劉鑫 郝韓兵 汪太平

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽合肥 231100）

0.引言

“十三五”期間，國家電網(wǎng)公司進(jìn)一步推進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)，越來越多的智能變電站正在投入運(yùn)行，原有的常規(guī)變電站也在加大智能化改造力度。變電站數(shù)量的激增，使變電運(yùn)維人員承擔(dān)的操作、巡視工作強(qiáng)度也在增加，長(zhǎng)時(shí)間繁重的視覺工作會(huì)導(dǎo)致工作人員精神狀態(tài)疲乏，致使工作產(chǎn)生失誤。此外，巡檢質(zhì)量也受到工作人員主觀經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心的影響，常常導(dǎo)致漏檢、誤檢情況的發(fā)生，甚至有些工作人員為了減少工作量，在未進(jìn)行巡視的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)偽造[1]。

隨著智能化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，變電站實(shí)施并應(yīng)用了許多與傳統(tǒng)變電站不同的運(yùn)維技術(shù)，如高清攝像頭巡檢技術(shù)等，這些新技術(shù)在降低變電站運(yùn)維成本和運(yùn)維人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高運(yùn)維管理的智能化水平上發(fā)揮了重要作用，為智能站提供了更新穎有效的技術(shù)檢測(cè)方法，保證了智能站的安全[2-3]。但由于變電站巡檢環(huán)境復(fù)雜多樣，存在無法實(shí)時(shí)獲取變電設(shè)備全面的狀態(tài)信息，并且運(yùn)行人員在分析復(fù)雜設(shè)備故障信息時(shí)，需要逐一梳理相關(guān)信息并利用專業(yè)知識(shí)作出判斷，不能確判別結(jié)果的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致事故發(fā)生無法預(yù)判并及時(shí)進(jìn)行處理。

本文圍繞變電站設(shè)備圖像識(shí)別算法進(jìn)行研究，打造基于圖像識(shí)別的變電站智能巡視平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備多種狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境以及人員異常行為監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)變電站無人狀態(tài)巡視。

1.智能巡視概述

1.1 總體思路

運(yùn)用人工智能、大數(shù)據(jù)分析和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，構(gòu)建基于圖像識(shí)別的變電站智能巡視平臺(tái)，利用高清攝像機(jī)完成變電站設(shè)備全覆蓋巡檢，實(shí)現(xiàn)正常巡視、專線巡視、特殊巡視和全面巡視替代。同步拓展視頻智能識(shí)別技術(shù)，完成對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)和人員狀態(tài)等智能管控，實(shí)現(xiàn)變電站的無人值守和智能化改造，以及降低變電站內(nèi)工作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 圖像識(shí)別原理

圖像識(shí)別前提是通過標(biāo)準(zhǔn)圖像獲取典型圖像數(shù)據(jù)庫和圖像的高維向量集，具體流程為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)圖像通過視覺辨別實(shí)現(xiàn)前景分離，對(duì)分離后的圖像進(jìn)行圖像處理得到可辨別圖像，可辨別圖像一方面經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮形成典型圖像數(shù)據(jù)庫，另一方面經(jīng)過特征提取和無監(jiān)督神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類得到高維向量集。圖像識(shí)別原理如圖1所示。平臺(tái)圖像識(shí)別流程如下：

圖1 圖像識(shí)別原理

步驟1：通過高清攝像頭對(duì)變電站中設(shè)備、環(huán)境和人員信息進(jìn)行視頻及圖片信息采集；

步驟2：將待分析圖像經(jīng)過視覺辨識(shí)、圖像處理、特征提取獲取待分析圖像的特征向量集；

步驟3：將待分析圖像特征向量集與標(biāo)準(zhǔn)圖像的高維向量集進(jìn)行對(duì)比判斷。如果狀態(tài)評(píng)估異常則進(jìn)行預(yù)警并提高圖像采集頻率，同時(shí)返回步驟1；如果狀態(tài)正常則分析下一幀圖像。

2.智能巡視平臺(tái)

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

依據(jù)變電站巡視需求，對(duì)平臺(tái)相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于圖像識(shí)別的變電站智能巡視平臺(tái)。平臺(tái)利用變電站部署的高清攝像頭為基礎(chǔ)建立全面巡視體系，實(shí)現(xiàn)智能巡視、智能安監(jiān)、變電事故預(yù)警、智能聯(lián)動(dòng)功能。

平臺(tái)架構(gòu)由接入層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)業(yè)務(wù)層3部分構(gòu)成。接入層主要負(fù)責(zé)變電站現(xiàn)場(chǎng)攝像頭接入；數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)分析及計(jì)算工作；展示層負(fù)責(zé)信息展示及異常告警等功能展現(xiàn)。如圖2所示。

圖2 平臺(tái)架構(gòu)

