賈秉健 孫慶 袁金麗 趙波

（新疆信息產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830026）

在電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，大量配電房得到了建設(shè)。在地域上分布廣泛，使配電房巡檢工作量急劇增加，單純依靠人工巡檢將受到人力物力限制，導(dǎo)致配電房運(yùn)行存在安全隱患。設(shè)計(jì)智能綜合巡檢系統(tǒng)，融合多元傳感技術(shù)加強(qiáng)各種可能影響配電房運(yùn)行的因素監(jiān)測(cè)，能夠進(jìn)一步加強(qiáng)配電房的運(yùn)維管理，為配電房的可靠運(yùn)行提供有力技術(shù)支撐。

1 配電房智能綜合巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

配電房所處的環(huán)境存在較大差異，可能因局放、漏水浸水、積塵等各種環(huán)境因素出現(xiàn)跳閘事故，嚴(yán)重影響配網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)智能綜合巡檢系統(tǒng)，需要對(duì)環(huán)境、電氣設(shè)備狀態(tài)、安防等各方面信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，通過系統(tǒng)分析實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)情況，發(fā)現(xiàn)環(huán)境改變、設(shè)備狀態(tài)異常、非授權(quán)行為等問題，并通過聯(lián)動(dòng)控制有效預(yù)防事故發(fā)生。在物聯(lián)網(wǎng)取得快速發(fā)展的背景下，可以運(yùn)用多元傳感技術(shù)使系統(tǒng)接入各類傳感器，如溫濕度傳感器、煙霧火災(zāi)探測(cè)器、噪聲傳感器、水浸傳感器、SF6 氣體濃度傳感器等等，通過與系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、門禁等各種智能執(zhí)行設(shè)備聯(lián)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)配電房遠(yuǎn)程監(jiān)管[1]。為此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要體現(xiàn)開放性，能夠在開放平臺(tái)下接入多種設(shè)備，支持各種平臺(tái)軟件，為多元傳感技術(shù)融合提供支持。通過靈活配置各種功能模塊，可以滿足配電房不同管理要求，確保巡檢內(nèi)容能夠一一實(shí)現(xiàn)。而模塊增刪不會(huì)給其他模塊帶來影響，同時(shí)可以提供二次開發(fā)接口實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)充、功能升級(jí)，為配電網(wǎng)智能運(yùn)維、智慧城市等系統(tǒng)接入提供支持，有效提升系統(tǒng)擴(kuò)展性[2]。此外，應(yīng)設(shè)計(jì)友好人機(jī)界面，提供工具化、圖形化的操作模塊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性。

2 基于多元傳感技術(shù)融合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，需要借助電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多元傳感技術(shù)融合。如圖1 所示，為電力物聯(lián)網(wǎng)框架，由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層構(gòu)成。其中，感知層包含各種傳感設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行智能處理，全面感知各種設(shè)備、設(shè)施和環(huán)境條件。網(wǎng)絡(luò)層由各種通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，可以將采集到的數(shù)據(jù)傳遞至平臺(tái)層。平臺(tái)層由各種操作系統(tǒng)構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)處理，為數(shù)據(jù)開發(fā)應(yīng)用提供支持。應(yīng)用層為頂層結(jié)構(gòu)，包含不同應(yīng)用場(chǎng)景，能夠通過大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)配電房巡檢管理需求，需要對(duì)開關(guān)柜、變壓器、視頻設(shè)備、環(huán)境設(shè)備、安防設(shè)備等不同設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管，同時(shí)需要加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)，將各類信息接入到智能信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜合管理，滿足遠(yuǎn)程運(yùn)維要求。為此，需要綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，通過實(shí)現(xiàn)配電房智能化升級(jí)改造將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入云管理平臺(tái)[3]。通過大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)智能化分析和診斷，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)消缺，落實(shí)巡檢和運(yùn)維管理要求的同時(shí)，保證配電房運(yùn)行安全。

