變電站聯(lián)合巡視系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

王欣，邵海飛，李浩濤，謝斌，楊克虎

（云南電網(wǎng)有限責任公司，云南 昆明 650217）

0 前言

隨著技術(shù)的發(fā)展，針對變電站巡檢的手段及智能終端越來越多，目前主要包括視頻巡視、機器人巡視、智能巡檢終端，及未來涌現(xiàn)出更多的巡視手段。現(xiàn)階段“各自為政”的巡視方式不能滿足巡視覆蓋率及巡視有效性的分析，存在多種巡視方式從開始到執(zhí)行過程及結(jié)果無法統(tǒng)一，會產(chǎn)生巡視盲區(qū)。本文重點通過對聯(lián)合巡視的變電智能巡視平臺設(shè)計方法，利用巡視任務(wù)動態(tài)編排、巡視結(jié)果一體化處理等技術(shù)，結(jié)合視頻巡視、機器人巡視、無人機方式，開展巡視數(shù)字化體系設(shè)計、巡視數(shù)字化模型構(gòu)建、巡視結(jié)果多源異構(gòu)分析等技術(shù)研究及巡視平臺的架構(gòu)、功能設(shè)計。

1 聯(lián)合巡視系統(tǒng)總體設(shè)計

基于變電運行管理辦法，構(gòu)建變電聯(lián)合巡視運行體系，采用聯(lián)合巡視手段，解決當前當前巡視所面臨的問題。主要以巡視管理要素為指南，確保巡視的數(shù)字化。具體通過確定巡視標準化模型，并與在運的每臺設(shè)備開展關(guān)聯(lián)匹配，結(jié)合實際的巡視路線及點位要求，配置智能傳感器、攝像頭、機器人、無人機等終端作為巡視方式開展巡視，巡視結(jié)果輸出到統(tǒng)一的服務(wù)平臺，開展應用分析及巡視新模式探索，逐步實現(xiàn)變電站內(nèi)巡視工作無人化替代。為保證聯(lián)合巡視實現(xiàn)預期目標，在建設(shè)過程中必須嚴格把握“基于問題、實用化”的思路，從運行人員需求出發(fā)，合理合理選擇無人機、視頻監(jiān)控巡視預置點位，充分發(fā)揮各種巡視途徑的優(yōu)勢。

為滿足智能巡視要求，通過構(gòu)建三層數(shù)字化模型以及一條數(shù)據(jù)通道的聯(lián)合巡視管理，依據(jù)運行管理辦法、巡視管理要素、變電站設(shè)備要素三個層級為一體的管理要求及標準規(guī)范，構(gòu)建對應的管理模型、標準化臺賬、巡視標準模型、設(shè)備對象數(shù)字化等模型，實現(xiàn)管理要求與設(shè)備對象、屬性、行為及服務(wù)的有效關(guān)聯(lián)，應用信息匯聚、聯(lián)動匹配、多種組合及設(shè)備能力匹配等技術(shù)，實現(xiàn)管理的層層解耦。當巡視完成以后，通過構(gòu)建一條數(shù)據(jù)通道實現(xiàn)的巡視結(jié)果存儲及分析，采用高度集合的方式實現(xiàn)巡視結(jié)果的跨域融合及標準化封裝，保證巡視結(jié)果通過自下而上的匯聚，通過信息匯聚、分發(fā)、分析處理后，通過信息解耦，構(gòu)建的內(nèi)循環(huán)自學習機制實現(xiàn)巡檢路徑、聯(lián)合巡檢及巡視方式優(yōu)化，反向指導巡視的解耦過程，在應用過程中不斷積累運行數(shù)據(jù)實時修正分析及識別模型，逐步滿足生產(chǎn)運行管理辦法所設(shè)置的管理目標。

2 聯(lián)合巡視功能設(shè)計

2.1 聯(lián)合巡視布點

依據(jù)巡視管理及巡視要素等要求，借助變電站三維模型，針對開關(guān)場、高壓室、主控室等區(qū)域開展巡視點位設(shè)計。布點過程中融合無人機、攝像頭、機器人在“空天地”坐標位置的特點及各自的優(yōu)勢。針對視頻點位確定，通過考慮槍機、球機、云臺的分辨率、鏡頭焦距、云臺角度等參數(shù)，基于點云LAS文件構(gòu)建變電站三維模型，采用拖動的方式，實現(xiàn)點位仿真設(shè)計，最終找到最佳點位。在無人機航點布置過程中，重點考慮了視頻巡視的的盲點，在三維模型上通過航點規(guī)劃，實現(xiàn)每條航線的飛行路徑及預計停留時間，預估能夠覆蓋的主變外觀、表計、散熱，站用變，斷路器、隔離開關(guān)開合、絕緣子外觀等，確定無人機的站內(nèi)、站外初步航點。針對無線測溫需求、機器人地面行走優(yōu)勢，重點關(guān)注高壓室、主控室等區(qū)域，初步找出無人機、視頻無法覆蓋的點位，開展機器人的初步行走路徑設(shè)計。

