國網(wǎng)溫州供電公司 鄭 克 徐繼要 許雅婧 張照坤 王 建

變電站人工巡檢模式存在人員技能水平參差不齊、漏檢、誤檢、惡劣環(huán)境等因素導致不能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷而發(fā)生故障[1]。隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展，變電站規(guī)模不斷擴大，依靠人工巡檢模式一是工作量大；二是效率不高；三是存在較高安全隱患，已不滿足當前發(fā)展的需求。隨后，逐漸形成了半自動化、自動化、智能化的巡檢模式[2-3]。在電網(wǎng)建設(shè)“十三五”規(guī)劃中提出變電站向智能化發(fā)展，機器人、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)與變電站運維工作得到有機結(jié)合并普遍運用[4]，如物聯(lián)網(wǎng)在變電站在線監(jiān)測、繼電保護等方面的運用；變電站室內(nèi)、外機器人巡檢、無人機巡檢、變電站立體智能巡檢[5-8]，單一的某種巡檢模式由于各系統(tǒng)間存在信息孤島現(xiàn)象、機器人與無人機活動范圍受限不能全面覆蓋、系統(tǒng)信息交換不足等缺點，不能全面反映變電站的運行狀況。在2019年國家電網(wǎng)提出變電站智能聯(lián)合巡檢的概念，以真正實現(xiàn)變電站例行和特殊情況下的無人化、自動化巡檢。

文中以220kV磐石變電站為例，開發(fā)出以巡檢機器人、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無人機巡檢等智能感知設(shè)備為一體的聯(lián)合巡檢平臺，通過四足機器人、巡檢機器人、視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)變電站設(shè)備的可視化管控，用無人機補充高空巡視不足的短板，實現(xiàn)該變電站的安全高效運行。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 視頻監(jiān)控技術(shù)

采用紅外雙光卡片式攝像機對變電站中重要電氣設(shè)備進行全天候?qū)崟r溫度監(jiān)測，探測其溫度的變化，實現(xiàn)精準測溫。若發(fā)現(xiàn)溫度異常時進行報警提醒，協(xié)助運維人員快速定位異常點，及時處理，減少安全隱患。

采用智能半球型網(wǎng)絡(luò)攝像機，基于以太網(wǎng)控制，實現(xiàn)圖像壓縮，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給不同用戶；基于NAS集中存儲，方便數(shù)據(jù)的存儲及調(diào)用。具有雙向語言對講功能，進、出區(qū)域偵測并報警功能，適用環(huán)境廣闊。

采用熱成像雙光譜網(wǎng)絡(luò)智能球形攝像機，不受光線影響，實現(xiàn)全天24小時監(jiān)控。擁有Smart跟蹤、偵測、錄像、圖像增強、報警等功能；可實現(xiàn)智能煙火檢測；測溫范圍廣、精度高。

1.2 機器人巡檢技術(shù)

1.2.1 室外機器人

室外機器人為智能無軌行走式機器人，如圖1所示通過搭載紅外熱像儀、可見光高清攝像機、交互式實時對講平臺、光電停障系統(tǒng)等實現(xiàn)如下功能：視頻圖像采集、儲存記憶并遠傳；對站內(nèi)設(shè)備進行紅外測溫并進行分析判斷；識別開關(guān)分合閘位置、識別表計讀數(shù)并記錄作出判別，超出規(guī)定值報警；對設(shè)備運行噪聲進行采集、遠傳，供后期樣本聲音數(shù)據(jù)比較及分析用；通過預設(shè)低電量報警自動檢測并停止工作到預設(shè)地點充電；探測障礙物防誤撞擊；針對復雜問題站內(nèi)人員可與專家遠程語音、視頻對講交流。

圖1 室外機器人

1.2.2 室內(nèi)機器人

室內(nèi)機器人分為輪式和掛軌式機械伸縮臂機器人，如圖2所示。通過搭載可見光高清攝像機、紅外熱像儀、氣體傳感器等實現(xiàn)如下功能：全自助巡檢和遙控巡檢；視頻圖像采集、儲存記憶并遠傳；對內(nèi)設(shè)備進行紅外測溫并進行分析判斷；對繼電器狀態(tài)、信號燈顏色進行識別，識別表計讀數(shù)并記錄作出判別；通過二維碼導航、軌道+光電導航方式按預先設(shè)定導航路線行走和?？?；通過預設(shè)低電量報警自動檢測并停止工作到預設(shè)地點充電；測量室內(nèi)SF6、O3氣體濃度并檢測識別后將數(shù)據(jù)上傳至后臺。針對復雜問題站內(nèi)人員可與專家遠程語音、視頻對講交流。

圖2 室內(nèi)機器人

1.3 四足機器人巡檢技術(shù)

