黃建陽，陳 碩

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司杭州市余杭區(qū)供電公司，浙江 杭州 311100）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展和變電站數(shù)量的不斷增加，變電站的巡檢和維護(hù)工作量越來越大。然而在傳統(tǒng)的人工巡檢中，巡檢人員耗費(fèi)大量時(shí)間和精力，逐個(gè)區(qū)域巡檢所轄變電站。這種方式存在著低效率的問題，無法滿足日益增長的巡檢需求。此外，變電站通常存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，如高溫、高壓環(huán)境或有限制性的空間可能對巡檢人員存在著潛在的危險(xiǎn)。綜上，傳統(tǒng)的人工巡檢方式往往勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、檢測質(zhì)量分散、管理成本高且存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)等明顯不足[1]；因此，尋求一種替代方案以提高巡檢效率和降低安全風(fēng)險(xiǎn)變得尤為重要。

通過設(shè)計(jì)一套變電站輔助控制系統(tǒng)[2]，機(jī)器人巡視代替人工巡視[3]，實(shí)現(xiàn)變電站遠(yuǎn)程巡檢，提高巡檢效率和降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

本文旨利用先進(jìn)的技術(shù)手段，如機(jī)器人、無人機(jī)、監(jiān)控?cái)z像頭和聲紋監(jiān)測裝置等聯(lián)合自動(dòng)巡檢技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)，對區(qū)域變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程巡檢和實(shí)時(shí)監(jiān)測。機(jī)器人或無人機(jī)搭載高清攝像頭和聲紋監(jiān)測裝置，能夠?qū)ψ冸娬具M(jìn)行全方位的巡檢和數(shù)據(jù)采集。監(jiān)控?cái)z像頭和聲紋監(jiān)測裝置實(shí)時(shí)傳輸區(qū)域變電站的信號到區(qū)域巡檢主機(jī)，區(qū)域巡檢主機(jī)負(fù)責(zé)下放控制、巡檢任務(wù)等指令，并接收上送的巡檢數(shù)據(jù)、采集文件等，同時(shí)調(diào)用智能分析主機(jī)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，形成巡檢結(jié)果和巡檢報(bào)告，使運(yùn)維人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測變電站的運(yùn)行情況。

1 系統(tǒng)組成和功能

區(qū)域型智能遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)是基于機(jī)器人、無人機(jī)技術(shù)、監(jiān)控?cái)z像頭和聲紋監(jiān)測裝置等聯(lián)合自動(dòng)巡檢技術(shù)，實(shí)現(xiàn)所轄區(qū)域各個(gè)變電站設(shè)備情況實(shí)時(shí)巡檢，在變電站布局了1 000 多個(gè)巡視點(diǎn)，并通過在變電站部署邊緣巡視主機(jī)，融合視頻監(jiān)控、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控、機(jī)器人巡檢、智能門禁等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全方位智能巡視及監(jiān)控，具備監(jiān)視并獲取儀表數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)識(shí)別、紅外測溫、智能巡檢、人員安全帽識(shí)別、缺陷識(shí)別、視頻顯示、報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)主輔設(shè)備與巡視系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能。

1.1 系統(tǒng)組成

區(qū)域巡檢系統(tǒng)由區(qū)域巡檢主機(jī)、智能分析主機(jī)、攝像頭、機(jī)器人、無人機(jī)等組成，系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 區(qū)域巡檢系統(tǒng)構(gòu)架圖

按照變電站端是否部署邊緣節(jié)點(diǎn)分為邊緣節(jié)點(diǎn)型和直接接入型2 種接入方式，具備數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)巡檢、智能分析、實(shí)時(shí)監(jiān)視、智能聯(lián)動(dòng)等功能，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)變電站的遠(yuǎn)程智能巡檢。

1.2 系統(tǒng)功能

區(qū)域巡檢主機(jī)。區(qū)域巡檢主機(jī)具備多個(gè)變電站的攝像機(jī)、聲紋監(jiān)測裝置等巡檢設(shè)備及邊緣節(jié)點(diǎn)的接入能力，同時(shí)具備巡檢任務(wù)下放、任務(wù)管理、巡檢數(shù)據(jù)采集與接收、巡檢監(jiān)控、調(diào)用智能分析主機(jī)進(jìn)行智能分析、報(bào)告生成以及基礎(chǔ)配置管理等功能。

