董選昌，童銳，廖辰川，夏銘聰，童家鵬，賈鵬輝，黃晨輝

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣州 510600）

引言

作為配網(wǎng)中重要的供電節(jié)點(diǎn)，配電房的高效、可靠運(yùn)行將直接提高整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。由于配電房數(shù)量眾多、分布廣泛，配電房的運(yùn)維管理難度日益增大，為了創(chuàng)造良好的運(yùn)行環(huán)境、提高供電可靠性和運(yùn)維工作效率，建設(shè)智能配電房勢在必行[1,2]。

當(dāng)前新建成的配電房已普遍采用智能化建設(shè)方案，對(duì)配電房設(shè)備、配電房環(huán)境能做到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測及控制[3-5]。但是一些老舊配電房和一些戶外獨(dú)立的配電箱等還未做到智能化遠(yuǎn)程監(jiān)測管理，對(duì)這些配電房的運(yùn)維管理還處于定期人工運(yùn)檢，手寫記錄等運(yùn)維方式，這些傳統(tǒng)運(yùn)維方式巡視數(shù)據(jù)采集效率低、工作量大、準(zhǔn)確性差，無法與智能電網(wǎng)的建設(shè)要求相匹配[6,7]。

為進(jìn)一步提高智能配電房的靈活性和可移動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)配電房電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控、行為的安全管控、社會(huì)服務(wù)的高效支撐，從而構(gòu)建更加智能化、可視化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的新型現(xiàn)代化配電房，本文設(shè)計(jì)了一款配網(wǎng)單兵移動(dòng)作業(yè)終端，結(jié)合配網(wǎng)作業(yè)流程，開展智能配電房智能運(yùn)檢技術(shù)的研究。

1 配電房移動(dòng)式智能運(yùn)檢

區(qū)別于傳統(tǒng)配電房智能化在固定位置安裝對(duì)應(yīng)的傳感器和智能電子設(shè)備，本文結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的采集、通信和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，研發(fā)一款輕型化、靈活可移動(dòng)的配電房智能系統(tǒng)[8-10]。

所研發(fā)的移動(dòng)式配電房運(yùn)檢系統(tǒng)，核心是配電房移動(dòng)作業(yè)終端，該移動(dòng)作業(yè)終端具有較強(qiáng)的綜合檢測功能，單臺(tái)設(shè)備便可以檢測配電房主要的檢測內(nèi)容，同時(shí)體積小、便于巡檢員攜帶到現(xiàn)場輪流作業(yè)。

一方面，配電房移動(dòng)作業(yè)終端可作為中壓巡視APP的前置運(yùn)檢終端，運(yùn)檢過程發(fā)現(xiàn)的缺陷情況可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別并上傳系統(tǒng)，簡化缺陷填報(bào)流程，提升工作效率；另一方面，配電房移動(dòng)作業(yè)終端可視為“移動(dòng)版”智能電房方案，其巡視檢測數(shù)據(jù)可通過在線或離線方式上傳到智能電房主站后臺(tái)或智能運(yùn)維平臺(tái)，與智能電房在線監(jiān)測數(shù)據(jù)深度融合，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)的全景展現(xiàn)。

移動(dòng)式配電房運(yùn)檢系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，如圖1所示，配電房移動(dòng)作業(yè)終端由巡檢員攜帶到目標(biāo)配電房，進(jìn)行配電房的氣體檢測、紅外局放檢測等工作，并將檢測數(shù)據(jù)通過WIFI傳送到智能手機(jī)。智能手機(jī)收集移動(dòng)作業(yè)終端和其他檢測設(shè)備的信息后，進(jìn)行配電房運(yùn)檢信息的匯總和本地預(yù)處理，并及時(shí)做出預(yù)警。

圖1 移動(dòng)式配電房運(yùn)檢系統(tǒng)

智能手機(jī)還可以進(jìn)一步將配電房運(yùn)檢信息經(jīng)無線公網(wǎng)上傳到智能配電房主站和管理部門客戶端。智能手機(jī)借助GPRS、4G、5G等無線公網(wǎng)，經(jīng)防火墻將配電房運(yùn)檢信息發(fā)送到電力部門的以太網(wǎng)內(nèi)部總線，實(shí)現(xiàn)配電房運(yùn)檢信息在智能配電房主站和管理部門客戶端等部門的共享[11-13]。

2 移動(dòng)配電房運(yùn)檢的整體結(jié)構(gòu)

移動(dòng)式配電房運(yùn)檢系統(tǒng)解決了老式或者戶外配電房的運(yùn)檢難題，配電房移動(dòng)作業(yè)終端和智能手機(jī)是兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)備（圖2）。配電房移動(dòng)作業(yè)終端集成了紅外測溫、局放測試、遠(yuǎn)程高清視頻、特種照明、AR成像等功能，單臺(tái)設(shè)備便可以實(shí)現(xiàn)配電房開關(guān)柜、變壓器、低壓及其他電氣設(shè)備等主要電氣設(shè)備的巡檢，下文將重點(diǎn)介紹單兵移動(dòng)作業(yè)終端組成。

