500kV變電站智能化運(yùn)檢管理

梁 韻，陳婉婷

（國網(wǎng)四川省電力公司超高壓分公司，四川成都 610000）

0 引言

目前，500 kV 變電站運(yùn)維班組仍采用傳統(tǒng)的以人力投入為主的管理模式，變電設(shè)備的運(yùn)檢工作量日益繁重、安全風(fēng)險高，龐大的設(shè)備規(guī)模與有限的運(yùn)檢資源之間矛盾日益突出，先進(jìn)管理理念、技術(shù)方法應(yīng)用不足，管理水平、生產(chǎn)效率等方面與國際領(lǐng)先的戰(zhàn)略目標(biāo)仍然存在差距[1]。需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變班組管理思維，優(yōu)化頂層設(shè)計管理方式，充分調(diào)動班組人員的自我革新意識，激發(fā)內(nèi)生動力，推進(jìn)班組管理由被動監(jiān)管向自主管理邁進(jìn)[2]。

數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用使作為新型生產(chǎn)要素的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)過集成、共享與挖掘后，從根本上改變了傳統(tǒng)的基于人工與經(jīng)驗的生產(chǎn)力方式[3]。進(jìn)而衍生的數(shù)字化班組以新一代設(shè)備資產(chǎn)精益管理系統(tǒng)（PMS3.0）、移動作業(yè)平臺為支撐，按照貼近基層、貼近設(shè)備的原則，深化“大云物移智”信息通信新技術(shù)與傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)融合，加快設(shè)備智能化升級、管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推進(jìn)班組業(yè)務(wù)在線化、狀態(tài)可視化、作業(yè)移動化建設(shè)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)智能研判、現(xiàn)場作業(yè)精準(zhǔn)管控、管理決策協(xié)同高效。

從2020 年初，國網(wǎng)四川超高壓公司（以下簡稱“公司”）主動探索，在深化智能運(yùn)檢體系建設(shè)，推進(jìn)現(xiàn)代信息通信技術(shù)深度融合應(yīng)用等多方面試點，不斷提升電網(wǎng)全息感知能力、靈活控制能力，為班組設(shè)備管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定了堅實的基礎(chǔ)，并取得了一定成效。

1 數(shù)字化班組管理模式構(gòu)建思路

本文提出一種基于物聯(lián)體系架構(gòu)開展的數(shù)字化班組建設(shè)模式。整體規(guī)劃由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層4 個層次組成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、加工及展示，服務(wù)于數(shù)字化班組建設(shè)，改變現(xiàn)有設(shè)備管理專業(yè)班組管理模式，推進(jìn)班組業(yè)務(wù)管理模式的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)班組數(shù)字化賦能（圖1）。按照公司PMS3.0頂層設(shè)計，以業(yè)務(wù)應(yīng)用需求和設(shè)備管理效率提升為指導(dǎo)，建立數(shù)字化班組建設(shè)動態(tài)分析機(jī)制，不斷迭代，推進(jìn)班組業(yè)務(wù)模式數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2 數(shù)字化班組管理模式實施框架

2.1 變電設(shè)備全面監(jiān)控

依托集控站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站主輔設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視、操作控制與運(yùn)維分析功能，加強(qiáng)對電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)的實時感知，提升監(jiān)控人員工作效率，確保電網(wǎng)設(shè)備的穩(wěn)定、正常運(yùn)行。通過站內(nèi)Ⅰ、Ⅱ區(qū)采集執(zhí)行單元、測控裝置、在線監(jiān)測裝置等設(shè)備，采集變電站主輔設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合集控站監(jiān)控系統(tǒng)多窗口融合展示方式，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)全景展示。結(jié)合設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、實時量測數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，對設(shè)備實時健康狀態(tài)和短周期趨勢變化進(jìn)行分析，并對設(shè)備狀態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行預(yù)警推送，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)智能預(yù)警。

通過配置聯(lián)動策略，實現(xiàn)集控站監(jiān)控系統(tǒng)與在線智能巡視系統(tǒng)之間聯(lián)動，在主設(shè)備變位、異常告警等情況下，快速啟動視頻攝像機(jī)定位到具體設(shè)備，實現(xiàn)關(guān)聯(lián)設(shè)備動態(tài)跟蹤。將變電站現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程、事故應(yīng)急預(yù)案、站用電交直流系統(tǒng)圖等資料上傳集控站監(jiān)控系統(tǒng)，方便檢索查詢，并能結(jié)合具體事件特征主動推送，輔助監(jiān)控人員處置當(dāng)班運(yùn)行事件，實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控智能輔助。自動統(tǒng)計電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行方式變化、電壓曲線、無功設(shè)備動作次數(shù)、異常與事故跳閘、缺陷等信息，生成監(jiān)控班值班日志，實現(xiàn)無紙化交接班。