智能分析主機(jī)。智能分析主機(jī)具備設(shè)備狀態(tài)分析、設(shè)備缺陷分析、人員行為分析、系統(tǒng)安全分析等功能，支持從區(qū)域巡檢主機(jī)獲取待分析圖像或音頻文件進(jìn)行分析。

邊緣節(jié)點(diǎn)。邊緣節(jié)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)所在變電站攝像頭、無人機(jī)、機(jī)器人、聲紋監(jiān)測裝置等巡檢設(shè)備接入的裝置，能夠接收區(qū)域巡檢主機(jī)下發(fā)的模型和控制命令等，并負(fù)責(zé)調(diào)度對應(yīng)的巡檢設(shè)備，完成數(shù)據(jù)采集及上送；同時(shí)還具備靜默監(jiān)視圖片篩選、智能聯(lián)動(dòng)以及巡檢設(shè)備狀態(tài)上送等功能。當(dāng)變電站存在以下需求時(shí)應(yīng)配置邊緣節(jié)點(diǎn)：

變電站內(nèi)主輔設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)有智能聯(lián)動(dòng)或一鍵順控視屏雙確認(rèn)需求時(shí)，應(yīng)配置邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與主輔設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互；

變電站與區(qū)域巡檢主機(jī)網(wǎng)絡(luò)斷鏈時(shí)，有巡檢任務(wù)不間斷需求，應(yīng)配置邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)巡檢任務(wù)自主執(zhí)行；

變電站有無人機(jī)、機(jī)器人、s 級靜默監(jiān)視攝像頭等巡檢設(shè)備時(shí)，應(yīng)配置邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接入和管理。

高清視頻。高清視頻由硬盤錄像機(jī)、高清攝像頭、紅外熱像攝像機(jī)等組成，具備站內(nèi)設(shè)備、環(huán)境、人員的實(shí)時(shí)監(jiān)視、紅外數(shù)據(jù)采集及錄像存儲(chǔ)和回放等功能。攝像機(jī)可采用有線和無線2 種接入方式，其中無線攝像機(jī)應(yīng)滿足入網(wǎng)控制、訪問授權(quán)與認(rèn)證、審計(jì)、保密、禁用端口、網(wǎng)絡(luò)攻擊防御、安全漏洞等信息安全要求。高清視頻在區(qū)域巡檢系統(tǒng)的調(diào)度下，按照既定策略采集圖像、溫濕度等數(shù)據(jù)并上傳。

機(jī)器人巡檢系統(tǒng)。機(jī)器人巡檢系統(tǒng)具備巡檢模型的建立、巡檢任務(wù)調(diào)度及控制、巡檢數(shù)據(jù)采集及上送、系統(tǒng)設(shè)備管理及監(jiān)視、環(huán)境數(shù)據(jù)采集與上送等功能。變電站用機(jī)器人主要分為輪式機(jī)器人和軌道式機(jī)器人2 種類型，其中輪式機(jī)器人主要用于設(shè)備紅外測溫、表計(jì)識(shí)別、巡檢點(diǎn)位補(bǔ)強(qiáng)、應(yīng)急監(jiān)視；軌道式機(jī)器人主要用于室內(nèi)屏柜或高壓開關(guān)柜等設(shè)備日常巡檢。

無人機(jī)巡檢系統(tǒng)。無人機(jī)巡檢系統(tǒng)主要用于站內(nèi)高空構(gòu)筑物、設(shè)備等可見光巡檢、紅外測溫等，可按照指定的預(yù)設(shè)航線執(zhí)行巡檢任務(wù)，完成數(shù)據(jù)采集并上送，同時(shí)具備飛行狀態(tài)、任務(wù)進(jìn)度等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互及無人機(jī)的存放管理、電能管理、機(jī)巢內(nèi)環(huán)境管控等功能，其中系統(tǒng)軟件可采用集中式部署或站端分布式部署。

2 系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

2.1 視頻調(diào)閱

區(qū)域巡視主機(jī)向站端視頻采集設(shè)備下發(fā)調(diào)閱指令，獲取視頻數(shù)據(jù)，對攝像機(jī)進(jìn)行云鏡控制前，查詢攝像機(jī)所在任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)，限制調(diào)閱者對處于執(zhí)行任務(wù)中攝像機(jī)的云鏡控制功能，當(dāng)任務(wù)結(jié)束后，被調(diào)閱攝像機(jī)恢復(fù)云鏡控制功能，如圖2 所示。

