智能巡檢系統在變電運維中的應用

吳海濤 王 喬 劉 闖 何利華 曹 倩

（1.國網重慶市電力公司市南供電分公司,重慶 400000；2.國網重慶市電力公司江津供電分公司,重慶 402260；3.北京國網信通埃森哲信息技術有限公司,北京 100000）

智能巡檢系統在變電運維中的應用研究是一個涉及電力安全、智能化技術等多個領域的綜合性研究。隨著電力系統的不斷發展和智能化技術的不斷應用，智能巡檢系統成為提高變電運維效率、保障電力安全的重要手段之一。智能巡檢系統在變電運維中的應用，可以保障電力設備的正常運行，進而提高電力系統的安全性和可靠性。隨著人工智能技術的不斷發展和應用，智能巡檢系統將在變電運維領域中發揮越來越重要的作用。

1 智能巡檢系統概述

智能巡檢系統利用現代技術實現自動巡檢和管理，它基于預設的巡檢路線，通過自動傳輸設備檢測數值、發現異常自動上報等方式，實現對設備、設施、環境等的實時監控和巡檢，同時實現巡檢全過程的可視化和管理。目前，智能巡檢系統逐漸被廣泛應用于各行業領域不同環境場景中，如電力、化工、石油、天然氣、醫療、建筑等，能夠有效替代傳統人工巡檢工作流程，提高巡檢效率和準確性，降低巡檢成本，同時提供數據支持和風險管理[1]。

1.1 工作原理

第一，數據采集模塊。該模塊負責采集巡檢過程中的各種數據，包括傳感器數據、視頻數據、聲音數據等。第二，數據處理模塊。該模塊負責對采集到的數據進行處理和分析，包括數據清洗、數據轉換、數據分析等。第三，智能化識別和診斷模塊。該模塊負責利用人工智能技術對采集到的數據進行分析和識別，以能夠快速準確地診斷問題并提供相應的解決方案。第四，智能化決策和調度模塊。該模塊負責利用人工智能技術對巡檢過程中的情況進行分析和決策，以能夠快速準確地做出調度決策，確保巡檢過程的高效性和安全性。第五，數據可視化和交互模塊。該模塊負責將采集到的數據進行可視化展示，并提供用戶交互功能，以便用戶能夠更好地了解巡檢過程中的情況并進行相應的決策[2]。

1.2 優勢特點

1.2.1 提高運維效率

智能巡檢系統在變電運維中的應用可以提高運維效率。通過智能化的設備和管理工具，運維人員可以更加高效地完成各項任務。例如，智能巡檢系統可以通過自動化檢測和數據分析技術，快速識別變電設備的潛在故障，并在故障發生前進行維護和修復，從而降低故障發生的概率，提高變電設備的運行效率和可靠性。此外，智能巡檢系統可以協助運維人員完成各項巡檢任務，降低人工巡檢的頻率和成本，同時提高巡檢質量。智能巡檢系統在變電運維中的應用可以提高運維質量。通過智能化的設備和管理工具，運維人員可以更加準確地掌握變電設備的狀態和性能，及時發現并處理設備故障，保障變電設備的運行質量和可靠性。同時，智能巡檢系統可以協助運維人員完成各項巡檢任務，降低人工巡檢的頻率和成本，提高巡檢質量和效率。

1.2.2 提高運維安全性

智能巡檢系統可以提高變電運維過程的安全性。通過智能化的設備和工具，運維人員可以更快速地識別和解決問題，縮短故障和停電時間，從而提高電力系統的安全性和可靠性。智能巡檢系統還可以通過無人機、機器人等智能化設備，完成高空、危險區域的巡檢任務，降低運維人員的安全風險。同時，智能巡檢系統可以實時監測變電設備的狀態和性能，及時發現并處理設備故障，保障變電設備的安全運行[3]。

1.2.3 降低運維成本

智能巡檢系統在變電運維中的應用可以有效降低運維成本。傳統變電運維需要人工進行巡檢，這樣容易導致運維人員疲勞、疏忽大意，同時也會增加運維成本。而智能巡檢系統可以通過傳感器、攝像頭等設備對變電設備進行實時監測，及時發現隱患并報警，從而避免故障發生，降低運維成本。此外，智能巡檢系統還可以提高巡檢效率和準確性，降低巡檢人員的勞動強度，同時也可以節約能源和資源，具有良好的經濟效益和社會效益。