2.2 變電設(shè)備精益運(yùn)維

依托PMS3.0、集控站監(jiān)控系統(tǒng)等手段，實時掌握變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，支撐運(yùn)維人員開展設(shè)備巡視、倒閘操作、故障及異常處理、設(shè)備維護(hù)等工作，實現(xiàn)變電設(shè)備精益運(yùn)維、專業(yè)管理數(shù)字化。應(yīng)用巡檢機(jī)器人、高清視頻、紅外云臺等手段，按計劃對站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行自主巡視，生成巡視記錄，主動推送告警記錄，減少人工巡視和帶電檢測頻次，實現(xiàn)巡視業(yè)務(wù)人機(jī)協(xié)同。通過PMS3.0 移動應(yīng)用開展設(shè)備巡視、倒閘操作、設(shè)備維護(hù)、工作票等作業(yè)內(nèi)外網(wǎng)移動端錄入，實現(xiàn)臺賬信息自動匹配、關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)自動回傳、設(shè)備狀態(tài)實時同步、歷史記錄自動獲取、作業(yè)計劃主動告知，實現(xiàn)運(yùn)維作業(yè)移動化。利用監(jiān)控班設(shè)備狀態(tài)智能預(yù)警功能，運(yùn)維人員現(xiàn)場復(fù)核，在移動端完成缺陷錄入，在線調(diào)取設(shè)備缺陷處理進(jìn)度，實現(xiàn)設(shè)備缺陷動態(tài)跟蹤。利用集控站監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)用所轄變電站站端一鍵順控服務(wù)，轉(zhuǎn)變設(shè)備狀態(tài)，完成遠(yuǎn)方“一鍵”倒閘操作，實現(xiàn)倒閘操作安全高效。利用電網(wǎng)設(shè)備實物ID 全流程貫通應(yīng)用，實現(xiàn)交接試驗報告電子化移交，運(yùn)維人員通過移動終端調(diào)用驗收標(biāo)準(zhǔn)卡，根據(jù)設(shè)備資產(chǎn)清冊開展現(xiàn)場驗收工作，詳細(xì)記錄驗收中發(fā)現(xiàn)的問題并跟蹤后期整改記錄，做到驗收過程閉環(huán)管控。利用集控站監(jiān)控系統(tǒng)、PMS3.0 智能分析功能，對變壓器、斷路器、GIS、隔離開關(guān)、互感器等主設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)實時診斷和劣化動態(tài)跟蹤監(jiān)視，推送運(yùn)維優(yōu)化策略，實現(xiàn)故障異常智能研判（圖2）。

圖2 變電設(shè)備精益運(yùn)維架構(gòu)

3 數(shù)字化班組管理模式主要內(nèi)容

以“云大物移智”新技術(shù)為依托，構(gòu)建以巡檢機(jī)器人、無人機(jī)、視頻、在線監(jiān)測等智能裝備組成的多維立體巡檢系統(tǒng)。結(jié)合精準(zhǔn)三維建模技術(shù)，實現(xiàn)站內(nèi)無人機(jī)自主飛巡，自主建立全方位立體巡檢任務(wù)，倒閘操作及異常事故時多維聯(lián)動等功能。解決電網(wǎng)規(guī)模增長與人員配置、可靠供電與安全風(fēng)險、傳統(tǒng)運(yùn)檢模式與新物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)之間的矛盾。探索變電站狀態(tài)全面感知、數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用，達(dá)到創(chuàng)新運(yùn)檢模式、提升運(yùn)檢質(zhì)效的目的。