圖2 視頻調(diào)閱流程圖

2.2 例行巡視

邊緣節(jié)點(diǎn)型的巡視流程：區(qū)域巡視主機(jī)下發(fā)已編輯完成的巡視任務(wù)，邊緣節(jié)點(diǎn)根據(jù)任務(wù)執(zhí)行策略調(diào)度站內(nèi)巡視設(shè)備，開展聯(lián)合巡視作業(yè)，將巡視數(shù)據(jù)、采集文件等上送至區(qū)域巡視主機(jī)，區(qū)域巡視主機(jī)調(diào)用智能分析主機(jī)對巡視數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，生成巡視報(bào)告，流程如圖3 所示。

圖3 邊緣節(jié)點(diǎn)型例行巡視流程圖

直接接入型的巡視流程：區(qū)域巡視主機(jī)制定任務(wù)策略，直接調(diào)度站內(nèi)巡視設(shè)備開展聯(lián)合巡視作業(yè)，并將巡視數(shù)據(jù)、采集文件等上送到區(qū)域巡視主機(jī)，區(qū)域巡視主機(jī)調(diào)用智能分析主機(jī)對巡視數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，生成巡視報(bào)告。流程如圖4 所示。

圖4 直接接入型例行巡視流程圖

2.3 靜默監(jiān)視

邊緣節(jié)點(diǎn)型：在站端邊緣節(jié)點(diǎn)和巡視設(shè)備均未執(zhí)行各種任務(wù)時(shí)，邊緣節(jié)點(diǎn)接收攝像機(jī)執(zhí)行靜默監(jiān)視所采集的圖片，完成圖片篩選，并將篩選后的圖片上傳至區(qū)域巡視主機(jī)，區(qū)域巡視主機(jī)調(diào)用智能分析主機(jī)實(shí)現(xiàn)對圖片的進(jìn)一步智能分析，生成告警信息。流程如圖5 所示。

圖5 邊緣節(jié)點(diǎn)型靜默監(jiān)視運(yùn)行流程圖

直接接入型：在區(qū)域巡視主機(jī)和直接控制的巡視設(shè)備均未執(zhí)行各種任務(wù)時(shí)，區(qū)域巡視主機(jī)直接控制變電站內(nèi)視頻設(shè)備采集圖片，區(qū)域巡視主機(jī)調(diào)用智能分析主機(jī)將采集的圖片進(jìn)行智能分析，生成告警信息。流程如圖6 所示。

圖6 直接接入型靜默監(jiān)視流程圖

2.4 智能聯(lián)動(dòng)

主輔設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)由正向隔離裝置發(fā)送聯(lián)動(dòng)信號至邊緣節(jié)點(diǎn)，邊緣節(jié)點(diǎn)收到聯(lián)動(dòng)信號后轉(zhuǎn)發(fā)至區(qū)域巡視主機(jī)并開始執(zhí)行聯(lián)動(dòng)任務(wù)；區(qū)域巡視主機(jī)根據(jù)需求通過圖像采集設(shè)備獲取視頻數(shù)據(jù)。流程如圖7 所示。

圖7 邊緣節(jié)點(diǎn)型智能聯(lián)動(dòng)流程圖

2.5 一鍵順控視頻確認(rèn)

一鍵順控視頻確認(rèn)判據(jù)應(yīng)與遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)復(fù)用，區(qū)域巡視系統(tǒng)中邊緣節(jié)點(diǎn)通過正向隔離裝置接收主輔設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的順控操作聯(lián)動(dòng)信號，并轉(zhuǎn)發(fā)至區(qū)域巡視主機(jī)，區(qū)域巡視主機(jī)和邊緣節(jié)點(diǎn)收到聯(lián)動(dòng)信號后按需通過圖像采集設(shè)備獲取視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行界面展示；邊緣節(jié)點(diǎn)根據(jù)任務(wù)執(zhí)行策略調(diào)用巡視設(shè)備完成圖像數(shù)據(jù)采集并將圖像數(shù)據(jù)立即上送至區(qū)域巡視主機(jī)，區(qū)域巡視主機(jī)調(diào)用智能分析主機(jī)完成圖像分析并生成順控確認(rèn)反饋文件，并將文件送至邊緣節(jié)點(diǎn)；主輔設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)反向隔離裝置獲取順控確認(rèn)反饋文件。流程如圖8 所示。