圖1 電力物聯(lián)網(wǎng)框架

系統(tǒng)架構(gòu)建立在電力物聯(lián)網(wǎng)框架之上，如圖2 所示，將系統(tǒng)架構(gòu)劃分為應(yīng)用層、平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層等多個(gè)層別。根據(jù)具體業(yè)務(wù)應(yīng)用，可以開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用功能，如系統(tǒng)權(quán)限管理、智能巡檢等。平臺(tái)層為電力物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)終端聯(lián)接管理、遠(yuǎn)程遙控等操作。網(wǎng)絡(luò)層采用有線和無線兩種接入方式，確保系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備可以順利接入云平臺(tái)，為系統(tǒng)運(yùn)行提供支撐。邊緣層可與終端單元建立可靠數(shù)據(jù)鏈路，保證終端設(shè)備順利接入服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)能夠上傳至云平臺(tái)。終端層由各種傳感器、檢測(cè)設(shè)備等構(gòu)成，針對(duì)變壓器等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以通過智能化改造使設(shè)備實(shí)現(xiàn)遙信等功能，確保系統(tǒng)順利采集配電房的各種數(shù)據(jù)。

圖2 配電房智能綜合巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 總體功能

從系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)上來看，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)控、數(shù)據(jù)通信、巡檢控制等多種功能。針對(duì)配電房?jī)?nèi)各種設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)實(shí)施智能檢測(cè)，如對(duì)開關(guān)柜內(nèi)接點(diǎn)溫度、變壓器局部放電等各種狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行遙測(cè)，并根據(jù)設(shè)定閾值及時(shí)發(fā)送告警提示，完成異常參量記錄。在環(huán)境監(jiān)控方面，需要對(duì)配電房明火、煙霧、入侵等情況進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)設(shè)定環(huán)境參量報(bào)警，達(dá)到全方位智能巡檢的目的。在數(shù)據(jù)通信方面，需要利用電力物聯(lián)網(wǎng)完成各種開關(guān)量、數(shù)字量、模擬量和圖像等信息上傳，確保系統(tǒng)能夠利用大數(shù)據(jù)等技術(shù)完成信息檢索、關(guān)聯(lián)分析和綜合分析，通過數(shù)據(jù)挖掘完成可能發(fā)生的事故預(yù)測(cè)，提前向人員發(fā)出預(yù)警[4]。利用巡檢控制功能，根據(jù)系統(tǒng)分析結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、空調(diào)、滅火裝置等設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制，也可以通過機(jī)器人進(jìn)行智能巡檢，通過紅外測(cè)溫、圖像識(shí)別等各種手段實(shí)施集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理，為系統(tǒng)診斷和設(shè)備管理提供可靠依據(jù)。對(duì)于巡檢人員來講，登錄云平臺(tái)后，輸入配電房地理編碼，可以迅速查找到對(duì)應(yīng)操作系統(tǒng)，根據(jù)自身權(quán)限登錄管轄站點(diǎn)系統(tǒng)，獲取配電房各種數(shù)據(jù)信息。在軟件界面，可以輸入巡檢任務(wù)，遠(yuǎn)程開展配電房巡檢工作，了解各種設(shè)備運(yùn)行狀況和異常報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)配電房的統(tǒng)籌管理。

3 基于多元傳感技術(shù)融合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)施

3.1 智能監(jiān)測(cè)單元

在智能監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)上，需要解決設(shè)備測(cè)溫、局放檢測(cè)等各種問題。如針對(duì)開關(guān)柜、變壓器等設(shè)備，通過在接頭位置布置傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)。在局放檢測(cè)上，主要通過軌道機(jī)器人實(shí)現(xiàn)，通過配備局放監(jiān)測(cè)儀、紅外傳感器等設(shè)備，能夠?qū)Πl(fā)現(xiàn)異常的設(shè)備實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，獲取全面的設(shè)備狀態(tài)信息。在電氣檢測(cè)方面，通過實(shí)時(shí)采集設(shè)備相關(guān)電量數(shù)據(jù)，可以由平臺(tái)匯總數(shù)據(jù)。經(jīng)過系統(tǒng)處理和綜合診斷，能夠發(fā)現(xiàn)三相不平衡、溫升異常、過載、短路等火災(zāi)事故隱患。通過控制配電房監(jiān)控監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)施透明化監(jiān)管，并通過手機(jī)、平板等移動(dòng)終端實(shí)時(shí)反饋信息，為人員開展運(yùn)維工作提供依據(jù)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)配電房各種設(shè)備RFID 標(biāo)識(shí)進(jìn)行掃描，可以完成設(shè)備各方面信息的在線采集，形成完整設(shè)備檔案，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全生命周期管理提供支持。巡檢人員通過系統(tǒng)整合設(shè)備信息，可以實(shí)現(xiàn)智能化跟蹤和集中監(jiān)控，提高巡檢工作的自動(dòng)化和智能化水平。

