摘" 要：變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運行對電力企業(yè)的安全生產(chǎn)及電網(wǎng)穩(wěn)定具有至關(guān)重要的影響。隨著電網(wǎng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變及設(shè)備規(guī)模的大幅增長，以往的變電運維管理模式與設(shè)備快速增長的矛盾日益凸顯。推進變電站智巡系統(tǒng)的建設(shè)，可以為變電站的安全運行和設(shè)備維護提供新的手段和工具，形成一套“智巡為主、人巡為輔”的變電運維巡檢模式，有效解決人員巡視效率低、局限性大的問題，推動電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展。該文結(jié)合智能巡視技術(shù)，對變電站智能巡視系統(tǒng)的總體架構(gòu)及各功能模塊設(shè)計思路與關(guān)鍵技術(shù)進行闡述，為加速電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考。

關(guān)鍵詞：變電站；智能巡視；應用研究；數(shù)字化；變電運維

中圖分類號：TM63" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）06-0024-04

Abstract： Substation is an important component of the power system， and its safe and stable operation has a crucial impact on the safety production of power enterprises and the stability of the power grid. With the transformation of the development mode of the power grid and the significant increase in equipment scale， the contradiction between the previous substation operation and maintenance management mode and the rapid growth of equipment is becoming increasingly prominent. Promoting the construction of intelligent inspection system for substations can provide new means and tools for the safe operation and equipment maintenance of substations， forming a set of substation operation and maintenance inspection mode of \"intelligent inspection plus human inspection\"， effectively solving the problems of low efficiency and limitations of personnel inspection， and promoting the high-quality development of the power grid. This article combines intelligent inspection technology to elaborate on the overall architecture and design ideas and key technologies of each functional module of the substation intelligent inspection system， providing reference for accelerating the digital transformation of the power grid.

Keywords： substation; intelligent inspection; application research; digitalization; substation operation and maintenance

近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，變電站數(shù)量快速增加，有數(shù)據(jù)顯示自2012年以來國家電網(wǎng)公司35 kV及以上變電站增長約30.5%，人均運維工作量大幅增加，傳統(tǒng)的巡視方式耗時耗力，且無法覆蓋全面，容易出現(xiàn)查看信息不快捷、漏檢、錯檢等現(xiàn)象。因此，用智能巡視代替人工巡檢已經(jīng)成為大勢所趨，是保證變電站、電網(wǎng)安全運行的必然選擇[1]。

變電站智能巡視系統(tǒng)通過各類高清攝像機和室內(nèi)外巡檢機器人對現(xiàn)場巡視點位進行抓圖和視頻錄制，利用人工智能圖像識別技術(shù)，對設(shè)備、人員、環(huán)境和缺陷等進行智能化分析判斷，從而實現(xiàn)變電站的智能化遠程巡視。

1" 變電站智能巡視系統(tǒng)

1.1" 系統(tǒng)架構(gòu)

變電站智能巡視系統(tǒng)由巡視主機、智能分析主機、機器人、無人機、攝像機和聲紋監(jiān)測裝置等組成[2]，包括單站型和區(qū)域型2種部署方式。單站型部署方式一般應用于500（330） kV及以上變電站，由站內(nèi)巡視主機下發(fā)控制、巡視任務等指令，由機器人、攝像機和無人機開展室內(nèi)外設(shè)備聯(lián)合巡視作業(yè)，并將巡視數(shù)據(jù)和采集文件等上送到巡視主機，巡視主機和智能分析主機對采集的數(shù)據(jù)進行智能分析，形成巡視結(jié)果和巡視報告。區(qū)域型部署方式一般應用于220 kV及以下變電站，由區(qū)域巡視主機接入多個變電站攝像機，完成遠程巡視等功能，站內(nèi)部署邊緣節(jié)點完成和主輔設(shè)備監(jiān)控、機器人和無人機等裝置的交互[3]。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.2" 接口配置

變電站智能巡視系統(tǒng)部署在變電站安全生產(chǎn)IV區(qū)，按照功能部署，可分為與上級系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互、與安全生產(chǎn)II區(qū)的數(shù)據(jù)交互、與巡檢裝置的數(shù)據(jù)交互、與智能分析主機數(shù)據(jù)交互[4]。

1）與上級系統(tǒng)交互接口采用TCP協(xié)議傳輸任務管理、遠程控制、模型同步等指令，上級系統(tǒng)從巡視主機獲取巡視信息、告警信息、巡視點位等信息，并下發(fā)巡視任務及配置策略。