圖8 一鍵順控視頻雙確認(rèn)流程圖

3 遠(yuǎn)程智能巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用

浙江220 kV 某變電站建設(shè)并應(yīng)用遠(yuǎn)程智能巡檢系統(tǒng)，遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)由1 臺(tái)巡檢機(jī)器人、108臺(tái)高清視頻設(shè)備、油色譜在線監(jiān)測、振動(dòng)監(jiān)測、鐵芯接地電流在線監(jiān)測、SF6壓力在線監(jiān)測、微氣象等組成。巡檢內(nèi)容全面覆蓋主變等大型充油設(shè)備及GIS、主變低壓側(cè)無功等設(shè)備外觀類巡視項(xiàng)目，通過遠(yuǎn)程智能巡視，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)巡視、智能識(shí)別、異常分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能聯(lián)動(dòng)等功能，輔助運(yùn)檢人員開展日常巡視工作，提升變電站設(shè)備監(jiān)控及巡視質(zhì)量，通過遠(yuǎn)程巡視和自動(dòng)巡檢，實(shí)現(xiàn)全站設(shè)備例行巡視由機(jī)器完成。

表1 任務(wù)執(zhí)行情況

3.1 例行巡視應(yīng)用

遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)主要具備例行巡視、特殊巡視及固定點(diǎn)巡視3 大功能。例行巡視方面，每日對主變進(jìn)行1 次例行巡視，自動(dòng)生成巡檢報(bào)告，運(yùn)維人員對巡檢報(bào)告中異常數(shù)據(jù)進(jìn)行核查，確認(rèn)完畢后完成自動(dòng)巡視任務(wù)。特殊巡視方面，具備巡視任務(wù)定制及臨時(shí)啟動(dòng)功能，運(yùn)維人員提前編制特殊巡視任務(wù)，針對突發(fā)異常情況，可在后臺(tái)臨時(shí)建立特巡任務(wù)、確定巡視周期并啟動(dòng)下發(fā)巡視任務(wù)，對異常設(shè)備進(jìn)行高頻次特殊巡視。固定點(diǎn)巡檢方面，在遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)建立完整巡視點(diǎn)位，運(yùn)維人員可快速定位相應(yīng)設(shè)備，查看實(shí)時(shí)畫面，確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)。

遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)投運(yùn)以來，根據(jù)巡視需要共編制全站開關(guān)位置巡視、開關(guān)油壓抄錄、瓦斯繼電器巡視、套管油位抄錄、主變油溫表/油位表抄錄等多項(xiàng)巡視任務(wù)。根據(jù)國家電網(wǎng)公司遠(yuǎn)程智能巡視替代大型充油設(shè)備例行巡視工作要求，及時(shí)調(diào)整了巡視任務(wù)，在原任務(wù)的基礎(chǔ)上增加了主變例行巡視任務(wù)。

目前該變電站已實(shí)現(xiàn)“視頻 + 機(jī)器人”對設(shè)備外觀巡視全覆蓋，主變區(qū)域覆蓋全部人工例行巡視點(diǎn)位，替代率為100%，并將油色譜、鐵芯夾件、主變振動(dòng)等在線監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步接入輔控系統(tǒng)，及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部異常缺陷。

同步建立“機(jī)器 + 人工”核查機(jī)制，由機(jī)器開展實(shí)時(shí)圖像采集信息與歷史數(shù)據(jù)比對分析，由人工定時(shí)開展?jié)B漏油等巡視項(xiàng)目人工核查，進(jìn)一步補(bǔ)齊系統(tǒng)短板。實(shí)用化運(yùn)行期間，共計(jì)開展遠(yuǎn)程巡視任務(wù)149 項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷2 項(xiàng)，如表1 所示。

3.2 站端缺陷圖像識(shí)別算法應(yīng)用

遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)從2022 年10 月啟動(dòng)，至2023 年9 月期間的運(yùn)行中，結(jié)合現(xiàn)場巡視業(yè)務(wù)情況，開展針對性巡視任務(wù)驗(yàn)證對比。經(jīng)驗(yàn)證，油污（漏油）識(shí)別率/準(zhǔn)確率為76%/70%，設(shè)備工況識(shí)別率/準(zhǔn)確率為85%/80%；蓋板破損或缺失、箱門閉合異常、絕緣子破損等4 類識(shí)別率/準(zhǔn)確率良好，均高于84%；其余濃煙、表計(jì)、狀態(tài)指示等識(shí)別5 類識(shí)別率/準(zhǔn)確率較高，均達(dá)到90%以上。