3.2 環(huán)境監(jiān)控平臺(tái)

在實(shí)現(xiàn)電氣智能監(jiān)測(cè)的同時(shí)，配合采用視頻監(jiān)控、圖像識(shí)別等技術(shù)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)智能執(zhí)行元件的聯(lián)動(dòng)控制。在系統(tǒng)開展設(shè)備、環(huán)境狀態(tài)測(cè)試時(shí)，將自動(dòng)生成遙控執(zhí)行命令消息文件，通過信息交互總線發(fā)送至監(jiān)控平臺(tái)，由平臺(tái)解析后調(diào)用相應(yīng)模塊進(jìn)行分析。如針對(duì)配電房開關(guān)、控制柜等設(shè)備，通過狀態(tài)智能辨識(shí)，能夠完成布防和撤防。制定遙測(cè)、遙信和遙控開關(guān)計(jì)劃，可以實(shí)現(xiàn)遙控預(yù)置。在系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)上傳圖像展開智能分析后，對(duì)配電柜表計(jì)、指示燈等讀數(shù)和狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析，可以判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，然后執(zhí)行預(yù)置文。在設(shè)備控制過程中，平臺(tái)將實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，根據(jù)反饋信息判斷是否遙控成功，然后執(zhí)行后續(xù)控制指令。在配電房環(huán)境監(jiān)管方面，監(jiān)控平臺(tái)也可以根據(jù)溫濕度傳感器、浸水傳感器等傳感信號(hào)做出判斷，通過與智能化執(zhí)行單元聯(lián)動(dòng)加強(qiáng)環(huán)境管理，如監(jiān)測(cè)到溫濕度超標(biāo)時(shí)通過控制空調(diào)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備調(diào)節(jié)溫濕度。

3.3 數(shù)據(jù)通信單元

在系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信方面，需要實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信和遙控功能，結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行分塊改造，將采集的各種信號(hào)順利接入系統(tǒng)平臺(tái)。如在開關(guān)柜信號(hào)采集上，可以利用已有支持通信的微機(jī)保護(hù)裝置接入網(wǎng)關(guān)，直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。針對(duì)無通信功能的電氣設(shè)備，需要加裝智能采集裝置，完成設(shè)備智能化改造，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)功能。針對(duì)每一饋線回路，應(yīng)在實(shí)施電流、電壓等全電量監(jiān)測(cè)的同時(shí)，監(jiān)測(cè)漏電流、負(fù)荷側(cè)溫度，并接入消防信號(hào)。配置網(wǎng)關(guān)設(shè)備，可以與進(jìn)線、母聯(lián)監(jiān)控模塊聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自投切控制。在環(huán)境監(jiān)控方面，針對(duì)溫濕度傳感器、浸水感應(yīng)器等傳感器，可以利用現(xiàn)場(chǎng)總線統(tǒng)一接入網(wǎng)關(guān)，與系統(tǒng)管理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。此外，為保證采集的圖像等能夠及時(shí)上傳，需要利用以太網(wǎng)將視頻裝置、工控機(jī)等接入到無線集線器，通過巡檢機(jī)器人和第三方設(shè)備交互響應(yīng)，之后通過共有網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)向執(zhí)行設(shè)備發(fā)送指令。實(shí)際配電房采用的二次設(shè)備、安防設(shè)備等屬于異構(gòu)終端，在接口、協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等方面存在差異。在接入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，需要采用支持協(xié)議代理的通信協(xié)議組件，順利完成多源數(shù)據(jù)融合，并滿足異構(gòu)數(shù)據(jù)解析需求，為智能網(wǎng)關(guān)邊緣計(jì)算提供數(shù)據(jù)源。

