電網基建項目全過程智能化監控技術

李芳亞，胡 雯，吳 優，楊 帆，歐陽俊杰

（國網湖北省電力有限公司孝感供電公司，湖北 孝感 432000）

1 電網基建項目全過程智能監控系統建設目標

電網基建項目全過程智能監控系統主動將數字化和智能化融入生產營銷、產業協作等方面，并能有效構建科技成果及知識產權系統，提升企業核心競爭力[1]。在組建和培養了一批專項技術研發人員和運維服務人員，有效地提升了公司科技研發創新能力的同時，它從戰略層面明確新型電力系統建設的基礎設施、技術框架、演進路徑等，推動電網高質量數字化轉型。該系統的研究目標是深入推進智能化和信息化融合，以“互聯網+”為基礎，深化大數據、云計算、物聯網、移動互聯技術應用，提升制造環節的信息化支撐能力和產品智能化水平。該系統研究的內容主要是從下列2個大方向來進行。

一方面，針對輸變配電運維場景不同，圍繞輔助或代替人工開展重復煩瑣、危險及人工無法實施的作業，研發不同的輸變配電特種機器人系統及協同支持系統。在復雜的電網運行環境下，高空的高壓輸電是一個較難的操作問題。現有技術中，一般都是通過人工在高空中進行運維操作，難以保證安全。在夏季高溫情況下，問題變得尤為突出。高空輸電線路很長，人工操作存在很大的局限性，且觀察到的問題信息也不是很全面，因此運用大數據及互聯網技術支持，研發獨立作業能力最強、功能完善的智能化機器模式，用以解決上述技術問題。

另一方面，運用大數據及互聯網技術，研發融合綜合監控信息平臺及其測試系統。利用大數據技術，在輸電線路上運行時自動預警判斷。運用大數據及互聯網技術，建立和研發融合綜合監控信息平臺，對采集的各項數據進行梳理和分析，指導和支持研發機器人及其測試系統的研究。

2 系統設計思路

2.1 設計思路

系統設計理念是通過智能監控系統將網絡基礎設施工程環境中的各種因素與各種環境控制措施有機結合起來，形成一個能夠自我評估和自動評估的完整系統，并采取適當的環境控制措施，實現研究所生態實驗的自動化，達到替代人工和降低運行成本的目的。系統智能感知以工業物聯網為核心，結合大數據采集、數據分析和人工智能（Artificial Intelligence，AI）識別技術，自動獲取電網基建項目綜合環境及各子系統運行狀態，自動識別電網基建項目異常情況檢測機器人的設備[2]。

智能輔助監控系統主要包括設置在數據中心或調度中心的主站平臺和設置在變電站、無線通信和電力管道的融合終端平臺。環境質量類別主要包括溫濕度控制器和空調開關、浸入式傳感器和水泵、燃氣、防凝露、煙霧和風扇連接器控制器、局部放電、無線測溫、門鎖、門禁、噪聲和燈光警報、電池以及面部識別等[3]。視頻量主要包括螺桿攝像機、球攝像機、檢測機器人等。用電量類主要包括通信管理機、電能質量、電壓以及電流等。

系統設計的基本架構如圖1所示。

圖1 系統設計的基本架構

2.2 系統功能分析

設計該電網基建項目的智能化監控系統，主要要實現以下幾點功能目標。

（1）數據采集。環境數據有溫濕度、水浸、噪聲、煙感、SF6、臭氧、凝露等；設備數據有局放、無線測溫、蓄電池、視頻數據、機器人巡檢數據等。設備數據實時采集要確保物聯網中的節點和主機間能夠實現有效的通信，需要借助相關技術優勢來促進相關數據采集和聚合，實現互聯網數據共享和交互。所以，設計中需要基于智能設備監控應用互聯網，促進數據實時性不斷提升。要做到快速有效地采集和傳輸數據，對于設備故障狀態的及時判斷和信息傳輸具有重要意義[4]。