3.3 遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)運(yùn)行期間，攝像機(jī)錄像完整率達(dá)96.80%，平均在線時(shí)長1 854.95 h，累計(jì)離線19 次，連續(xù)正常運(yùn)行最高天數(shù)78 天，累計(jì)自檢正常85 天，累計(jì)正常巡視天數(shù)85 天，任務(wù)漏檢率5.84%，任務(wù)執(zhí)行閉環(huán)率91.54 %，告警準(zhǔn)確率93.81 %；機(jī)器人平均在線時(shí)長1 815.7 h，累計(jì)離線21 次，連續(xù)正常運(yùn)行最高天數(shù)62 天，累計(jì)自檢正常82 天，累計(jì)正常巡視天數(shù)84 天，任務(wù)漏檢率7.11%，任務(wù)執(zhí)行閉環(huán)率85.14%，告警準(zhǔn)確率90.32%，如表2 所示。

表2 系統(tǒng)可靠性情況

3.4 巡視報(bào)告示例

遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)生成的巡視報(bào)告詳細(xì)巡視記錄了各個(gè)設(shè)備位置指示、信號燈指示、儀表示數(shù)、設(shè)備外觀以及設(shè)備運(yùn)行環(huán)境綜合分析，展示異常點(diǎn)位匯總記錄，再展示待人工確認(rèn)點(diǎn)位匯總（經(jīng)過審核的最終版巡視報(bào)告不包含此項(xiàng)），最后展示正常點(diǎn)位匯總。巡視報(bào)告示例分報(bào)頭信息和數(shù)據(jù)信息，如表3、表4 所示。

表3 巡視報(bào)告報(bào)頭信息

表4 巡視報(bào)告數(shù)據(jù)信息

綜上，變電站遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)滿足業(yè)務(wù)需求，通過利用機(jī)器聯(lián)合替代人工巡視，極大地提高了設(shè)備巡視效率，提升了運(yùn)維工作質(zhì)量，強(qiáng)化了對變電設(shè)備的管控力。在全面巡視方面，運(yùn)維人員僅需完成現(xiàn)場開箱、小室開柜檢查等巡視工作，大大減輕巡視工作量；例行巡視方面，表計(jì)檢查和抄錄工作全部由機(jī)器替代；應(yīng)急巡視方面，通過制定機(jī)器專項(xiàng)巡視策略，派發(fā)應(yīng)急巡視任務(wù)，顯著降低了主變等設(shè)備的異常檢查和人工巡視的風(fēng)險(xiǎn)，保障運(yùn)維人員人身安全。

通過對實(shí)際變電站的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該區(qū)域型智能遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)的可行性和有效性。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出變電站的異常情況，并及時(shí)向集控站發(fā)送警報(bào)。與傳統(tǒng)的人工巡檢相比，系統(tǒng)顯著縮短了巡檢的時(shí)間，提高了效率，同時(shí)降低了人工巡檢的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

區(qū)域型遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)，在傳統(tǒng)變電站裝上了監(jiān)控視頻，能夠?qū)⒃O(shè)備位置指示、信號燈指示、儀表示數(shù)、設(shè)備外觀以及設(shè)備運(yùn)行環(huán)境綜合分析給出判斷，將同期同類型的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，形成設(shè)備報(bào)告，并由運(yùn)維人員進(jìn)行遠(yuǎn)程分析研判，科學(xué)高效定位設(shè)備隱患缺陷及其發(fā)展趨勢，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速處置、精準(zhǔn)管控。通過遠(yuǎn)程智能巡視系統(tǒng)，可以分析9 類設(shè)備狀態(tài)，識(shí)別17 類設(shè)備缺陷、4 類人員違章行為，可對積水、煙火、小動(dòng)物等3類環(huán)境問題實(shí)時(shí)報(bào)警，智能巡視系統(tǒng)還可對站內(nèi)巡視機(jī)器人遠(yuǎn)程下達(dá)巡視任務(wù)，自動(dòng)完成巡視任務(wù)，生成巡視報(bào)告，替代25 項(xiàng)人工例行巡視項(xiàng)目，大大提升設(shè)備巡檢質(zhì)效。

通過對實(shí)際變電站的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該區(qū)域型智能遠(yuǎn)程巡檢系統(tǒng)的可行性和有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分證明，該系統(tǒng)具備出色的性能和功能，能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出變電站的異常情況，并迅速向集控中心發(fā)送警報(bào)信息，與傳統(tǒng)的人工巡檢相比，該系統(tǒng)帶來了顯著的改進(jìn)。