國電青山熱電有限公司 左 磊 肖 磊 蘆 陽 宋 楊 史 峰 李 巍 北京必可測科技股份有限公司 高清超 徐建偉

隨著近年來電力技術(shù)的不斷深入發(fā)展，電力設(shè)備的維護(hù)水平也在不斷提高，大量傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)在電力設(shè)備檢測中被廣泛應(yīng)用，通過新技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷、早期處理的目標(biāo)，將設(shè)備故障消滅在萌芽狀態(tài)，降低電氣設(shè)備事故的發(fā)生，為電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

1 電氣設(shè)備智能巡檢的檢查主要內(nèi)容

開展電氣設(shè)備智能巡檢，利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)主要需實(shí)現(xiàn)以下功能：

1.1 紅外檢測功能

能對電氣設(shè)備和線路的熱缺陷進(jìn)行探測，及時發(fā)現(xiàn)、處理、預(yù)防重大事故的發(fā)生。利用紅外檢測技術(shù)可開展以下電力設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷工作：高壓電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測與內(nèi)、外中心故障診斷：各類導(dǎo)電接頭、線夾、接線樁頭氧化腐蝕以及連接不良缺陷；各類高壓開關(guān)內(nèi)中心觸頭接觸不良缺陷；隔離刀閘刀口與觸片以及轉(zhuǎn)動帽與球頭結(jié)合部的不良缺陷；各類CT、PT 一次內(nèi)中心及外中心連接不良缺陷、本體及油絕緣不良缺陷以及內(nèi)中心鐵芯、線圈異常不良過熱缺陷。

紅外檢測能實(shí)現(xiàn)以下預(yù)警要求：電氣設(shè)備與金屬部件的連接接頭和線夾，以線夾和接頭為中心的熱像，三相溫差不超過15K，未達(dá)到嚴(yán)重缺陷的要求時為一般缺陷，熱點(diǎn)溫度＞80℃時為嚴(yán)重缺陷，熱點(diǎn)溫度＞110℃時為危急缺陷；隔離開關(guān)以轉(zhuǎn)頭為中心的熱像，以刀口壓接彈簧為中心的熱像，溫差不超過15K，未達(dá)到嚴(yán)重缺陷的要求時為一般缺陷，熱點(diǎn)溫度＞90℃時為嚴(yán)重缺陷，熱點(diǎn)溫度＞130℃時為危急缺陷。

1.2 可見光視覺識別功能

利用圖像識別技術(shù)，完成現(xiàn)場斷路器操作油壓表、SF6壓力、避雷器泄漏電流與動作次數(shù)。CT 與PT 油位表等的讀取工作，能通過趨勢分析，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患并及時發(fā)出報(bào)警，通知運(yùn)行人員處理；利用圖像比對技術(shù)，發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備的漏油、滲油缺陷；利用圖像識別技術(shù)，完成斷路器、隔離開關(guān)的位置狀態(tài)識別；局放檢測功能能通過局放傳感器開展運(yùn)行設(shè)備絕緣檢查、分析。

2 智能巡檢技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要方法

2.1 紅外傳感器的紅外診斷技術(shù)

利用紅外傳感器及時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線連接金具、閘刀觸頭部分的缺陷，同時也能對電流互感器、電壓互感器、斷路器、避雷器等設(shè)備的內(nèi)部異常過熱等安全隱患進(jìn)行檢測預(yù)警。目前紅外傳感器技術(shù)日趨成熟，價格低廉，故已被廣泛使用。紅外傳感器原理：利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測量的傳感器。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸。紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件和轉(zhuǎn)換電路。檢測元件主要是熱敏檢測元件。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號輸出。

2.2 圖像識別技術(shù)

電氣設(shè)備有些分布較廣，常規(guī)表計(jì)眾多。常規(guī)表計(jì)一般只裝有報(bào)警接點(diǎn)，只能在設(shè)備一定安全危險(xiǎn)程度時發(fā)出報(bào)警或閉鎖。那么利用視頻圖像識別技術(shù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程表計(jì)識別讀取，建立數(shù)據(jù)的積累，通過數(shù)據(jù)跟蹤分析，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備初期的隱患。隨著AI 技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，利用視頻照片的比對技術(shù)，如將當(dāng)前拍的油浸式變壓器某一部位靜態(tài)圖片與前一天的圖片，由電腦進(jìn)行人工智能技術(shù)的比對，能及時發(fā)現(xiàn)變壓器漏油滲油的設(shè)備隱患。