2.2 巡視要素管理

開發(fā)變電巡視要素管理模塊，依據(jù)巡視管理要求，實現(xiàn)變電站內(nèi)各專業(yè)設(shè)備的巡視要素的管理。開發(fā)巡視對象管理模塊，實現(xiàn)每個設(shè)備的巡視要求，巡視點位，巡視設(shè)備，巡視預置點位的管理。與視頻、機器人、無人機通過API接口對接的，可通過平臺開展巡視點位配置、云臺控制、航線規(guī)劃等。在巡視管理過程中，根據(jù)每個變電站的實際情況，同時可以借助三維模型開展巡視點位的確定，巡視預置點位的設(shè)置，巡視航點的規(guī)劃等，確保巡視點位與預置點位的匹配。當巡視效果不佳時，運行人員通過進入該功能模塊，在不用到現(xiàn)場的情況下即可對設(shè)備的預置點位進調(diào)整，以保證巡視覆蓋率及巡視效果。

2.3 聯(lián)合巡視任務(wù)動態(tài)編排

通過獲取巡視計劃平臺的日常巡視、夜間巡視、詳細巡視、專業(yè)巡視、動態(tài)巡視等巡視等計劃，通過文本比對方式實現(xiàn)巡視任務(wù)及計劃的快速關(guān)聯(lián)。要想實現(xiàn)用戶自定義的任務(wù)編排，因此開發(fā)了巡視任務(wù)編排模型，可實現(xiàn)用戶參與設(shè)計巡視的關(guān)鍵要素，實現(xiàn)工作對象與工作地點、巡視設(shè)備、巡視方式的有機關(guān)聯(lián)及有效巡視。基于標準化封裝、設(shè)備能力匹配、動態(tài)編排、跨域融合等方式，形成統(tǒng)一的巡視業(yè)務(wù)支撐底座，支撐快速構(gòu)建上層巡視方式應用，有效支撐場景更復雜、需求更多樣的新的巡視業(yè)務(wù)需求。

圖2 巡視任務(wù)編排模型圖

圖3 聯(lián)合巡視通訊組網(wǎng)圖

2.4 聯(lián)合巡視網(wǎng)絡(luò)通道構(gòu)建

通過構(gòu)建聯(lián)合巡視的網(wǎng)絡(luò)通道，保證無人機、機器人巡視執(zhí)行及巡視結(jié)果上傳的無線通道，保證視頻上傳巡視視頻信息的有線通道。包括后臺通訊屏柜，并設(shè)計網(wǎng)絡(luò)控制箱，每個控制箱都具備無線AP、光纖、網(wǎng)線通訊功能，分為2組環(huán)網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)控制箱采用長條設(shè)計垂直安裝。機器人及無人機通過無線WIFI通信，天線用射頻信號饋線連接，從控制箱引出安裝在控制箱旁邊。視頻攝像頭及云臺直接通過光纖或網(wǎng)線接入控制箱，從后臺屏柜光纖交換機引出光纖通過地下室通訊箱內(nèi)的光纖熔接盒，與每個控制箱相連接，最終組成光纖環(huán)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)控制箱中安裝有光纖環(huán)網(wǎng)交換機，組網(wǎng)連接時，控制箱采用手拉手連接方式，與后臺屏柜的光交換機組成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)設(shè)計模式。

2.5 聯(lián)合巡視執(zhí)行

聯(lián)合巡視執(zhí)行主要包括，巡視任務(wù)下發(fā)、巡視執(zhí)行、巡視過程監(jiān)視等功能。通過與視頻、機器人、無人機、變電站微氣象裝置等輔助設(shè)備開展API接口或者協(xié)議對接，實現(xiàn)巡視點位的同步、巡視任務(wù)下發(fā)、巡視過程監(jiān)視、巡視環(huán)境監(jiān)控等功能。