3.4 巡檢控制單元

在巡檢控制功能實(shí)現(xiàn)上，需要通過智能網(wǎng)關(guān)完成邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常告警、過載實(shí)時(shí)監(jiān)控、電能質(zhì)量異常展示等各種功能，為人員制定巡檢計(jì)劃和開展運(yùn)維管理工作提供依據(jù)。從系統(tǒng)采用的智能算法來看，針對(duì)采集到的多維數(shù)據(jù)，將通過皮爾遜積矩相關(guān)系數(shù)法完成檢驗(yàn)，并完成閾值設(shè)定。通過T 檢驗(yàn)后，確定小于閾值證明相關(guān)性較弱，可直接濾除，否則將完成格蘭因果檢測(cè)。經(jīng)過F 檢驗(yàn)后，可以對(duì)關(guān)聯(lián)度高的數(shù)據(jù)建立概率圖模型，進(jìn)一步進(jìn)行預(yù)警分析，以變壓器故障預(yù)警流程為例，如圖3 所示。

圖3 變壓器故障預(yù)警的算法分析流程

在智能挖掘算法中，需要按照時(shí)間間隔獲得采樣數(shù)據(jù)集X1、X2、···、Xm，完成糾錯(cuò)、篩選和歸類整理后獲得多維序列數(shù)據(jù)集，然后進(jìn)行相關(guān)度挖掘。建立概率圖模型，利用式（1）計(jì)算因果權(quán)重：

在故障節(jié)點(diǎn)Xi擁有m 個(gè)獨(dú)立祖先節(jié)點(diǎn)的情況下，可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)和各祖先節(jié)點(diǎn)因果關(guān)系確定權(quán)重。將1 個(gè)月以上數(shù)據(jù)集當(dāng)成是樣本展開分析，能夠順利完成因果關(guān)系挖掘，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)診斷設(shè)備是否存在故障風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)故障嚴(yán)重程度，系統(tǒng)將采取短信通知、下發(fā)遠(yuǎn)程控制命令等不同處理方式，在緊急情況下執(zhí)行分合閘、斷電等操作，防止事故蔓延。

3.5 預(yù)期應(yīng)用成效

應(yīng)用智能綜合巡檢系統(tǒng)進(jìn)行配電房監(jiān)管，系統(tǒng)對(duì)設(shè)備異常事件診斷準(zhǔn)確率應(yīng)達(dá)到95%以上，控制命令執(zhí)行準(zhǔn)確率達(dá)到100%以上。在系統(tǒng)的支持下，人員可以實(shí)時(shí)掌握管轄區(qū)域內(nèi)多個(gè)配電房運(yùn)行狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)融合分析掌握線路和臺(tái)區(qū)負(fù)荷特性，制定差異化巡檢計(jì)劃，開展?fàn)顟B(tài)維修工作。在配電房運(yùn)維管理方面，可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備告警及時(shí)處理各種事件，有效預(yù)防事故發(fā)生，并根據(jù)頻繁發(fā)生故障類型提出有針對(duì)性的設(shè)備改造優(yōu)化方案，保證配電房能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，降低巡檢成本和強(qiáng)度，提高配電房管理技術(shù)水平。

4 結(jié)論

在電力物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上建立配電房智能綜合巡檢系統(tǒng)，能夠順利實(shí)現(xiàn)多元傳感技術(shù)融合，通過對(duì)配電房設(shè)備、環(huán)境等進(jìn)行遙測(cè)、遙控等實(shí)施集中管理，可以實(shí)時(shí)掌握配電房運(yùn)行狀態(tài)，通過聯(lián)動(dòng)控制處理各種異常，達(dá)成智能巡檢效果。而應(yīng)用系統(tǒng)管理多個(gè)配電房，能夠減輕人員巡檢工作強(qiáng)度，同時(shí)保證配電房的安全運(yùn)行，因此能夠助力電力行業(yè)的健康發(fā)展。