變電站智能巡檢設備關鍵技術探析

國網東北分部綠源水力發電公司太平灣發電廠 崔杰連 蘇有權 孫皓晨

設備巡檢屬于日常進行變電運維的一個主要構成部分，旨在及時了解最新的變電站運行情況及安全隱患，從而為其運行安全提供保障。現階段，迅速進步發展的電力信息系統進一步提高了變電站的智能化水平，最具代表性就是智能巡檢設備，以此保證電力系統運行。

1 簡析應用的必要性

電力系統能切實促進社會經濟的高速發展，其中任何環節發生故障問題均會造成連鎖反應，由此造成停電以及巨大的經濟損失。變電站屬于實現配電網連接主電網的一個核心設施，做好日常的維護及監控巡查工作能保障電力系統更加安全穩定地運行。以往電站采取的巡視及檢查方式主要依靠人工，有關人員憑借自己的經驗進行定性判斷，由此對設備所處的運行狀態展開分析。此方式可在一定程度上起到預期效果，但仍存在一定弊端，常見有較大勞動強度、相對分散的巡檢工作、相較單一的巡檢方法等，同時在具體進行檢測時由于出現人為失誤，導致存在不穩定性因素，檢測數據難以精確、及時、地輸送至信息系統中。

普及推廣的無人值守方法，客觀上巡檢人員會增大工作量，無法有效保證巡檢工作的精準率及到位率。同時山區、高原等區域的地理條件較為較惡劣，采取人工巡檢的模式風險重重；針對暴雨、大風及暴雪等天氣情況，很難保障及時進行變電站的巡檢工作。出于填補傳統巡檢方法的不足、更好地滿足供電需求，則應在巡檢工作中有效運用智能設備，依托無人機、地面巡檢設備等降低工作負擔，這樣在少人或無人值守的高壓設備可甄別其中存在的缺陷及問題，在此基礎上觸發報警達到減員增效的效果。

2 簡析設備主要功能

導航。通過發揮這一功能作用，關于該設備依據已設定的途徑，憑借改變參數的方式實現設備狀態的調整，讓設備可執行行駛等一系列動作，同時依據路面的具體參照障礙位置規劃最合適的行駛路徑；檢測。實現這一功能應有效運用傳感設備、紅外熱像設備等，進而及時找出設備損傷或是發熱等故障，同時充分發揮傳感設備的作用，提供可靠的各類數據。

控制。指技術人員可在后臺對設備實際運行情況實時監控，通過以手動方式實現設備主體的調控，并且調用各項設備功能，從而達到人機互動的目的；數據庫。這一功能可把巡檢工作中得到的信息及時存儲，由此為技術人員后續的查詢應用提供幫助；自動報警。當設備存在的故障問題被巡檢設備找出，便會在第一時間發出警報。

障礙清除。現階段無人機逐漸變成一種特殊性的巡檢設備，一方面可將巡檢空間拓展，另一方面會提高巡檢工作的智能化水平。如，國內某些地區范圍內的高壓線，通常掛帶孔明燈等各種雜物，要是不能及時處理很容易造成跳閘、短路等現象。以往采用的巡檢清除手段會涉及一些高位作業例如登塔、出線等，清除時間相對較長且效率偏低，若能利用無人機設備的噴火消缺性能，便會在幾分鐘內清理垃圾。其對噴火的時間、位置精準控制，控制著火點為400℃，但高壓線實際熔點超過600℃，因此短時間內不會由于燃燒而影響到高壓線后續使用；自動充電。此類設備通常會配置車載蓄電池，一般情況下充電30min可工作5h左右，在電量臨近警戒狀態時會自動返回進行電能補充。

