王大蕾

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學院淮安生物工程分院，江蘇淮安，223200）

0 引言

配電網(wǎng)作業(yè)狀態(tài)在很大程度上決定了供電質(zhì)量，為了盡可能提高供電質(zhì)量，組織配電網(wǎng)巡檢工作顯得尤為重要。傳統(tǒng)的巡檢模式利用人力資源檢測配電網(wǎng)設(shè)備作業(yè)狀態(tài)，存在工作效率低、誤差大、覆蓋面不足等問題，缺少統(tǒng)一管理。從當前配電網(wǎng)巡檢工作效果來看，獲取巡檢數(shù)據(jù)信息不足，未能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題。為了彌補傳統(tǒng)巡檢模式的不足，配電網(wǎng)領(lǐng)域研究學者提出了智能配電網(wǎng)巡檢，該研究思路利用智能化操控技術(shù)，取代人工巡檢。由于配電網(wǎng)設(shè)備分布區(qū)較大，數(shù)量較多，加大了配電網(wǎng)巡檢系統(tǒng)開發(fā)難度，當前尚未形成完善的系統(tǒng)設(shè)計方案。本研究嘗試選取物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為研究工具，提出配電網(wǎng)智能巡檢系統(tǒng)研究。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在電網(wǎng)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用，在配電網(wǎng)作業(yè)現(xiàn)場各個設(shè)備處安裝傳感器設(shè)備，通過實時監(jiān)測設(shè)備作業(yè)狀態(tài)，對設(shè)備運行狀態(tài)給出正確判斷，從而為配電網(wǎng)管理工作開展提供參考依據(jù)。一般情況下，此項技術(shù)應(yīng)用下智能電網(wǎng)具備功能如下：

（1）監(jiān)測電氣設(shè)備作業(yè)狀態(tài)，包括氣壓、濕度、溫度等指標。

（2）根據(jù)采集到的指標數(shù)據(jù)，判斷當前主設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)，是否達到“健康”標準。

（3）設(shè)置監(jiān)測節(jié)點，通過監(jiān)測各個節(jié)點的電氣量變化情況，判斷電氣設(shè)備工作狀態(tài)。

（4）設(shè)備檢修及人員工作狀況跟蹤。

（5）用戶與電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)互動。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電網(wǎng)智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

國家電網(wǎng)科技規(guī)劃中，提及了配電網(wǎng)智能巡檢系統(tǒng)研究，要求創(chuàng)新配電網(wǎng)巡檢模式，以智能化操控代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工巡檢模式，實現(xiàn)自動化巡檢并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，通過無線模塊傳輸現(xiàn)場設(shè)備作業(yè)數(shù)據(jù)。另外，對于采集到的設(shè)備作業(yè)狀態(tài)信息，能夠自動完成故障診斷。按照這些系統(tǒng)開發(fā)要求，本文選擇物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，按照輸變電設(shè)備運行周期，引入全生命周期管理方法，為設(shè)備配備傳感器，監(jiān)測各個階段運行狀態(tài)，并將這些信息集中到一起，采用無線通信方式，發(fā)送至配電網(wǎng)監(jiān)控中心，自動生成設(shè)備管控命令。

2.2 智能巡檢終端設(shè)計

2.2.1 智能巡檢終端結(jié)構(gòu)設(shè)計

配電網(wǎng)設(shè)備作業(yè)環(huán)境較為特殊，需要長期在外部環(huán)境中運行，容易受到多種因素干擾，降低設(shè)備作業(yè)性能。例如，電氣、機械等。除此之外，自然環(huán)境也會對其作業(yè)狀態(tài)造成一定影響。在這些因素影響下，容易出現(xiàn)設(shè)備外觀異常，導線溫度過高，甚至發(fā)生斷股現(xiàn)象。配網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備同樣會受到較大影響，核心設(shè)備運行當中產(chǎn)生的電壓和電流超出正常作業(yè)范圍。所以，巡檢工作顯得尤為重要。本文提出的智能巡檢系統(tǒng)終端，針對巡檢期間故障多樣化特點，設(shè)置異構(gòu)狀態(tài)信息，將其作為設(shè)備故障診斷參考依據(jù)，與現(xiàn)場采集信息進行比對，從人機交互模塊輸出診斷結(jié)果。如圖1所示為配電網(wǎng)智能巡檢結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 配電網(wǎng)智能巡檢結(jié)構(gòu)框圖