四腳機器人結(jié)構(gòu)如圖3所示。主控模塊采用嵌入式工控機PICO-WHU4智能感知模塊，搭載激光雷達、紅外熱像儀與高清攝像頭，通過工業(yè)交換機與無線AC客戶端接入無線網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)如下功能：現(xiàn)場環(huán)境360°視頻圖像的采集，根據(jù)工作人員的需要將圖像信息經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)傳回主控室，并自動記錄拍攝地點和設(shè)備名稱，以備工作人員日后能查詢完整的信息；對站內(nèi)設(shè)備進行溫度檢測，實時顯示影像中溫度最高點區(qū)域及溫度值，按照要求對電流致熱型缺陷或故障進行自動分析判斷，并提出預警；完成常規(guī)及特殊巡檢；當變電站內(nèi)發(fā)生設(shè)備起火、設(shè)備爆炸、SF6氣體泄漏等突發(fā)事件時，協(xié)助值班員完成應(yīng)急事故處理；配備夜間照明設(shè)備和雨刷器，實現(xiàn)夜間和雨天巡檢功能。

圖3 四足機器人本體結(jié)構(gòu)

1.4 無人機巡檢技術(shù)

變電站采用無人機巡檢目前已運用普遍，針對該變電站設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜、分布密集的特點，選擇小型大疆御2進階版多旋翼無人機進行變電站巡檢。該無人機智能巡檢系統(tǒng)無人機技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、自動化控制技術(shù)、圖像分析技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)等其他先進技術(shù)于一體的智能巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)不依賴于現(xiàn)場人工操作，即可完成無人機自動巡檢任務(wù)。操作人員可遠程設(shè)定作業(yè)任務(wù)并下發(fā)，固定機場接收到遠程下發(fā)的任務(wù)后，將派出無人機作業(yè)，固定機場將全自動化地完成起飛、巡檢、降落、回收、充電、數(shù)據(jù)上傳等操作步驟，全程無須現(xiàn)場人員參與。

2 平臺框架的構(gòu)建

綜合上述關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備實現(xiàn)的功能，提出以巡檢服務(wù)器、四足機器人、巡檢機器人、視頻監(jiān)控、三維主機為主體的變電站聯(lián)合巡檢方案。基于四足機器人、巡檢機器人和視頻監(jiān)控系統(tǒng)依靠系統(tǒng)內(nèi)智能識別算法開展室內(nèi)外設(shè)備聯(lián)合巡檢。同時具備對外接口，支持以IEC104規(guī)約與第三方系統(tǒng)對接。無人機系統(tǒng)由于變電站精確定位需連到因特網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)暫時獨立運行。軟件功能模塊包含安全中心、數(shù)據(jù)中心、任務(wù)中心、配置管理、臺賬管理、統(tǒng)計中心、監(jiān)控中心，根據(jù)巡檢業(yè)務(wù)需要形成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、任務(wù)管理、巡視監(jiān)控、巡視結(jié)果確認、巡視結(jié)果分析、智能聯(lián)動、臺賬管理、配置管理九大功能模塊。系統(tǒng)內(nèi)包設(shè)置圖像識別算法，實現(xiàn)表計讀數(shù)、開關(guān)類設(shè)備位置指示以及壓板、空開、把手、指示燈等設(shè)備狀態(tài)智能識別；實現(xiàn)鳥窩、風飄物、箱門未關(guān)、未穿工裝、未戴安全帽等缺陷類與安全風險類識別；同時，系統(tǒng)支持對接聲紋識別、氣體分析等各種智能算法，擴展系統(tǒng)智能分析能力，接入三維實景主機后，可實現(xiàn)巡視作業(yè)可視化。

3 工程運用

2021年9月，220kV磐石變電站智能聯(lián)合巡檢平臺搭建完成，變電站內(nèi)布置多個紅外雙光卡片式攝像機和智能半球型網(wǎng)絡(luò)攝像機、室外巡檢機器人、四足機器人、每個配電室各配置一臺輪式和掛軌式機械伸縮臂機器人、一臺無人機，實現(xiàn)站內(nèi)巡檢點全面覆蓋。通過機器人和視頻監(jiān)視手段，每周自主開展一次變電站設(shè)備巡視及紅外檢測。采用激光點云掃描、實景三維重構(gòu)、圖像識別等技術(shù)，實現(xiàn)表計數(shù)據(jù)自動抄錄、開關(guān)（壓板）狀態(tài)自動判別及異常報警功能。對全站4816個巡檢點平均巡檢耗時進行統(tǒng)計，如表1所示，從表中可以看出：站內(nèi)各區(qū)域巡檢效率之高，完成單個巡檢點耗時僅需幾秒時間，減少了巡視時間；從歷史表計采集數(shù)據(jù)來看，數(shù)據(jù)采集精準，幾乎不存在誤差；從歷史事件記錄來看，設(shè)備缺陷、安全風險、狀態(tài)識別準確無誤。

表1 站內(nèi)巡檢點耗時統(tǒng)計

4 結(jié)語

文中通過闡述視頻監(jiān)控、機器人、無人機巡檢技術(shù)功能，通過搭載智能設(shè)備實現(xiàn)設(shè)備感知，采用紅外成像、激光雷達、圖像識別等技術(shù)實現(xiàn)聯(lián)合巡檢、智能識別、綜合判斷等功能，搭建了220kV變電站智能聯(lián)合巡檢平臺，并在220kV磐石變電站中得到成功運用，巡視效率高，實現(xiàn)了無人化、智能化的巡檢模式。