圖2 移動(dòng)作業(yè)終端+手機(jī)APP的智能配電房整體框架

單兵移動(dòng)作業(yè)終端解決了配電房電氣設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化巡檢問題，但由于配電房狀況多樣化，通常還涉及電房視頻監(jiān)控、電房其他溫濕度監(jiān)測、門禁和煙霧監(jiān)測、空調(diào)和水浸測控等環(huán)境參數(shù)的巡檢，不容易用一臺(tái)設(shè)備適應(yīng)所有配電房的應(yīng)用場景。因此，利用智能手機(jī)的靈活性實(shí)現(xiàn)配電房移動(dòng)巡檢的信息擴(kuò)展。

智能手機(jī)一方面通過單兵移動(dòng)作業(yè)終端收集配電房電氣設(shè)備的運(yùn)檢信息，另一方面通過各種靈活方式收集配電房環(huán)境信息。智能手機(jī)收集到配電房運(yùn)檢信息后，經(jīng)防火墻送入到配電房主站后臺(tái)。

另外在手機(jī)APP端能夠調(diào)用手機(jī)攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)電房現(xiàn)場環(huán)境記錄拍攝。APP通過攝像頭能采集到變壓器、GIS 設(shè)備上安裝的電子銘牌信息，關(guān)聯(lián)到后臺(tái)設(shè)備臺(tái)帳，識(shí)別并獲取設(shè)備信息及測點(diǎn)信息，建立標(biāo)準(zhǔn)測試任務(wù)表格，并將測試數(shù)據(jù)與被測設(shè)備通過電子信息建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

在配電房設(shè)備故障排查作業(yè)中，作業(yè)人員根據(jù)故障點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)判，結(jié)合人工智能在故障排查中的應(yīng)用，作業(yè)人員可快速定位出故障點(diǎn)并迅速解決故障點(diǎn)問題，快速恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)。

配電房運(yùn)檢作業(yè)人員通過運(yùn)檢APP接收到運(yùn)檢任務(wù)時(shí)，作業(yè)人員根據(jù)運(yùn)檢任務(wù)中地址通過運(yùn)檢APP定位導(dǎo)航進(jìn)入到運(yùn)檢任務(wù)中的配電房，打開配網(wǎng)單兵移動(dòng)作業(yè)終端中的紅外熱成像設(shè)備、超聲波、地電波等傳感器，配網(wǎng)單兵移動(dòng)作業(yè)終端陸續(xù)采集到配電房各項(xiàng)目運(yùn)檢數(shù)據(jù)，并通過運(yùn)檢APP展示，對(duì)照運(yùn)檢APP歷史數(shù)據(jù)和各項(xiàng)運(yùn)檢閥值，生成運(yùn)檢報(bào)告并上傳到配網(wǎng)主站,智能手機(jī)運(yùn)檢APP功能如表1所示。

表1 智能手機(jī)運(yùn)檢APP功能

3 單兵移動(dòng)作業(yè)終端

單兵移動(dòng)作業(yè)終端是移動(dòng)式配電房運(yùn)檢系統(tǒng)的核心，該單兵作業(yè)終端針對(duì)配電房電氣設(shè)備的主要運(yùn)檢任務(wù)，集成了紅外測溫、局放測試、遠(yuǎn)程高清視頻、特種照明、AR成像等綜合功能，并將各功能傳感單元微型化、模塊化，可根據(jù)不同任務(wù)選擇不同模塊，整套設(shè)備方便攜帶，輕便小巧。

單兵移動(dòng)作業(yè)終端主要由氣體檢測系統(tǒng)、紅外局放檢測系統(tǒng)和局放檢測系統(tǒng)組成。

3.1 氣體檢測系統(tǒng)

氣體檢測系統(tǒng)采用基于MEMS 技術(shù)與光譜技術(shù)的傳感器，基于人工智能算法，建立狀態(tài)異常智能預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)人工運(yùn)檢配電房時(shí)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的智能化識(shí)別、監(jiān)控和管理[14-17]。如圖3所示，包括氣體（SF6、O3、O2）、環(huán)境溫濕度檢測，構(gòu)建可靠性高，安全性強(qiáng)，監(jiān)測準(zhǔn)確的信息智能識(shí)別與感知網(wǎng)絡(luò)。

圖3 智能配電房運(yùn)檢內(nèi)容

SF6傳感器采用雙光束非分光紅外線（NDIR）檢測技術(shù)， 基于雙光束雙波長紅外測量技術(shù)及高精度數(shù)字處理技術(shù)，集成先進(jìn)的MEMS技術(shù)封；O2探頭采用基于熒光技術(shù)探頭，直接數(shù)字輸出，無需額外電路；O3探頭采用電化學(xué)方案。

3.2 紅外局放檢測系統(tǒng)

紅外熱成像運(yùn)用光電技術(shù)檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號(hào)，經(jīng)過紅外焦平面陣列采集,再通過信號(hào)處理電路進(jìn)行成像、測溫。將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并可以進(jìn)一步計(jì)算出溫度值，使人們可以直接觀察到物體表面的溫度分布狀況[18-20]。