該結(jié)構(gòu)框架加主要由微控制模塊、檢測模塊、圖像采集模塊、人機交互模塊、“GPS+北斗”雙模定位模塊、通信模塊、電源模塊、NFC身份識別模塊、RFID掃描模塊、巡檢任務(wù)及巡檢優(yōu)化策略接收管理模塊組成。其中，檢測模塊按照功能的不同，又分為5個子模塊，分別是地電波局部放電檢測模塊、超聲波局部放電檢測模塊、紫外局部放電檢測模塊、紅外測溫模塊、專業(yè)傳感器采集模塊。在微控制模塊作用下，對這些功能模塊進行有效控制，從而完成電網(wǎng)設(shè)備作業(yè)狀態(tài)信息采集，利用通信模塊發(fā)送信息。為了實現(xiàn)全方位管理，本系統(tǒng)巡檢終端增加了“GPS+北斗”雙模定位模塊，能夠有效定位員工位置和故障設(shè)備位置，支持數(shù)據(jù)實時采集和存儲，能夠有效識別用戶身份，從而為系統(tǒng)安全作業(yè)提供保障。整個終端由電源模塊提供電能，該模塊支持戶外連續(xù)供電。另外，在RFID掃描模塊作用下，實現(xiàn)快速讀寫。

2.2.2 智能終端巡檢層次化設(shè)計

本系統(tǒng)智能終端巡檢主要分為3個層次，分別是應(yīng)用層、通信層、采集層，結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)層次化架構(gòu)

該架構(gòu)中，采集層位于架構(gòu)的最底端，利用智能巡檢終端，控制配電設(shè)備作業(yè)狀態(tài)，同時建立與配電設(shè)備的通信連接，在各個設(shè)備上安裝傳感器等設(shè)備，作為信息采集工具。通信層位于架構(gòu)的中間，以無線網(wǎng)絡(luò)GPRS/3G/4G/衛(wèi)星作為通信工具，創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集與交換系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)傳輸提供有效渠道。目前，5G通信模式在該系統(tǒng)中的應(yīng)用尚處于研究階段。應(yīng)用層位于架構(gòu)的頂端，主要負責數(shù)據(jù)的處理和分析，利用多種功能軟件，對數(shù)據(jù)進行處理，從中挖掘一些價值較高的信息，作為配電網(wǎng)設(shè)備作業(yè)狀態(tài)判斷依據(jù)，并生成巡檢任務(wù)，對巡檢優(yōu)化路徑進行優(yōu)化，以此提高巡檢效率和巡檢質(zhì)量。

2.2.3 配電網(wǎng)智能巡檢實現(xiàn)步驟

本系統(tǒng)設(shè)計方案提及的配電網(wǎng)巡檢并未完全脫離人力資源，除了一些傳感器監(jiān)測點以外，還采用人工巡檢方式，按照設(shè)定路徑檢查設(shè)備作業(yè)狀態(tài)和傳感器運行狀態(tài)。將巡檢人員記錄的現(xiàn)場信息與傳感器采集信息集中到一起，作為配電網(wǎng)設(shè)備操控命令下達參考依據(jù)，從而充分發(fā)揮智能巡檢作用。以下為此項功能實現(xiàn)主要步驟：

第一步：巡檢任務(wù)下發(fā)后，需要巡檢人員利用數(shù)字秘鑰，完成系統(tǒng)身份識別。在NFC身份識別對話框中輸入正確的用戶信息，身份驗證通過后，該工作人員可以得到無線通信模塊發(fā)送來的本次巡檢工作任務(wù)內(nèi)容。

第二步：按照下發(fā)的巡檢任務(wù)內(nèi)容，開始本次巡檢工作。在此期間，系統(tǒng)的“GPS+北斗”雙模定位功能自動開啟，同時利用RFID掃描功能實現(xiàn)快速讀寫，根據(jù)系統(tǒng)定位，結(jié)合當前員工所處地理位置，指引員工進入巡檢現(xiàn)場，按照指示走完巡檢路線，完成一次巡檢任務(wù)。

第三步：開啟圖像信息采集裝置、專業(yè)傳感器作業(yè)模式，開始采集現(xiàn)場作業(yè)設(shè)備數(shù)字、圖像信息，利用信息存儲與處理功能模塊，對這些信息采取存儲管理，根據(jù)操控要求，對部分信息采取預(yù)處理，使得獲取的數(shù)據(jù)應(yīng)用價值更高。借助無線通信模塊，在應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層之間建立通信連接，將這些處理后的信息發(fā)送至應(yīng)用層，等待故障診斷。