2 智能巡檢系統關鍵技術分析

2.1 機器人技術

智能巡檢系統作為一種智能監控系統，利用機器人代替人工進行巡檢以提高巡檢效率和準確性。如圖1所示，機器人是基于仿生學進行設計的，其高約1 m，重達80 kg，運行速度為1 m/s。同時，機器人還可以在-30 ℃與45 ℃的環境中工作，而且溫度測量精度最少2 K，并將信息呈現于主控屏幕上。在智能巡檢系統中，機器人技術的應用需要注意以下幾個關鍵內容：第一，機器人選型，智能巡檢系統中的機器人選型需要考慮機器人的尺寸、重量、速度、精度、可靠性等因素，選擇合適的機器人類型可以幫助實現更高效、準確的巡檢。第二，傳感器技術，機器人巡檢過程中需要使用各種傳感器來獲取環境信息。例如，視覺傳感器可以用于檢測物體、顏色和形狀等信息；激光雷達可以用于測量機器人周圍的距離和方向；加速度計和陀螺儀可以用于測量機器人的運動狀態。第三，數據處理技術，智能巡檢系統中的數據處理技術可以幫助機器人對采集到的信息進行處理和分析，以實現更精準的巡檢。例如，使用機器學習算法可以對采集到的圖像信息進行分類和識別，以便更好地發現設備故障和隱患。第四，運動控制技術，機器人的運動控制技術可以幫助機器人實現精準的路徑規劃和運動控制，以便在巡檢過程中更好地完成任務。例如，使用PID控制器可以實現機器人的運動控制，使其沿著預定的路徑運動，并在遇到障礙物時及時避開。第五，人機交互技術，智能巡檢系統中的人機交互技術可以幫助機器人與人類進行有效的交互和溝通，以便更好地完成巡檢任務[4]。例如，使用語音合成技術和語音識別技術可以實現機器人與人類的語音交互，以便更好地傳達巡檢任務和反饋巡檢結果。

圖1 智能巡檢機器人

2.2 自動化技術

自動化技術是指通過計算機程序和自動化控制系統，實現生產過程的自動化控制和優化。自動化技術的應用可以提高生產效率、降低成本、提高產品質量和安全性，是現代工業發展的重要方向之一。在智能巡檢系統中，自動化技術主要應用于數據采集與處理和自動化控制兩個方面，以實現對巡邏對象的高效、精確、安全監測和管理。數據采集是指從各種傳感器和監控設備（包括攝像頭、紅外熱像儀、激光雷達等）中獲取數據的過程，并對采集到的數據進行數據清洗、數據轉換、數據標注等處理，以便于后續的分析工作。自動化控制是指通過控制器和執行器，實現對巡邏對象的自動化控制和監測，包括自動化定位、自動化識別、自動化報警等。其中，定位是指確定巡邏對象的位置，識別是指對巡邏對象進行自動識別和分類，包括目標檢測、目標跟蹤、目標識別等。在智能巡檢系統中，定位與識別的自動化技術包括目標檢測技術、目標跟蹤技術、目標識別技術等。報警是指當巡邏對象出現異常情況時自動發出警報，控制是指根據警報信息自動采取相應的控制措施，包括停止巡邏對象的運行、發出警報、進行監控等。在智能巡檢系統中，報警與控制的自動化技術包括人工智能算法、自動化控制算法等[5]。在智能巡檢系統中，自動化技術具有廣泛的應用前景，未來經過不斷地拓展應用，將會更好地提高巡檢效率與安全性。

2.3 數據通信技術

數據通信技術是實現智能巡檢系統各模塊之間信息傳遞和數據共享的關鍵，主要負責實現智能巡檢系統中設備或系統之間的數據傳輸和交換。第一，智能巡檢系統中，數據的傳輸必須保證可靠性。因此，數據通信技術需要考慮如何保證數據傳輸的穩定性和安全性，如采用可靠的數據傳輸協議、加密技術等。第二，智能巡檢系統中，需要對設備或系統進行實時監測和控制。因此，數據通信技術需要考慮如何保證數據傳輸的實時性，以確保實時掌控設備或系統的狀態。第三，智能巡檢系統需要對設備或系統進行全方位的監測和控制。因此，數據通信技術需要考慮如何傳輸盡可能多的數據，以獲取更加全面的設備或系統信息。第四，智能巡檢系統需要在保證數據通信技術可靠性、實時性、廣度和深度的同時，考慮數據傳輸的效率和成本。因此，數據通信技術需要考慮采用何種數據傳輸方式，如無線傳輸、有線傳輸等，以及如何降低數據傳輸的成本。