3 簡析相關關鍵技術

3.1 視覺導航

這一技術是巡檢設備在規劃完成的路徑范圍，通過設備系統當中的CCD攝像頭拍攝、實現視頻圖像的提取和有關路徑的識別，從而引導設備依據規劃好的突進行駛，出色完成具體的巡檢工作任務。在技術使用過程中，實時穩定性針對巡檢設備工作效果起到十分重要的影響。現階段出現一種以模糊邏輯為基礎的視覺導航技術，通過使用此方法在較大光照強的環境下也可起到理想導航目的：在預先規劃的路線上完成導引線的鋪設，通過CCD攝像機收集視頻圖像，同時依據這些信息通過色彩分割技術處理；通過有關算法將圖像干擾消除，這樣可科學檢測導引線；通過以模糊邏輯為主的控制算法，輔助巡檢設備對導引線進行自動跟蹤，同時依據視覺導航出現變化的參數實針對運動狀態及時調整，這樣讓其在導引線的科學引導下，依據已規定的路線開展巡檢工作。

3.2 紅外熱圖像處理

在設備具體運行中自然會出現一些參數變化，如壓力值、負荷等的變化。在大部分情況下，借助設備所處的運行狀態能判斷有沒有異常，通常是監測設備的運行溫度加以明確。針對智能巡檢設備進行巡檢的過程中，通過這一關鍵技術處理現場設備，在儀器設備的幫助下得到溫度特點信息，其體現方式為熱成像分布圖；在此基礎上，巡檢設備會把這些信息傳輸給終端設備，同時智能化處理分析相應信息，精確判斷出存在的設備故障。因為變電站所處的現場環境條件相對復雜，在具體監測工作中設備很容易遭受外界干擾，這樣會直接影響到灰度值的最終測量效果，很難保證計算的升溫度值準確度。因此，若要將該問題有效改善、提升計算精確度，則要圍繞熱圖像信息進行去燥及強化效果工作。

移動攝像機采集監控視頻數據信息后處理熱圖像，首先對圖像顏色加以校正，同時采取增強、平滑處理等相關算法來去噪處理，這樣圖像能更加清晰真實，方便工作人員識別；通過濾波和分割等相關算法，提取降噪處理完成的熱圖像，也就是首先對圖像進行分割，其次提取圖像的有關特征，最后依據特征進行分析并將具體的熱缺陷位置明確，在將定位信息發送的同時提供報警；采集歸納有關事故信息后存入到數據庫中，但不可直接使用紅外圖像信息，而要經過相應的處理。當前一些研究人員通過混沌神經網絡融合計算圖像信息，讓其本有價值充分發揮。

3.3 巡檢無人機

巡檢無人機主要構成部分如下：

地面站。其和無人機進行實時通信，確保依據預先設計的航跡和時間飛行。通過地面站的有關程序便能制定具體的無人機巡檢策略，同時結合其所配備的GPS、飛行模塊和測量單元等，實現設備航行路線的設定；無人機。主要負責裝載驅鳥器、攝像機和紅外成像設備等，部件主要包含電池、電機、云臺以及飛控模塊等；紅外成像設備。針對變電設備進行紅外成像處理，通過設備溫度對設備具體運行情況進行判斷，例如導電性與絕緣性等。一般會使用致冷型紅外成像設備，由此控制測量范圍是-40～550℃，且將USB接口用于傳輸數據的端口。

運動攝像機。用于檢查配備內部的隔離開關、斷路器設備等，且判斷具體的設備運行情況，像素為1200萬、傳輸效率為30Mb/s、傳輸數據端口是AV接口；驅鳥設備。主要驅趕變電站范圍內的鳥類，防止鳥類與鳥巢引發短路事故。通過有效利用驅鳥設備，如采取聲光或超聲模式，其通過開關的切換便能轉變驅鳥模式。該設備使用1.5V干電池，同時以支架將其固定在機架上。

3.4 巡檢機器人

巡檢機器人屬電力機器人中的一類，能取代由人工進行檢測過程中的難、急、險等工作。其擁有可見光CCD攝像機等相關采集設備，并通過遙控或者是自主方式來巡檢少人或無人值守的高壓設備。相比人工巡檢機器人做到了互聯網技術和人工智能有機結合，這在一定程度上提高了變電站管理工作的智能化水平。與此同時，引入機器人能大幅度提升檢測和管理工作的安全性、智能性，能處理人工巡檢存在的低效率、較大勞動強度等問題。此外，運用機器手臂技術，能在一定程度上降低人工帶電工作中的安全隱患，避免因不謹慎操作而造成的傷亡事故。