第四步：數(shù)據(jù)匯總到應(yīng)用層后，調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫開始比對，觀察當前信息是否符合已經(jīng)發(fā)生的多種故障，生成設(shè)備狀態(tài)診斷結(jié)果。另外，本系統(tǒng)還會生成地理信息，此部分信息將作為下一次巡檢路徑生成的優(yōu)化依據(jù)。

2.3 智能巡檢優(yōu)化

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)線路巡檢路徑根據(jù)工作人員的多年工作經(jīng)驗設(shè)定，這種巡檢路徑確定方式缺少科學依據(jù)，存在較強的主觀性，伴隨著較大的設(shè)備運行風險。為了彌補傳統(tǒng)巡檢的不足，本文提出一種智能巡檢優(yōu)化策略。運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對巡檢數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，獲取研究價值更高的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)設(shè)備作業(yè)原理，構(gòu)建風險評價模型，將數(shù)據(jù)帶入模型中，對設(shè)備運行期間伴隨的風險大小進行評價。以風險評價作為巡檢路徑確定依據(jù)，以此提高巡檢效率。

2.4 系統(tǒng)管控功能模塊設(shè)計

為了降低配電網(wǎng)現(xiàn)場設(shè)備故障發(fā)生頻率，本系統(tǒng)利用有限的設(shè)備運行數(shù)據(jù)，對設(shè)備當前作業(yè)狀態(tài)及故障產(chǎn)生原因進行分析，確定故障產(chǎn)生具體位置，從而為設(shè)備故障維修提供可靠信息。其中，關(guān)于管控功能的設(shè)計，綜合運用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、信息熵理論等多種方法，建立一套支持配電設(shè)備故障檢測的模型。該模型主要對設(shè)備各項指標運行風險進行評價，同時給出故障發(fā)生概率評估結(jié)果。依據(jù)這些評價和評估結(jié)果，擬定設(shè)備管控方案。

3 系統(tǒng)測試分析

按照系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方案搭建系統(tǒng)硬件設(shè)備，2021年4月26日至2021年4月30日組織系統(tǒng)功能測試，以傳統(tǒng)巡檢方案作為對照組，通過觀察測試結(jié)果，判斷本系統(tǒng)設(shè)計方案在巡檢路徑優(yōu)化、巡檢時效性、故障診斷、信息處理效率、故障定位5個方面是否有所改進。其中，傳統(tǒng)巡檢方案以多年工作經(jīng)驗為依據(jù)，設(shè)計巡檢路徑，現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)，將此部分數(shù)據(jù)錄入計算機后上傳，由相應(yīng)工作人員審核做出判斷，給出故障診斷結(jié)果。本系統(tǒng)則是采用智能操控模式，根據(jù)當前掌握的設(shè)備作業(yè)數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備發(fā)生故障可能性，自動生成巡檢路徑，按照此路徑開始巡檢，利用信息采集終端設(shè)備獲取設(shè)備作業(yè)數(shù)據(jù)。

為了便于分析，表1中以平均數(shù)值作為統(tǒng)計分析依據(jù)。通過對比表1中數(shù)據(jù)可知，與傳統(tǒng)方案相比，本智能巡檢系統(tǒng)生成的巡檢路徑更短，大大縮短了巡檢時間的同時，提高了巡檢故障發(fā)生時效、巡檢故障診斷精準率、故障定位精準度、信息處理效率。其中，巡檢故障診斷精準率達到92.3%，故障定位精準度達到95.2%，符合配電網(wǎng)設(shè)備巡檢及故障診斷需求。

表1 系統(tǒng)測試結(jié)果

4 總結(jié)

本文圍繞配電網(wǎng)巡檢問題展開探究，為了提高巡檢時效性，優(yōu)化巡檢路徑，提高故障診斷精準度，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)一套智能巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用核心控制器，對現(xiàn)場終端設(shè)備進行控制，實現(xiàn)了有效信息采集、數(shù)據(jù)實時傳輸，通過無線通信模塊，為巡檢管控中心提供相關(guān)信息，經(jīng)過綜合分析準確下達管控命令。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠有效采集配電網(wǎng)設(shè)備信息，在巡檢路徑、故障定位、信息處理等多個方面體現(xiàn)出較為明顯的優(yōu)勢。