2.4 圖像識別技術

圖像識別技術是智能巡檢系統中的關鍵技術之一，它利用計算機視覺和機器學習技術，對采集到的圖像進行分析和識別，從而對設備進行精準檢測和故障預測。在智能巡檢系統中，圖像識別技術主要發揮如下作用：首先，無人機巡檢是一種常見的智能巡檢方式，其優勢在于可以在短時間內采集大量數據，提高巡檢效率和準確性。圖像識別技術可以在無人機上搭載高清相機進行圖像采集，并對圖像進行分析和識別，從而對設備進行精準檢測。其次，圖像識別技術可以通過分析設備運行時產生的圖像數據，識別出潛在的故障風險，并在設備出現故障前進行預測和預警。這對于保障設備運行安全和延長設備壽命具有重要意義。最后，圖像識別技術可以識別出設備表面的損傷、裂紋和其他缺陷，并根據這些特征進行分析和診斷，以確定設備的故障風險和維修需求。

2.5 運維管理技術

運維管理技術是智能巡檢系統的重要組成部分，它涉及系統維護、設備管理、安全管理、人員管理等方面。第一，設備管理技術是指對設備進行全面管理的技術，包括設備數據采集、設備狀態監控、設備故障診斷、設備維護保養等方面。設備管理技術可以有效地提高設備利用率，降低設備故障率，提高設備運行效率。第二，安全管理技術是指保障設備運行安全的技術，包括設備安全措施、人員安全措施、環境保護措施等方面。安全管理技術可以有效地降低設備運行安全風險，保障人員安全，保護環境。第三，人員管理技術是指對設備運行人員進行全面管理的技術，包括人員數據采集、人員資質認證、人員績效考核等方面。人員管理技術可以有效地提高設備運行效率，降低人員管理成本，提高人員工作效率[6]。

2.6 安全性和隱私保護技術

智能巡檢系統需要采用多種安全技術來保護數據的安全性和隱私，安全性與隱私保護技術主要有以下五個：第一，數據加密技術。由于智能巡檢系統中的數據需要在服務器或者云端進行儲存，所以必須采用相應的數據加密技術來為數據安全性提供保障。利用數據加密技術能夠確保數據進行加密傳輸、儲存，避免數據被竊取、篡改。第二，訪問控制技術。智能巡檢系統中的訪問控制技術可以限制對特定數據的訪問。通過采用基于角色的訪問控制（RBAC）和基于策略的訪問控制（PBAC）等技術，可以控制誰可以訪問哪些數據，以及訪問數據的方式和時間。第三，安全審計技術。智能巡檢系統中的安全審計技術可以記錄和分析安全事件。將每次安全事件的發生時間、地點、人員等信息進行準確記錄，可以對安全事件的來源以及所產生的影響進行科學追蹤、分析，進而更好地識別并消除安全漏洞。第四，物理安全措施。智能巡檢系統的物理安全措施可以確保設備和數據的安全。例如，可以使用防火墻、入侵檢測系統（IDS）和入侵防御系統（IPS）等技術來保護設備和數據的網絡安全。第五，隱私保護技術。智能巡檢系統中的隱私保護技術可以保護用戶的隱私。例如，可以采用加密技術來保護用戶的數據，防止數據泄露或被篡改，還可以采用訪問控制技術來限制對特定數據的訪問，以保護用戶的隱私。

3 智能巡檢系統在變電運維管理中的應用

3.1 智能巡檢機器人

智能巡檢機器人在變電運維管理中的應用越來越廣泛。變電站運維管理中，安全巡檢是非常重要的環節，可以及時發現并處理設備隱患，確保電網運行的穩定和高效。智能巡檢機器人可以采用多種傳感器和技術手段，如激光雷達、攝像頭、聲音傳感器等，對變電站的設備進行實時監測。通過機器人自帶的數據存儲和處理系統，可以將巡檢數據實時上傳至云端進行存儲和分析，以便運維人員及時掌握變電站設備的運行狀況，并進行維護和修理。此外，智能巡檢機器人還可以實現遠程監測和控制，運維人員可以通過云平臺對機器人進行遠程控制和調度，從而實現變電站的智能化運維管理。智能巡檢機器人的應用可以有效提高變電運維管理的效率和可靠性，為電網的安全運行提供有力的保障。