2.3 局放技術(shù)的應(yīng)用

電氣設(shè)備的絕緣水平?jīng)Q定著電氣設(shè)備的安全運(yùn)行水平，是電氣設(shè)備安全運(yùn)行的根本保證，所以對運(yùn)行中電氣設(shè)備絕緣監(jiān)測技術(shù)也在不斷發(fā)展，目前普遍采用超聲、特高頻、地電波等技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行時的絕緣監(jiān)測[1]。

超聲波：超聲波傳感器是將電氣設(shè)備放電超聲波信號轉(zhuǎn)換成其它能量信號（通常是電信號）的傳感器。發(fā)生局部放電時，在放電的區(qū)域中分子間產(chǎn)生劇烈撞擊，宏觀上產(chǎn)生了聲波，通常頻率大于20kHz 稱為超聲波。當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生放電時，產(chǎn)生的聲波信號傳遞到開關(guān)柜表面，由超聲波傳感器將超聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，并進(jìn)一步放大后傳輸?shù)讲杉到y(tǒng)，以達(dá)到檢測局部放電的目的。

特高頻：高壓電氣設(shè)備局部放電總是在很小的范圍內(nèi)發(fā)生,具有較快的擊穿特性,其脈沖持續(xù)時間較短，可激發(fā)頻率從低頻到UHF 特高頻段的電磁波，特高頻(300～3000MHz)電磁波可在其內(nèi)部有效地傳播，通過UHF 特高頻接受傳感器，靈敏接受特高頻電磁波，通過計(jì)算機(jī)軟件處理，對高頻信號波型分析，確認(rèn)是否存在放電故障。

地電波（暫態(tài)對地電壓）：局部放電產(chǎn)生的電磁波，會通過屏蔽層不連續(xù)的部分傳輸?shù)皆O(shè)備表面，在設(shè)備表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，設(shè)備表面存在波阻抗，進(jìn)而在設(shè)備外層形成一個暫態(tài)對地電壓，簡稱TEV。目前TEV 法檢測大都采用電容耦合探測器來檢測局部放電的幅值和放電脈沖頻率。

2.4 智能巡檢專家智能系統(tǒng)

主要包括四大功能模塊：系統(tǒng)管理、交互查詢、數(shù)據(jù)管理、智能分析。系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)維護(hù)、權(quán)限管理及幫助三項(xiàng)功能；交互查詢模塊：包含綜合查詢、圖形表單展示及打印輸出三項(xiàng)功能；數(shù)據(jù)管理模塊：包含用戶信息管理、知識庫管理、樣本庫管理、動態(tài)信息管理及備份信息管理五項(xiàng)功能；智能分析模塊：包含綜合告警、故障診斷、狀態(tài)評估、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測[2]。

3 智能巡檢技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用

開展定期對電氣設(shè)備巡檢是保障電氣設(shè)備安全運(yùn)行的組織措施，為此必須配備大量的生產(chǎn)現(xiàn)場巡檢人員，定期開展對電氣設(shè)備的巡檢工作。巡檢工作性質(zhì)非常重要，必須認(rèn)真細(xì)致，但工作任務(wù)是比較單一的，是一種重復(fù)性的勞動，勞動強(qiáng)度較大，從根本上很難保證每人每次巡檢都能高質(zhì)量的完成，同時由于巡檢人員的電氣設(shè)備巡視只能開展常規(guī)的聽覺（無法聽見超聲）、視覺（無法看見紅外）、嗅覺（無法聞到如SF6等無色無味的氣體）的檢查，故人員日常巡檢對部分設(shè)備的安全隱患是無法通過傳統(tǒng)方法來發(fā)現(xiàn)的。隨著近年來技術(shù)發(fā)展，無線定位技術(shù)（如GPS）、激光定位技術(shù)、視覺定位技術(shù)、電力儲能技術(shù)等不斷發(fā)展，利用機(jī)器替代人工巡檢正逐步登上歷史舞臺。