2）與安全生產(chǎn)II區(qū)數(shù)據(jù)交互采用正反向隔離裝置實現(xiàn)主輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與巡視主機的通信。正向傳輸時采用UDP協(xié)議獲取監(jiān)控狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，反向隔離時采用CIM/E語言格式實現(xiàn)反向聯(lián)動、順控視頻確認信號的傳輸。

3）與巡檢裝置的數(shù)據(jù)交互包括機器人、攝像機、無人機及聲紋裝置的交互：與機器人及無人機接口采用TCP傳輸協(xié)議，下發(fā)對機器人及無人機的控制、巡視任務等指令，接收其巡視數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)；采用FTPS等安全文件傳輸規(guī)范，接收可見光照片、紅外圖譜等文件；與攝像機等視頻系統(tǒng)接口采用TCP/UDP傳輸協(xié)議，獲取攝像機的視頻和紅外圖譜，并實現(xiàn)對攝像機的控制；與聲紋裝置接口采用TCP/UDP傳輸協(xié)議，獲取聲音監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4）與智能分析主機接口：采用TCP傳輸協(xié)議，向智能分析主機發(fā)送識別分析任務指令，接收識別分析結(jié)果數(shù)據(jù)， 文件傳輸接口采用FTPS協(xié)議。

2" 系統(tǒng)功能

變電站智能巡視系統(tǒng)通過各類高清攝像機和室內(nèi)外巡檢機器人對現(xiàn)場巡視點位進行抓圖和視頻錄制，利用人工智能圖像識別技術(shù)，對設(shè)備、人員、環(huán)境和缺陷等進行智能化分析判斷，從而實現(xiàn)變電站的智能化遠程巡視[5]。

2.1" 智能巡視

變電站智能巡視系統(tǒng)通過人工智能技術(shù)的應用，實現(xiàn)可視化巡視圖像的數(shù)據(jù)采集、智能識別、自動分類、數(shù)據(jù)分析，配合自主巡視任務制定，實現(xiàn)例行巡視、特殊巡視、專項巡視、自定義巡視及靜默監(jiān)視。按照任務優(yōu)先級進行任務處理，若新任務優(yōu)先級較高，暫停當前任務立即執(zhí)行優(yōu)先級高的任務。任務優(yōu)先級見表1。通過設(shè)置智能巡視任務、執(zhí)行方式、執(zhí)行周期、執(zhí)行策略有效降低運維人員巡視工作量和巡視壓力，實現(xiàn)巡檢的全覆蓋。

2.2" 智能識別

變電站數(shù)據(jù)分析對象包括變壓器本體及套管、斷路器、開關(guān)柜、隔離開關(guān)、電流（壓）互感器、避雷器、電容器、電抗器、母線及絕緣子和消弧線圈等各類設(shè)施及線路，采用可見光分析方式對設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)及人員行為等進行缺陷分析[6]。變電站典型缺陷類型見表2。

2.3" 圖像識別算法評價

巡視主機將采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到智能分析主機后，智能分析主機能根據(jù)接收到的圖像和視頻流對特定分析類型進行識別和判別，并將結(jié)果回傳給巡視主機。主要包括圖像識別評估和圖像判別評估。

