毛 琦，劉 宇

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.五凌電力近尾洲水電廠，湖南 衡陽 421127）

隨著智能電廠的逐步推廣，通過先進的傳感器測量裝置及網(wǎng)絡通信技術(shù)，實現(xiàn)對電廠生產(chǎn)全方位監(jiān)測和感知需求也逐步加大。目前國內(nèi)智能化巡檢在水電廠方面還處于摸索及初步應用階段，大部分電廠還是采用工業(yè)電視監(jiān)控及人工定時定點巡視和信息手工錄入的方式。為有計劃推進智能化巡檢設備的應用，將人工巡檢和信息手工錄入提高到智能巡檢的水平，將使各級生產(chǎn)維護人員能夠直觀及時共享電廠各類設備的運行工況，及時發(fā)現(xiàn)和處理設備運行中出現(xiàn)的異常、缺陷和其它安全隱患，減少現(xiàn)場運維巡檢強度，本文從實際需求角度出發(fā)，闡述智能化巡檢應具備的功能和主要實現(xiàn)技術(shù)手段。再以某電廠實際巡檢情況為例，探討采用人工巡檢模式的電廠推進實現(xiàn)智能巡檢系統(tǒng)主要需努力的方向。

1 智能化巡檢系統(tǒng)的主要功能

1.1 按時性及精確性

系統(tǒng)保障全天候工作，按照固定巡檢路線，對固定設備進行定點巡檢，相對人工按天、按周、按月的定期巡檢方式，巡檢時長及效率大幅提升。

1.2 數(shù)據(jù)實時性及可查詢性

系統(tǒng)實時采集各巡檢設備環(huán)境參數(shù)，檢測是否存在漏水、漏油、塵埃數(shù)值、溫濕度、臭氧、SF6、氧氣等參數(shù)的變化，并及時記錄及存儲。供運行人員打印，查詢及分析。系統(tǒng)具備自動診斷風機、空調(diào)等環(huán)境調(diào)節(jié)設備的運行狀態(tài)，對于運行異?，F(xiàn)象提出建議性結(jié)論。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)具備診斷功能

系統(tǒng)根據(jù)采集實施數(shù)據(jù)自動分析電力設備、機械設備以及自然環(huán)境的動態(tài)數(shù)值是否處于故障、異常的狀態(tài)，并能快速通知有關(guān)人員，如遇物體燃燒起火、設備漏水、漏油等現(xiàn)象，自動啟動聲光設備并撥打電話進行相應通知。

1.4 系統(tǒng)對外通信功能

為滿足智能化電廠對于數(shù)據(jù)傳輸性能的要求，系統(tǒng)應具備對外接口，能夠滿足常用TCP/IP、IEC104等常用協(xié)議，具備對外傳輸數(shù)據(jù)功能

2 智能化巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能化巡檢系統(tǒng)主要包含中央決策系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集單元、報警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、對外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等。其主要結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 智能化巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 中央決策系統(tǒng)

中央決策系統(tǒng)主要對各數(shù)據(jù)采集單元采集的圖像、聲音及各溫濕度、臭氧、SF6、氧氣等現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、傳輸。能夠根據(jù)圖像信息判斷現(xiàn)場設備運行狀態(tài)，是否存在漏水、漏油、起火等情況。能夠根據(jù)溫濕度判斷現(xiàn)場空調(diào)、風機等運行狀態(tài)。能夠根據(jù)臭氧、SF6等氣體檢測數(shù)據(jù)判斷是否存在放電、SF6泄露等情況。

2.2 數(shù)據(jù)采集單元

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元主要是采用智能化傳感器、智能機器人、智能無人機、工業(yè)電視等方式進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。

智能無人機主要進行發(fā)電機主廠房及大壩等開闊地帶巡檢，無人機需配備紅外攝像頭，具備夜間巡檢能力，通過GPS定位按照規(guī)劃路線進行巡檢，具備自動啟停功能，帶有無線信號傳輸功能，能夠自動將數(shù)據(jù)傳輸給中央決策系統(tǒng)。

智能機器人主要巡檢范圍為各設備控制間隔，巡檢各設備運行狀態(tài)及各設備間隔環(huán)境變量。機器人應具備紅外攝像頭，具備夜間巡檢能力，通過固定導軌按照規(guī)劃路線進行巡檢，具備自動啟停功能，帶有無線信號傳輸功能，能夠自動將數(shù)據(jù)傳輸給中央決策系統(tǒng)。