圖4 聯(lián)合巡視執(zhí)行流程圖

2.6 巡視結(jié)果一體化處理

圖5 巡視分析模型圖

巡視的目的是為了觀測設(shè)備的是否存在異常或缺陷情況，分析其缺陷是否會影響電網(wǎng)運行異常。通過接入機器人、無人機、智能終端、攝像頭及輔助設(shè)備數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化及分結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過開發(fā)缺陷識別模型、標記識別模型，獲取表計的讀數(shù)，將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與設(shè)備建立映射關(guān)系，通過關(guān)聯(lián)設(shè)備歷史缺陷庫、設(shè)備隱患庫、設(shè)備異常日志等信息，可得出一份覆蓋面比較全的巡視分析報告。同樣也可以通過巡視分析模塊，針對以上結(jié)果集對巡視開展更為全面的分析，其中包括：機器巡視未覆蓋的點位清單、機巡覆蓋率、缺陷趨勢分析、下一步終端需要巡視的任務(wù)計劃等。

3 應用效果

基于變電站聯(lián)合巡視系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，通過應用到某35 kV變電站，該站內(nèi)共有2個電壓等級，35 kV系統(tǒng)為單母線接線方式，有進出線2回，分別連接著110 kV某變和110 kV某變，2臺主變壓器，變電總?cè)萘繛?000 kVA；10 kV系統(tǒng)為單母線接線方式，有10 kV出線6回。

圖6 聯(lián)合巡視布點

使用無人機采集變電站環(huán)境數(shù)據(jù)，通過計算機三維建模，形成了精細的變電站三維模型。在變電站列表中選擇變電站，進入變電站的全景監(jiān)控頁面，通過界面左側(cè)的設(shè)備臺賬模塊可以選擇查看相應設(shè)備的設(shè)備信息、預置點位信息，比如，選擇35 kV1號主變壓器，會彈出1號主變的簡要信息，如設(shè)備廠家、出廠日期及型號等設(shè)備信息，在界面右側(cè)有相關(guān)1號主變關(guān)聯(lián)的設(shè)備缺陷及固有風險提示，此時可以針對以上設(shè)備綜合信息開展預置點位及航線的的規(guī)劃設(shè)計。變電站內(nèi)設(shè)備多、分布廣，呈高低錯落布置，無人機需要在復雜的環(huán)境里來回穿梭，既要選取最佳拍照角度，又要兼顧與帶電設(shè)備保持足夠的安全距離，飛行導航控制難度非常大。與此同時，變電站內(nèi)飛行環(huán)境復雜、定位精度要求高大，飛機失控撞上帶電設(shè)備后果嚴重。有了高精度的三維模型之后，采取分層分級、優(yōu)勢互補的思路在模型中設(shè)置分行航線及取照航點，通過一個取舍，一個確保的原則開展點位設(shè)定工作。

全站需要巡視的點位有525個，因35 kV沒有機器人，主要采用了“無人機+視頻巡視”的方式。其中視頻巡視共設(shè)16個點位，其中包含球機6個，云臺3個，槍機7個，已覆蓋了332個巡視點位巡視總用時20分13秒。無人機巡視共設(shè)置兩條航線，共46個航跡點，共拍攝照片58張，航線長度151.61米，執(zhí)行航線時間4分32秒。全站內(nèi)需要巡視的點位，包括主變外觀、表計、散熱，站用變，斷路器、隔離開關(guān)開合、絕緣子外觀等，以及相對應的熱成像，點位選取盡可能獲取較大范圍內(nèi)的巡視，同時，無人機巡視解決了視頻巡視的盲點，視頻+無人機的聯(lián)合巡視系統(tǒng)建成后，在沒有機器人的情況下，基本覆蓋站內(nèi)的72%的巡視點位。

通過聯(lián)合巡視應用后得到了良好的應用效果，實現(xiàn)管理流、計劃流、數(shù)據(jù)流、設(shè)備流的多流信息匯聚及關(guān)聯(lián)，然后將數(shù)據(jù)流、設(shè)備流與巡視終端匹配，實現(xiàn)巡視的數(shù)字化及智能化分析應用。

4 結(jié)束語

通過系統(tǒng)的實施，實現(xiàn)了巡視管理要求的數(shù)字化管控模式，構(gòu)建變電站聯(lián)合巡視系統(tǒng)，可關(guān)聯(lián)巡視計劃，聯(lián)動視頻、機器人、智能終端、無人機等巡視設(shè)備去完成對應的巡視任務(wù)，實現(xiàn)巡視結(jié)果統(tǒng)一輸出、管控目標。保證了巡視工作的真實有效進行，為缺陷、風險點及檢修管理等工作提供了及時可靠的數(shù)據(jù)，明顯提高了變電站巡視工作的智能化水平。在企業(yè)內(nèi)廣泛開展變電站聯(lián)合巡視系統(tǒng)的構(gòu)建，將有效提供巡視效率及完整性，有利于提高變電運行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，實現(xiàn)“設(shè)備狀況一目了然、風險管控一線貫穿、 決策指揮一體作戰(zhàn)”的目標。