2.3.1" 圖像識別算法評價

圖像識別算法評價指標包括模型檢出率、模型誤檢率及平均計算時間。

1）算法輸出的正確識別框數(shù)量與驗證集的標注框數(shù)量的比值稱為檢出率，計算公式為

式中：M1表示算法輸出的正確識別框數(shù)量，T表示被測場景的標注框數(shù)量。

2）算法輸出的錯誤識別框數(shù)量與算法輸出的識別框數(shù)量的比值稱為誤檢率，計算公式為

式中：M2表示算法輸出的識別框（正確識別和錯誤識別）數(shù)量。

3）算法計算總時間與驗證集圖像數(shù)量的比值稱為平均計算時間。

2.3.2" 圖像判別算法評價

圖像判別算法評價指標包括漏檢率、誤檢率及平均計算時間。

1）驗證集的標注框數(shù)量和算法輸出的正確識別框數(shù)量的差值與驗證集的標注框數(shù)量的比值稱為漏檢率，計算公式為

2）算法輸出的錯誤識別框數(shù)量與算法輸出的識別框數(shù)量的比值稱為誤檢率，計算公式為

3）算法計算總時間與驗證集圖像數(shù)量的比值稱為平均計算時間。

2.4" 智能聯(lián)動

主輔設(shè)備監(jiān)控通過正向隔離裝置將主設(shè)備變位信號、越限信號、監(jiān)控告警信號及遙控預置等信號發(fā)送到巡視主機，巡視主機接收到來自主輔設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動信號后，自動生成巡視任務。根據(jù)指定的聯(lián)動信號和點位關(guān)系執(zhí)行任務，實現(xiàn)主設(shè)備SCADA監(jiān)控系統(tǒng)變位信號和保護告警信號聯(lián)動及與輔控系統(tǒng)天氣、消防、安防和門禁等狀態(tài)聯(lián)動功能。同時巡視主機將巡視過程中采集到的隔離開關(guān)分合閘狀態(tài)判別結(jié)果傳輸給主輔設(shè)備監(jiān)控，配合采用視頻為一鍵順控確認判據(jù)的變電站執(zhí)行一鍵順控操作，實現(xiàn)與一鍵順控系統(tǒng)聯(lián)動功能。

3" 典型試驗

3.1" 試驗平臺

為驗證變電站智能巡視系統(tǒng)的功能應用，實驗室選擇某生產(chǎn)廠家樣品按照500（330） kV及以上變電站配置進行環(huán)境搭建，試驗環(huán)境配置見表3。

試驗環(huán)境中配置了17類變電站典型識別場景，接入巡檢點位數(shù)量20 000個，同時提供了上千張包含正確和錯誤的圖片進行圖片識別機圖像判別模擬。

3.2" 應用效果

通過試驗驗證，配置的變電站智能巡視系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的優(yōu)先級執(zhí)行任務巡視，緊急情況下，允許巡視系統(tǒng)管理員權(quán)限賬號接管現(xiàn)場控制權(quán)。支持主輔設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與巡視主機之間互相發(fā)送聯(lián)動信號功能。在站端進行一鍵順控操作時，巡視系統(tǒng)收到相關(guān)信號后能夠觸發(fā)聯(lián)動，對相應設(shè)備（隔離開關(guān)、斷路器、主變等）的監(jiān)控場景在同一頁面上進行關(guān)聯(lián)性顯示，并顯示對該設(shè)備的智能分析結(jié)果。

圖像識別及圖像判別性能見表4。

參照國家電網(wǎng)有限公司《500（330）千伏及以上變電站遠程智能巡視系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范（試行）》中對圖像識別及判別的性能技術(shù)要求：算法模型平均檢出率不應低于80%，算法模型平均誤檢率不應高于30%，單張圖片算法模型平均運行時間應小于500 ms。試驗平臺提供的巡視系統(tǒng)圖片判別算法模型平均檢出率未滿足標準要求，分析其原因主要為深度學習算法還不完善，需建立更為全面和完善的深度學習模型架構(gòu)，通過模型結(jié)構(gòu)調(diào)整、損失函數(shù)修正等手段不斷提高算法性能。

4" 結(jié)論

本文介紹了變電站遠程智能巡視系統(tǒng)的架構(gòu)及其主要功能、性能，智能巡視系統(tǒng)的部署改變了變電運維巡檢傳統(tǒng)模式，不僅提高變電站巡視效率及安全性，更推動了電網(wǎng)的數(shù)字化管理水平。最后通過配置變電站智能巡視實驗室典型測試環(huán)境，對關(guān)鍵功能和性能做出驗證，期望為后續(xù)智能巡視系統(tǒng)的大范圍推廣提供實驗支撐。

參考文獻：

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[3] 鄧鎮(zhèn)明.變電站智能運檢監(jiān)控系統(tǒng)及其圖像識別技術(shù)的研究[D].廣州：華南理工大學，2020.

[4] 鄒文俊，孫曉平，楊大中.智能巡視系統(tǒng)在220 kV智慧變電站的建設(shè)與應用[J].電工技術(shù)，2024（8）：99-102.

[5] 張宇澤，蒙高鵬，安瑞.基于自組織特征映射的變電站巡視周期分類研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2020（14）64-65，68.

[6] 戴鴻健，陳宇，趙斌.變電站巡檢中無人機智能巡視系統(tǒng)的應用[J].儀器儀表用戶，2024，31（1）：73-75.

第一作者簡介：許夢陽（1990-），女，碩士，高級工程師。研究方向為智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)測試及電力系統(tǒng)產(chǎn)品軟件測試。