3.1 智能巡檢機(jī)器人的組成

智能行走移動平臺。目前主要采用的方式主要有吊軌式、輪式和固定式。吊軌式是巡檢機(jī)器人按軌道運(yùn)行，對于固定路線比較方便，巡檢時定位準(zhǔn)確，機(jī)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠，但靈活性較差，設(shè)備發(fā)生變化，巡檢軌道必須重新安裝調(diào)整，一般用于配電室內(nèi)設(shè)備的巡檢工作；輪式巡檢機(jī)器人則行走路線比較靈活，可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，巡檢內(nèi)容變化情況靈活配置，能高質(zhì)量完成巡檢任務(wù)；固定式巡檢機(jī)器人則是根據(jù)巡檢內(nèi)容，在整個巡檢路線上安裝多個可見光、紅外組合視頻探頭進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測，攝像頭通過變焦、云臺控制來實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的巡檢功能，這個系統(tǒng)無移動設(shè)備，系統(tǒng)簡潔更高，唯一缺點(diǎn)為靈活性較差。

導(dǎo)航控制系統(tǒng)。輪式機(jī)器人的行走控制是巡檢機(jī)器人的核心部分，導(dǎo)航主要有GPS、激光、WIFI定位器等，目前主要普遍采用技術(shù)成熟的激光導(dǎo)航技術(shù)，其原理是由巡檢機(jī)器人通過對現(xiàn)場的行走，完成對地圖的采集工作，正常運(yùn)行時，依靠激光測量數(shù)據(jù)的采集與地圖數(shù)據(jù)的比對，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人行走的定位。激光定位的精度較高，能滿足巡檢機(jī)器人行走的需要；吊軌式機(jī)器人則通過磁鋼編碼技術(shù)進(jìn)行定位，通過在在軌道上等距離多點(diǎn)的布置，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精確定位。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。巡檢機(jī)器人普遍配置一臺計(jì)算機(jī)安裝于體內(nèi)，用于負(fù)責(zé)機(jī)器人的通訊、行走路線規(guī)劃、視覺數(shù)據(jù)的存儲。

帶載的檢測傳感器系統(tǒng)。巡檢機(jī)器人除基礎(chǔ)平臺部分外，必須在平臺上安裝多個傳感器來實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的檢查，對于配電室吊軌機(jī)器人，一般安裝紅外視覺與看見光視覺傳感器?？梢姽庥糜诒碛?jì)讀取，斷路器、隔離開關(guān)位置狀態(tài)的讀取，電氣綜保信息讀??；紅外傳感器用于對低壓室內(nèi)變壓器的紅外測量。另外機(jī)器人還配有地電波和超聲局放對開關(guān)柜進(jìn)行檢測。輪式機(jī)器人平臺上一般也配有紅外視覺與看見光視覺傳感器。同樣可見光用于表計(jì)讀取，拍照對比，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等檢測；紅外傳感器用于連接、接觸、本體發(fā)熱異常的紅外測量。固定式巡檢機(jī)器人配有紅外視覺與看見光視覺傳感器，完成的內(nèi)容基本與吊軌式、輪式相同。

目前電氣設(shè)備智能巡檢在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。2017年7月某電廠迎峰度夏期間，機(jī)器人在巡視中及時發(fā)現(xiàn)220kV 一母線隔離開關(guān)觸頭運(yùn)行中發(fā)熱嚴(yán)重，機(jī)器人第一時間在后臺監(jiān)控發(fā)出報(bào)警，運(yùn)行人員及時處理，避免了一起嚴(yán)重事故的發(fā)生。由于智能巡檢機(jī)器人是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、無線通訊技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)等眾多技術(shù)于一體的系統(tǒng)組合體，每個環(huán)節(jié)都會對巡檢機(jī)器人是否可靠運(yùn)行造成影響。目前依然存在定位錯誤造成巡檢機(jī)器人停止工作，圖像識別雖然較高，但仍無法達(dá)到100%識別等問題。不過我們依然堅(jiān)定認(rèn)為，隨著各技術(shù)的不斷深入與完善，電氣設(shè)備智能巡檢的應(yīng)用將更加可靠、完善。