3.2 視頻監控系統

在變電運維管理中，視頻監控系統是一種重要的技術手段，可以實時監控變電設備的運行狀態，及時發現異常情況，提高設備安全性。通過視頻監控系統，運維人員可以遠程查看現場的實時畫面，對設備進行實時監測，確保設備正常運行。同時，視頻監控系統還可以用于事后分析和故障排查，為運維人員提供有力的技術支持。視頻監控系統在變電運維管理中的應用主要體現在以下幾個方面：通過視頻監控系統，運維人員可以實時查看變電設備的運行狀態，及時發現設備的異常情況，如溫度過高、油位過低等，從而及時采取措施，防止設備損壞。視頻監控系統可以對設備的歷史數據進行分析，發現設備的潛在故障風險，提前發出預警信號，幫助運維人員提前采取措施，降低設備故障率。當設備發生故障時，視頻監控系統可以為運維人員提供詳細的故障信息，幫助運維人員進行故障排查和原因分析，提高維修效率。視頻監控系統可以有效防止非法入侵、盜竊等安全事故的發生，保障變電設備的安全運行。通過視頻監控系統，新入職的運維人員可以快速熟悉現場設備的結構、性能等信息，提高運維人員的業務水平。

3.3 數據采集和分析系統

數據采集和分析系統在變電運維管理中用于對變電設備進行智能化監測和巡檢，有助于及時發現設備故障和異常，避免設備故障導致停電和安全事故。數據采集和分析系統是智能巡檢系統的重要組成部分，其主要功能是實時采集變電設備的各種數據，如溫度、濕度、壓力、電流、電壓等，并對這些數據進行分析和處理，提供實時監測和預警功能。通過數據采集和分析系統，智能巡檢系統可以對變電設備進行實時監測。同時，數據分析系統可以對巡檢數據進行分析和處理，提供實時監測和報表自動生成等功能，為變電運維管理提供科學有效的手段和方法。具體來說，數據采集和分析系統可以通過以下方式實現功能：首先，在變電室安裝一套智能網關，用于采集變電設備的各種數據，并將這些數據通過協議轉換、壓縮加密后定時上傳或觸發式上傳到平臺。其次，利用紅外熱成像技術對變電設備進行溫度監測，及時發現設備過熱等異常現象。此外，對接變配電所的智能運維設備，如直流負荷在線監測、主變設備狀態檢測接口、紅外熱成像儀、智能工具柜、無線AP、點巡檢PAD等，采集全部智能巡檢設備信息，并實現與園區管理的互聯互通。最后，系統具備智能分析功能，可將巡檢數據有效整合、關聯，自動分析其變化趨勢和關聯關系，發現數據達到報警閾值時自動發出警報，以便運維人員及時采取措施處理[7]。

3.4 智能化運維管理系統

智能化運維管理系統是一種新型電力運維管理模式，它利用物聯網和信息技術，對變電站設備進行遠程監測和管理，從而實現對設備運行狀態的實時監控、故障實時報警和無人值守等功能。這種系統可以降低人工運維成本，提高設備運行安全性和效率，同時也可以提高電力系統的經濟性。一方面，智能化運維管理系統由多個模塊組成，如數據采集、數據分析、決策支持等，不僅能夠實時監測變電設備運行情況，還能為運維管理人員提供數據分析與決策支持，幫助其制定出更加科學的運維計劃；另一方面，智能化運維管理系統還可以對設備進行自動識別，將數據上傳并分析，及時向運維管理人員發送警報，保障電力運行的安全性、可靠性。

4 結語

綜上所述，智能巡檢系統在變電運維中的應用研究取得了顯著的成果，為變電運維工作提供了科學的方法和手段，提高了運維工作的效率和質量。智能巡檢系統通過對變電設備的日常巡視和監測，及時發現故障隱患，有效地減少了故障的發生，保障了變電設備的正常運行。同時，智能巡檢系統可以對巡視數據進行實時處理和分析，為變電設備的優化運維提供了依據，同時有效促進了運維工作的數字化、智能化和高效化，提高了變電設備的安全性和運行效率，為電力資源供應安全穩定提供了保障。未來，智能巡檢系統在變電運維中的應用將越來越廣泛，隨著技術的不斷進步，智能巡檢系統將會在變電運維中發揮更大的作用，為電力事業的發展做出更大的貢獻。