其他智能機器人無法到達的狹窄空間，如燈泡頭等采用智能傳感器和紅外攝像頭等方式采集環(huán)境數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，通過固定線路將數(shù)據(jù)傳送至中央決策系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)存儲單元

數(shù)據(jù)存儲單元主要功能為數(shù)據(jù)存儲，還包含報表查詢、打印、數(shù)據(jù)查詢等功能，方便運行維護。

2.4 報警單元

報警單元主要功能為在中央決策系統(tǒng)發(fā)出報警命令時，能夠驅(qū)動聲光報警，提醒運行人員注意，并具備向特定手機號碼發(fā)送報警短信，撥打報警電話等功能。

2.5 對外數(shù)據(jù)傳輸單元

對外數(shù)據(jù)傳輸單元主要功能為接收中央決策系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，具備對外接口，能夠?qū)ν獍l(fā)送智能巡檢系統(tǒng)實施數(shù)據(jù)，滿足智能化電廠建設要求。

3 某電廠設備巡檢現(xiàn)狀

某貫流式電廠日常巡檢包含運行和專業(yè)組巡檢兩大部分，主要分布于主廠房1～5樓各空間、區(qū)域，包含設備間、燈泡頭、燈泡體、各廊道、主變場等場所，主要依靠現(xiàn)場人員巡檢的方式開展日常巡檢工作，運行人員需對管轄的設備進行定時定點巡檢，巡檢工作繁重。為此采用其他技術(shù)手段減少巡檢工作量，并做了以下探索。

3.1 使用傳感器進行數(shù)據(jù)采集

利用儀器、儀表數(shù)字化改造方式來替代部分現(xiàn)場巡檢項目，使之能通過監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入實現(xiàn)在線觀測，表1是相關(guān)應用提升的清單。

表1

3.2 變壓器局放監(jiān)測裝置

變壓器局放監(jiān)測采用油閥式特高頻局放傳感器，通過變壓器底部的放油閥將局放信號傳感器裝入變壓器內(nèi)部，傳感器獲取到的信號通過特高頻電纜接入主變在線監(jiān)測現(xiàn)地柜內(nèi)的局放監(jiān)測單元。

圖2 變壓器局部監(jiān)測裝置

3.3 變壓器套管監(jiān)測裝置

在對變壓器套管進行在線監(jiān)測時，首先需要在套管末屏抽頭上安裝配套設計的末屏適配器，并就近加裝防開路保護裝置，以便可靠地獲取套管末屏的接地電流信號。然后通過雙絞屏蔽電纜，把末屏信號引入主變在線監(jiān)測現(xiàn)地柜，通過現(xiàn)地柜內(nèi)安裝的套管在線監(jiān)測單元，準確獲取套管末屏接地電流信號的幅度及相位信息，并進行相應的處理，求得其與同母線PT二次電壓信號的相位差值和幅度比值，從而獲得該套管的電容量及介損值。

變壓器鐵心及夾件接地電流采用穿心式電流傳感器進行取樣，取樣傳感器安裝與鐵心及夾件接地線上，傳感器與主變鐵心監(jiān)測單元之間采用信號電纜連接。

圖3 變壓器套管監(jiān)測裝置

3.4 機組調(diào)速器油顆粒度在線監(jiān)測系統(tǒng)

利用汽輪機油顆粒度智能在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測機組調(diào)速器系統(tǒng)油顆粒度，柜式機安裝在60米層測溫屏旁，通過管道與調(diào)速器油系統(tǒng)相連，監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至智能決策平臺。

3.5 GIS局放監(jiān)測裝置

局放監(jiān)測技術(shù)采用特高頻檢測法，通過應用寬帶高頻天線（300 MHz～1.5 GHz傳感器）監(jiān)測GIS內(nèi)部局部放電流激發(fā)的電磁波信號，從而反應GIS內(nèi)部局部放電的類型及位置。

圖4 局部放電位置檢測原理圖

3.6 GIS SF6在線監(jiān)測裝置

通過威卡定制的四通閥，實現(xiàn)能源局要求的免拆卸校驗密度繼電器功能，同時加裝密度溫度微水傳感器，威卡的獨特設計，確保了威卡的微水、密度、溫度、壓力在線監(jiān)測。無線單元與SF6氣體傳感器之間采用RS485總線通信，無線單元通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送至服務器，再由服務器傳送至遠程運維平臺。

