系統

設備在線監測系統主要包括：主變油色譜在線監測系統、GIS 局部放電在線監測系統、開關柜在線測溫系統等，其主要用于對變電設備重要參數和工況的實時在線監測。

1.3 平臺應用

1.3.1 生產監控指揮平臺

生產監控指揮平臺用于匯集各類智能終端采集的設備信息參數和變電站內環境監測數據等，可實現對變電站內設備、作業情況和周邊環境的實時感知和監控。

1.3.2 智能終端集控平臺

智能終端集控平臺主要用于對變電站內的無人機、機器人和攝像頭等智能終端實現遠程監視和控制，并對智能終端進行巡檢作業后的數據進行采集和分析。

2 制約條件分析

目前，變電站智能巡檢技術的發展已跨過早期巡檢設備少、功能單一等技術門檻，尤其是無人機、5G、WAPI 技術的發展，正推動變電站無人巡檢往多智能終端協同的方向發展，但該巡檢體系的建設也面臨著諸多制約條件。

2.1 傳統變電站設計未充分考慮智能巡檢作業特性

當前，變電站的設計與設備選型布局并未充分考慮智能巡檢設備的作業特點。一是設備間隔過于密集，不利于無人機、機器人等進行巡檢作業。以南方電網35kV 智能變電站標準設計為例，35kV 斷路器與隔離開關中線距離為2.5m，而目前《廣東電網變電專業無人機巡檢航線規劃指引》中規定，無人機航線與35kV 設備帶電部位安全距離不小于1.2m，而考慮到斷路器與隔離開關的機構箱等突出部件，無人機無法安全進入兩設備間進行巡檢作業。

二是表計類設備存在巡視死角。如圖1所示為傳統變電設備的表計安裝位置一般位于狹窄或封閉空間，比如斷路器動作計數器、斷路器儲能指示器和避雷器泄漏電流監測儀等，這類表計出于防護或方便人工巡視等原因，一般都安裝在機構箱內部或朝下安裝，對無人機等智能設備存在巡視死角，無法監測。

圖1 避雷器泄漏電流監測儀存在巡視死角

2.2 設備狀態與環境變化的實時感知能力不足

目前，無人機、機器人等智能巡檢終端已實現遠程作業，相比于現場巡視，遠程作業對設備狀態和周邊環境的實時感知能力是短板。一是設備在線監測裝置普及率較低。以某供電局為例，全市共有35kV 及以上變電站140余座，在運主變壓器260余臺，各類在線監測設備配置情況見表1。由表1可知，目前該局變電設備在線監測裝置種類較單一、數量較低。

表1 某供電局在線監測裝置配置情況

二是對現場作業環境的感知度不足。如圖2所示，目前變電站內設備和周邊環境變化是造成無人機巡視作業時發生墜機事件的主要原因。受限于人力和時間成本，當變電站內設備或周邊環境發生變化時，用于安全校驗的點云模型無法做到及時更新同步。同時，隨著智能終端巡檢作業的增加，不同專業班組間也存在交叉作業的風險。上述情況對站內的設備和人身安全存在較大的安全隱患。

圖2 線路改造后導致無人機墜機

2.3 圖像識別技術亟待發展

在變電智能巡檢圖像識別領域，某電網公司明確了紅外檢測、表計讀數、外觀缺陷、隱患排查、狀態檢測和人員行為六大類算法開發目標，截至目前已完成4大類19種算法的開發部署工作，其中紅外檢測算法7種、表計讀數識別算法6種、外觀缺陷識別算法4種、隱患排查2種。已部署算法在實際應用中的準確率有待提高，主要問題表現為：算法種類不足、識別準確度和精度不高等，如圖3所示的算法誤將車輪識別為表計。在現階段的實際應用中，變電領域圖像識別技術并未很好地起到減輕人工識別負擔的作用。