2.2 平臺(tái)功能

基于圖像識(shí)別的變電站智能巡視平臺(tái)包含智能巡視、智能安監(jiān)、變電事故預(yù)警、智能聯(lián)動(dòng)等功能，如圖3所示。通過高清攝像頭采集變電站巡視圖像對(duì)變電站設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、人員狀態(tài)進(jìn)行全面感知，有異常時(shí)智能聯(lián)動(dòng)，對(duì)采集的圖像進(jìn)行綜合診斷與分析，分析結(jié)果和報(bào)告進(jìn)行綜合展示。

圖3 平臺(tái)功能

2.2.1 智能巡視

變電站智能巡視一般分為正常巡視、專線巡視、特殊巡視和全面巡視四種類型[4-5]。

（1）正常巡視。正常巡視為變電站內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)指示、表計(jì)、外觀和運(yùn)行環(huán)境等方面定期開展的巡視稱為正常巡視。

（2）專項(xiàng)巡視。專項(xiàng)巡視為專門對(duì)某一特定情況進(jìn)行的巡視任務(wù)。比如油位油溫表、SF6壓力表、紅外測(cè)溫、液壓表、避雷器表計(jì)、位置狀態(tài)識(shí)別等。

（3）特殊巡視。特殊巡視是指天氣劇變、設(shè)備異常或信號(hào)發(fā)出等情況進(jìn)行的針對(duì)性重點(diǎn)巡視。

（4）全面巡視。全面巡視是指對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備狀態(tài)指示、表計(jì)、外觀及輔助設(shè)施外觀、接頭溫度、運(yùn)行環(huán)境等進(jìn)行的全覆蓋式巡視。

每種巡視都由系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置條件智能觸發(fā)，無需人工干預(yù)。巡視的觸發(fā)條件分周期觸發(fā)（正常巡視、專項(xiàng)巡視、全面巡視多為周期觸發(fā)，一般周期為日、周或者月）和條件觸發(fā)（特殊巡視為條件觸發(fā)，一般在惡劣天氣后或者設(shè)備異常時(shí)觸發(fā)）兩種。

2.2.2 智能管控

實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員行為和變電站運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)的智能管控。

作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員行為管控主要包括人員作業(yè)安全、人員行為安全和虛擬圍欄越界告警3種。人員作業(yè)安全監(jiān)測(cè)違規(guī)穿戴安全帽、安全帶、工作服等行為；人員行為安全監(jiān)測(cè)吸煙、動(dòng)火等異常行為；虛擬圍欄越界告警監(jiān)測(cè)表現(xiàn)為根據(jù)工作票劃定虛擬圍欄，越線報(bào)警。

變電站運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)管控包括掛空漂浮物檢測(cè)、異物（小動(dòng)物）入侵檢測(cè)、煙火檢測(cè)、墻體滲漏檢測(cè)、周界安全管控、車輛安全管控。

2.2.3 變電事故預(yù)警

變電事故預(yù)警模塊會(huì)對(duì)圖像識(shí)別后的表計(jì)示數(shù)、位置狀態(tài)指示、異常情況和溫度值等各種數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像識(shí)別處理和數(shù)據(jù)分析計(jì)算，對(duì)設(shè)備、環(huán)境和人員的可能異常做出推斷和預(yù)警，并結(jié)合異常處理導(dǎo)則和專家系統(tǒng)知識(shí)庫，給出原因分析和處理建議。具體數(shù)據(jù)如表1。

表1 預(yù)警數(shù)據(jù)內(nèi)容

2.2.4 智能聯(lián)動(dòng)

利用智能聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)和人員狀態(tài)告警信息聯(lián)動(dòng)相關(guān)攝像機(jī)，調(diào)動(dòng)相關(guān)攝像頭運(yùn)動(dòng)至預(yù)置位，同時(shí)平臺(tái)自動(dòng)彈出告警現(xiàn)場(chǎng)攝像頭圖像信息并輔以識(shí)別結(jié)果，以方便運(yùn)維人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的及時(shí)研判[6]。

3.應(yīng)用案例

在安徽某220kV變電站開展了基于圖像識(shí)別的變電站智能巡視平臺(tái)應(yīng)用。通過平臺(tái)應(yīng)用全年減少到站正常巡視26站次、專項(xiàng)巡視12次，工作效率提高了30%以上；平臺(tái)批量自動(dòng)識(shí)別隱患或缺陷，平均每次巡視可節(jié)省90%以上的數(shù)據(jù)處理及核查時(shí)間，同時(shí)由傳統(tǒng)的2人搭配核查的工作方式優(yōu)化為1人核查，減少了人力投入。

4.結(jié)論

本文采用大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別等技術(shù)，構(gòu)建了基于圖像識(shí)別的變電站智能巡視平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)和人員狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)感知，提高故障診斷準(zhǔn)確率及巡視效率，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)強(qiáng)化電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性具有十分重要的意義。下一步將持續(xù)以圖像識(shí)別為抓手，充分利用智能電網(wǎng)的建設(shè)成果，融合各個(gè)維度的數(shù)據(jù)，更加全面地對(duì)變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。