3.7 主變低壓側(cè)刀閘無線測溫裝置

在線監(jiān)測項目：監(jiān)測主變低壓側(cè)刀閘上、下端A、B、C三相溫度。高壓設備溫度監(jiān)測變送器由三個功能部分組成：一是感應取電；二是溫度測量；三是數(shù)據(jù)通信。溫度變送器安裝在高壓設備的被測點上，采用雙組份導熱導電粘結(jié)劑將變送器底部金屬板粘合在高壓設備本體上，而溫度傳感器就緊靠著底部金屬板，溫度測量模塊利用成熟的接觸式測溫方式測得高壓設備被測點的溫度值。數(shù)據(jù)無線通信模塊負責將測得的溫度值進行編碼變換處理后，發(fā)送給溫度監(jiān)控裝置。

圖5 無線測溫裝置原理圖

3.8 直流系統(tǒng)蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)

在線監(jiān)測項目：監(jiān)測直流蓄電池單體單壓、單體絕緣、內(nèi)阻等數(shù)據(jù)。改造范圍：直流2組蓄電池（每組104個），監(jiān)控2組UPS蓄電池（每組18個）在線數(shù)據(jù)監(jiān)測，并接入遠程巡檢平臺。

3.9 電調(diào)在線監(jiān)測功能開發(fā)

在線監(jiān)測項目：電調(diào)事故追憶曲線、信息一覽表、故障一覽表等接入遠程巡檢平臺。

3.10 智能化工業(yè)電視巡檢系統(tǒng)

工業(yè)電視系統(tǒng)增設電廠遠程巡檢所需的可視“天網(wǎng)”功能，具備智能分析油、水、氣泄露功能和火焰感知能力，且能對視頻測溫實施收集分析、預警。將原有視頻攝像頭進行改造，全部替換為具有夜視功能高清攝像頭。采集位置分別為GIS室、出線平臺、主變層及樓道、主廠房及設備間層、滲漏排水泵房、發(fā)電機層以及水輪機操作廊道層。

4 目前智能巡檢應用狀況及思考

目前無人巡檢手段多應用于電網(wǎng)公司，如利用無人機巡檢架空線路，智能機器人巡檢變電站、高壓配電柜等實例，但經(jīng)過前期調(diào)研及咨詢，無人機極易受電磁干擾和衛(wèi)星定位信號制約，現(xiàn)階段機器人越層巡檢困難等弊端，僅有少部分電廠利用機器人進行局部設備巡檢，若利用現(xiàn)有手段替代人工巡檢方式，耗費人力、物力巨大，且設備間獨立陳設，防火門隔斷，燈泡頭、燈泡體區(qū)域空間狹小，存在較大安全風險，且布設設備點多面廣，短時間內(nèi)很難利用無人機、機器人巡檢方式全面替代。

為穩(wěn)步推進遠程巡檢系統(tǒng)的運維試點，對巡檢內(nèi)容逐項梳理，優(yōu)先考慮通過自動化元件改造手段將實時數(shù)據(jù)接入監(jiān)控系統(tǒng)的方式對部分巡檢內(nèi)容進行替代，其次考慮利用在線監(jiān)測技術(shù)對主機、主變等設備的巡檢項目進行覆蓋，最后考慮布設智能化工業(yè)電視系統(tǒng)和少量無人機、機器人的方式進行遠程視頻巡檢，綜合應用達到無人巡檢的目的。

遠程巡檢技術(shù)的發(fā)展要求電廠管理隨之創(chuàng)新，使技術(shù)進步發(fā)揮更大的作用 。遠程巡檢管理層應從全局觀點出發(fā)，頂層設計，做好規(guī)劃，開展嘗試，積極穩(wěn)步地推廣。

切實加強相關(guān)組織結(jié)構(gòu)，形成有效的建設工作機制。保障必要的資金投入，深化智能遠程巡檢理論與技術(shù)研究，有效推進新技術(shù)、新理論在建設中的實踐。積極開展電力行業(yè)關(guān)于遠程巡檢建設經(jīng)驗交流，不斷提升智能感知建設水平。

新技術(shù)的突破應用，要求更新管理觀念，要貫徹管控一體化，電廠常規(guī)、重復的工作，盡量由機械、計算機自動完成；遠程巡檢管理過程要注重結(jié)果管理，實現(xiàn)全過程管控；要把分散、離散的管理，過渡到集中、實時管理。

5 結(jié)束語

遠程巡檢系統(tǒng)的建設涉及電廠的方方面面，是一項綜合性、全局性、長期性的系統(tǒng)工程。必須切實加強協(xié)調(diào)，調(diào)動包括電廠各方面的積極性、形成強大的工作合力，才能不斷增強建設的實效性、高效性，提高智能電廠遠程巡檢建設的水平。