圖3 誤將車輪識別為表計

2.4 缺乏集成平臺，各終端之間協同聯動能力不足

由于各終端設備發展迭代情況不一，因此不同終端往往有各自一套應用平臺。以某供電局為例，目前該供電局在智能巡檢領域所使用的平臺主要有：視頻監控平臺、生產監控指揮平臺、無人機及機器人遠程巡檢作業系統、無人機航線規劃系統和電網管理平臺、智慧安監系統等。雖然各系統的功能正在不斷完善和集成，但不同系統間的數據共享共用通道尚未打通，設備、系統間的相互觸發與聯動作業能力較低，限制了多終端協同的能力。

3 解決對策

針對上述制約多終端協同巡檢體系建設的不利條件，提出下列解決對策。

3.1 積極推動相關標準規范更新迭代

針對傳統變電站設計未充分考慮智能終端作業特點的問題，應積極開展基于多終端協同模式下的變電站智能巡檢作業特點的研究論證工作，進而推動變電站典型設計、設備選型和各類技術規范、管理標準的迭代更新。2023年，某電網公司成立變電智能巡檢技術攻堅團隊，圍繞智能巡檢體系建設、智能終端深化應用、系統平臺搭建、關鍵技術研究攻關等方面開展工作。目前，公司內部已組織開展無人機安全作業距離、變電站無人機碰撞試驗[2]和紅外測溫精度試驗等理論研究和試驗工作，并根據試驗數據對相關技術標準進行了修編完善。

3.2 提升在線監測裝置普及應用水平

在智能化電網的建設發展中，輸變電設備的監測技術是較為重要的內容，也是提升智能化電網運行質量與運行效率的關鍵[3]。一是要通過安裝數字表計、巡視攝像頭等在線監測終端，實現對現有巡視死角的覆蓋。二是要加大力度提升在線監測裝置的普及率及應用水平。三是要加強在線監測裝置的管理，在線監測系統投入運行后，必須編寫相關運行規程，將其納入生產設備日常管理，規范其儲存、使用、通信、數據分析和維護等管理制度[4]。

3.3 加強關鍵技術攻關

加強圖像識別、作業安防等關鍵技術的開發攻關。針對現階段變電設備圖像識別算法準確率較低等問題，應面向基層運維單位廣泛收集補充樣本數據，梳理業務邏輯，評估算法效果，開展算法測試，以業務為牽引，使算法更貼合業務場景，確保算法在實際應用中的穩定性和可靠性。同時，面對新作業模態，應加強作業安防方面的技術攻關，確保智能終端作業現場的設備及人員安全。

3.4 推進數字化轉型，釋放數據潛力

一是要加強系統間聯動能力，在系統應用層面，應加快構建基于多終端協同巡檢模式的集成平臺應用，打通各類智能終端之間的信息堵點。二是充分利用現有數據資源，通過數字化手段輔助智能巡檢體系，釋放數據潛力。2024年1月，某供電局生產領域數字員工“客小生”正式上線，通過定時采集、比對各業務平臺數據，先后承擔起供電質量分析、作業計劃監督、缺陷閉環跟進等任務，使數據巡視流程轉向自動化，線上監盤工作化繁為簡，數據價值得到最大化，極大減輕了生產指揮人員工作負擔。

本文主要研究了國內電力系統變電智能巡檢領域的相關技術發展，以及國內供電企業在變電運維體系建設方面的最新成果，通過對現有技術裝備、平臺應用和運維經驗的分析總結，形成基于多終端協同模式下的變電智能巡檢體系的整體認識和制約性條件分析。目前，基于多終端協同模式的變電智能巡檢體系正處在建設初期，變電智能巡視正加快對傳統人工巡視的替代，本文通過分析現階段基于多終端協同模式的變電智能巡檢體系建設面臨的制約條件，同時提出相應的解決對策，旨在為下一階段的變電智能巡檢體系建設和數字化轉型提供參考經驗和理論依據。