另外，巡檢機器人能進行“無軌”巡檢，也就是在巡檢工作中能和軌道相脫離，進一步擴大巡檢范圍，從而減少人工巡檢造成的誤差。關于信息的高度保密性，有必要在設備終端以及通信終端安設加密系統，從而避免位置遭到泄露。依托加密系統，能大幅度提升信息數據的保密性。通過巡檢機器人更好地輔助巡視工作，能及時將設備存在的熱缺陷等異常清楚找到，降低設備運行中出現的隱患，切實提升巡視質量及效率，達到減員增效的效果。

巡檢系統的主要組成部分為：應用層。基站防、火防盜監控，設備運行環境監控，領導遠程巡視，其他業務應用；控制層。變電站巡檢管理平臺（各類控制與操控設備、存儲設備、顯示設備等）；網絡層。IP網絡傳輸（網絡設備+傳輸介質）設備層。智能巡檢機器人、視頻監控設備、安全防范設備。

導航定位。此類機器人是一種地面機器人，在關鍵技術的相關研究中處在核心位置應是導航定位技術，其是實現自由移動、高度智能化的關鍵技術。因變電站環境會受到電磁波的干擾，出于讓機器人更好地完成巡檢任務目的，則應擁有較高可靠性，較強抗干擾能力。現階段巡檢機器人主要采取的導航方式是磁軌、激光等導航技術。如激光導航，主要是因激光具備的不發散性，精確定位當前機器人的位置及航向，然后借助相關運算實現導航。突出優勢為不易遭受電磁干擾，實現精確定位，靈活的路徑選擇等；主要缺陷是較高成本，較為嚴苛的環境要求，很容易受到天氣情況影響，難以有效運用到室外環境。針對磁軌導航而言，將磁性材料安裝在路面，利用機器人的磁傳設備進行位置偏移檢測，由此讓機器人依據設定的路線行駛。主要優勢為原理可靠簡單，較高定位精度，不足之處是較大的鋪設量而且路徑缺少靈活性。

檢測功能。在具體工作過程中，通過不同類型的檢測技術進行檢測結果的有機融合，在此基礎上分析一次用電設備的實際運行情況。當中最關鍵的技術便是紅外熱系統，能通過探測設備接收來自物體發出的紅外線，用于對物體實時熱像的感知，這樣能將物體運行狀態實時反饋出來。至于其中的攝像設備能收集外觀照片，讓其同系統分析獲得的圖像有機結合，這樣便可將發生故障的位置精準找到，關于聲音收集設備，得到設備在運行中的聲音，通過人工智能將其特征向量提取出來，通過科學分析后能判斷設備所處的運行狀態。

控制功能。一般控制功主要分為自動與手動這兩種控制方式。其中的手動控制指的是，利用計算機控制端實現云端操作從而對移動路徑進行控制，這樣機器人能巡視設定的設備；前者指在正式工作前需進行巡檢路徑的設置，機器人依據具體路徑便能進行自動巡檢、識別等。本文認為巡檢機器人的未來發展趨勢如下：擁有更加靈活的移動平臺。由于變電站所處位置復雜的地面情況，移動平臺應提高越障與驅動能力，進一步提升設備的執行效率，同時還應深入研究組合導航技術，旨在讓機器人可合理規劃巡視路徑；更加智能的數據分析。不斷提升以現有模板為基礎的識別算法的科學性，旨在讓模式識別具備更高的成功率，另外還應進行以設備紋理、形狀特征為基礎的技術研究，讓機器依據設備類型進行針對性學習。

綜上，對比以往采取的人工巡檢法，當前使用的智能巡檢具有較高靈活性，在一定程度上降低運行工作壓力，避免發生不必要的安全事故，防止人為失誤造成的影響，也有利于對變電站進行一體化的運行維護。基于此應高度重視智能巡檢設備，與此同時加大優化創新其關鍵技術的研究力度，從而提升巡視工作質量，促進國內變電站的建設發展。