測溫紅外焦平面機(jī)芯模組基于晶圓級(jí)封裝非制冷氧化釩紅外探測器開發(fā)，如圖4所示。采用USB數(shù)字接口輸出，控制接口豐富，操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序、界面程序及外圍電路處理由RK1808 AIoT處理器完成。經(jīng)處理完的圖像及溫度數(shù)據(jù)由WIFI傳輸?shù)紸PP顯示。 APP通過掃描設(shè)備標(biāo)簽，關(guān)聯(lián)到設(shè)備，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試任務(wù)表格采集成像、溫度數(shù)據(jù)。

圖4 氣體檢測系統(tǒng)

3.3 局放檢測系統(tǒng)

局放檢測包括超聲波局放檢測及地電波局放檢測。局放檢測由超聲波/地電波傳感器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),APP局放數(shù)據(jù)顯示模塊組成，檢測原理如圖5所示。

圖5 局放檢測系統(tǒng)

從超聲、地電波傳感器采集的局放信號(hào)都比較微弱，需要放大電路對(duì)局部放電信號(hào)進(jìn)行處理以匹配AD轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)的要求，實(shí)現(xiàn)摸數(shù)轉(zhuǎn)換。放大電路主要是對(duì)信號(hào)的幅值、阻抗進(jìn)行匹配，限制高頻及其他噪聲的干擾。APP通過掃描設(shè)備標(biāo)簽，關(guān)聯(lián)到設(shè)備，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試任務(wù)表格采集各位置局放數(shù)據(jù)。

4 應(yīng)用

以2021年3月10日某次電力巡視對(duì)金雅苑開關(guān)房的G17開關(guān)柜進(jìn)行測量為例子。巡視中，運(yùn)維人員通過檢移動(dòng)作業(yè)終端發(fā)現(xiàn)該開關(guān)柜電纜室局部放最高值達(dá)到巡視中，運(yùn)維人員通過檢移動(dòng)作業(yè)終端發(fā)現(xiàn)該開關(guān)柜電纜室局部放最高值達(dá)到18 dB，屬于局部放電故障區(qū)間；地電波有效值達(dá)到26 dB，屬于地電波故障區(qū)間，如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場應(yīng)用

基層運(yùn)維班組了解相關(guān)情況后，到現(xiàn)場進(jìn)行復(fù)查并在發(fā)隱患第三天安排緊急停 基層運(yùn)維班組了解相關(guān)情況后，到現(xiàn)場進(jìn)行復(fù)查并在發(fā)隱患第三天安排緊急停 基層運(yùn)維班組了解相關(guān)情況后，到現(xiàn)場進(jìn)行復(fù)查并在發(fā)隱患第三天安排緊急停運(yùn)檢修。

經(jīng)停電檢查發(fā)現(xiàn)在纜肘型頭內(nèi)接處存明顯的放電痕跡，如圖7所示，經(jīng)停電檢查發(fā)現(xiàn)在纜肘型頭內(nèi)接處存明顯的放電燒灼痕跡，假如不及時(shí)處理一個(gè)月后將會(huì)出現(xiàn)短路放擊穿絕緣層。

圖7 準(zhǔn)確檢測到的放電痕跡

檢修人員重新制作該電纜終端頭，并給開關(guān)柜重加入 新制作該電纜終端頭，并給開關(guān)柜重加入 SF6氣體，同時(shí)對(duì)配電房重新進(jìn)行土建整改 氣體，同時(shí)對(duì)配電房重新進(jìn)行土建整改 及時(shí)修復(fù)問題。

5 結(jié)語

當(dāng)前老舊配電房和戶外獨(dú)立的配電箱基本還依靠人工運(yùn)檢，配電房運(yùn)檢存在效率低、工作量大、準(zhǔn)確性差等問題，本文研發(fā)一套移動(dòng)式配電房智能運(yùn)檢系統(tǒng)，通過自主研發(fā)的單兵移動(dòng)作業(yè)終端和智能手機(jī)運(yùn)檢APP配合，實(shí)現(xiàn)配電房的高效、準(zhǔn)確運(yùn)檢。

該系統(tǒng)提升運(yùn)檢工作效率。作業(yè)人員只需要在配電房中3～5 min就自動(dòng)采集完所有電房電氣運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、環(huán)境運(yùn)行數(shù)據(jù)，極大提高了運(yùn)檢工作效率，同時(shí)節(jié)省了人工成本。同時(shí)，該系統(tǒng)提升運(yùn)檢管理質(zhì)量，通過數(shù)據(jù)量化收集配電房數(shù)據(jù)，形成過往配電房運(yùn)檢歷史記錄，通過大數(shù)據(jù)分析加工提升了運(yùn)檢管理水平，達(dá)到了設(shè)備管理和人員管理的有效統(tǒng)一，為配電房運(yùn)檢工作決策者提供了決策依據(jù)。并進(jìn)一步提高用戶用電可靠性，通過大量的設(shè)備運(yùn)檢歷史數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備生命周期來判斷設(shè)備在出故障前進(jìn)行維修保養(yǎng)，定期檢修等事前措施，大大提高了設(shè)備可靠運(yùn)行，保證了用戶用電的可靠性，穩(wěn)定性。