3.1 解決傳統(tǒng)巡視盲點

依托變電站三維航線規(guī)劃、自主智能巡檢等關(guān)鍵技術(shù)，通過部署無人機(jī)自動化機(jī)場、高精度可見光和雙光無人機(jī)、無人機(jī)智能巡檢管控平臺等，建立無人機(jī)智能巡檢作業(yè)和管理體系，實現(xiàn)多機(jī)型協(xié)同作業(yè)以及無人機(jī)巡檢任務(wù)遠(yuǎn)程下發(fā)、無人機(jī)巡檢任務(wù)自動執(zhí)行、巡檢過程實時監(jiān)控、巡檢成果數(shù)據(jù)自動回傳等功能。同時，為構(gòu)建人工巡檢、機(jī)器人巡檢、空間機(jī)器人巡檢的“三位一體”變電站新型巡檢模式奠定基礎(chǔ)，解決現(xiàn)有人工巡視模式效率低、作業(yè)風(fēng)險大的問題。針對變電站特殊的工況環(huán)境和巡檢需求，以科技手段為依托，部署無人機(jī)智能巡檢整體裝備，包括RTK 高精度定位的可見光及雙光多旋翼無人機(jī)、三維航線規(guī)劃系統(tǒng)及無人機(jī)自動駕駛系統(tǒng)以及無人機(jī)機(jī)巢，解決現(xiàn)有變電站巡檢無人機(jī)只能巡視可見光的缺陷，無法滿足多樣化巡檢任務(wù)、無人機(jī)續(xù)航能力短等行業(yè)痛點，快速構(gòu)建變電站機(jī)巡能力。

3.2 無人機(jī)自主飛巡

采集高精度激光點云數(shù)據(jù)，利用三維航線規(guī)劃軟件進(jìn)行巡檢航線規(guī)劃。將無人機(jī)巡檢航線上傳至管控平臺，管控平臺可遠(yuǎn)程向無人機(jī)或機(jī)巢下發(fā)巡檢任務(wù)（圖3）。無人機(jī)接收到機(jī)巢傳送的任務(wù)指令，協(xié)調(diào)機(jī)巢內(nèi)各機(jī)構(gòu)智能控制為無人機(jī)起飛準(zhǔn)備條件，在適飛條件下自動起飛，并按既定的巡檢路線完成飛巡作業(yè)任務(wù)。無人機(jī)在作業(yè)過程中，平臺能實時監(jiān)測無人機(jī)飛行及機(jī)巢的運(yùn)行狀態(tài)，并實時查看無人機(jī)回傳的現(xiàn)場作業(yè)圖傳視頻，對巡檢作業(yè)進(jìn)行實時監(jiān)控。待巡檢任務(wù)完成后，無人機(jī)將自動返回機(jī)巢，實現(xiàn)精準(zhǔn)降落，并自動將巡檢成果數(shù)據(jù)上傳至智能管控平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)范化數(shù)據(jù)管理，變電站無人機(jī)巡檢無人化、自動化巡檢。

圖3 無人機(jī)自主飛巡建設(shè)架構(gòu)

3.3 建立變電站三維模型

根據(jù)地面激光掃描儀及無人機(jī)搭載的多線激光雷達(dá)獲取的變電站三維激光點云數(shù)據(jù)，進(jìn)行激光點云去噪、糾偏、復(fù)核等預(yù)處理及精度校正操作（圖4）。

圖4 變電站三維模型

在獲取激光點云數(shù)據(jù)時，由于觀測條件、儀器設(shè)備自身及外界環(huán)境條件的影響，一般會掃入一些噪聲點，這些噪聲數(shù)據(jù)將影響特征點提取和三維航線規(guī)劃的精度。因此，在三維航線規(guī)劃前，應(yīng)針對不同的點云類型采取不同的去噪方法。從有序點云為例，因為有序點云中數(shù)據(jù)之間的位置關(guān)系一般比較有規(guī)律，去噪方法也都針對此特點設(shè)計，例如平均鄰域法、最小二乘法、孤立點排異法等。

還可以根據(jù)二維圖像中的一些方法進(jìn)行三維擴(kuò)展設(shè)計局部算子，對有序點云數(shù)據(jù)中摻雜一小塊無序數(shù)據(jù)的情況進(jìn)行去噪處理。平均濾波、中值濾波、高斯濾波、最小二乘濾波以及卡爾曼濾波算法等是處理這種情況的常用平滑濾波算法。而對于散亂、無序的點云數(shù)據(jù)，常用的算法包括基于小波分析和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的去噪方法、拉普拉斯算法、雙邊濾波算法和均勻曲率流算法、均值漂移算法等。

4 結(jié)束語

本文提出的研究旨在解決理清數(shù)字化班組建設(shè)管理思路，構(gòu)建以巡檢機(jī)器人、無人機(jī)、視頻、在線監(jiān)測等智能裝備組成的多維立體巡檢系統(tǒng)。結(jié)合精準(zhǔn)三維建模技術(shù)，實現(xiàn)站內(nèi)無人機(jī)自主飛巡，自主建立全方位立體巡檢任務(wù)等功能，融合運(yùn)檢業(yè)務(wù)無紙化、數(shù)字化。結(jié)合公司生產(chǎn)實際需要，滿足班組數(shù)字化建設(shè)需求，完善變電站智能運(yùn)檢管理體系，全力保障公司戰(zhàn)略有效落地。