（2）自動分析。地圖定位、設備狀態、環境信息分析、異常信息預警。

（3）系統聯控策略。溫濕度傳感器引起的空調聯動控制；SF6氣體傳感器及煙感器引起的風機聯動控制；水位傳感器引起的水泵聯動控制；異物入侵、門禁等引起的燈光控制。

（4）人工智能識別。人員合規檢測主要涉及人員身份識別、未戴安全帽識別、違規人數識別、越線識別、禁止作業區闖入識別、人員倒地識別、小動物闖入識別。

（5）設備狀態識別。開關分合狀態識別、指針式儀表識別、數字式儀表識別、工作指示燈識別、旋鈕式儀表識別。

（6）地圖定位。利用地理信息系統（Geographic Information System，GIS）地圖，實現精確定位變配電所地理位置，顯示重要的運行數據。

（7）大數據。基于大數據的關鍵設備故障分析與預判，定時分析各種數據是否變化、越線，以及是否可能引發設備安全問題[5]。

3 系統設計關鍵技術分析

3.1 全過程智能監控系統架構模型

開發電網基建項目全過程智能監控系統架構模型，分為感知層、傳輸層、應用層3層，具體如圖2所示。傳感層由各種傳感設備組成，包括攝像頭、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）、機器對機器（Machine to Machine，M2M）傳感器和終端、傳感器網絡以及傳感門等。這些監控設備可以安裝在監控區域或移動機器人上，主要進行目標檢測和識別，收集和捕獲不同使用場景產生的相關數據，并執行同時接收到的各種命令。

圖2 系統基本架構模型

3.2 遠程監控設計

一是線路運行模式的設備管理。借助智能監控技術，為區域預留模擬線路正常運行所需的電壓、功率、電流，并安裝壓力傳感器對線路進行監控。當出現異常情況時，電網基建項目全過程智能監控系統可以通過傳感器采集線路數據，幫助設備人員快速熟悉地面，精準定位故障。借助智能監控技術，用戶可以分析區域內的設備并構建標準化的操作系統，并對無效部件提供修復建議。

二是智能監控技術監控設備的狀態。借助智能監控，構建設備狀態監控系統，在不同地點安裝監控設備和傳感器。這樣可以及時采集設備主要部件的信息，一旦出現異常情況及時報警，第一時間提醒管理人員采取措施，排除和干預異常信號，提高設備的控制能力。一般的遠程監控項目采用的主要技術是Red5視頻監控技術。

而遠程監控系統中，關鍵是需要利用一臺連接互聯網的計算機執行主控終端的遠程功能，并且可以對另一臺或多臺具有被控終端主機功能的計算機實施監視和控制。當使用遠程監控系統控制受控端計算機時，主控端計算機界面顯示的桌面與受控端的桌面一致，且鼠標在受控端清晰可見。主控端計算機控制被控計算機的移動模式及相關功能。遠程系統更改受控計算機的相應信息或功能后，上位機的信息和功能不會改變，并且更改僅在受控計算機上有效。遠程監控系統的組成主要包括3個方面，即前端設備、圖像處理和傳輸設備、網絡客戶端。前端設備由攝像機、云臺、解碼器、防護罩、支架、報警探測器以及拾音器等組成，負責視頻信號、音頻信號和報警信號的采集。

3.3 自動識別技術

智能監控本體采用射頻識別技術從設備表面的電子標簽中采集信息，可以通過內置的電子標簽芯片記錄設備各部分的信息并進行掃描。系統恢復芯片上的數據并自動識別物體，如監控設備的狀態、相關監控設備的運行狀態數據、位置數據以及溫度數據等。可安裝不同功能的傳感器和報警裝置，進行精確的動態監測。例如，在設備使用過程中，監測加熱部分的溫度。當溫度超過正常范圍時，系統會自動發出報警信號，提醒用戶存在隱患，以便相關管理人員進行處理。傳感器裝置和定位系統可以動態監測設備車內的電壓、電流及相關控制參數，為電網基建工程全過程智能監控奠定了基礎，便于統一管理，提高設備的使用效率。

3.4 傳感器網絡技術

如今，無線網絡技術得到廣泛應用。無線傳感器網絡使用大量靜態或移動的傳感器，采用自組裝和多跳的方法構建無線網絡。在無線傳感器網絡中，傳感器節點通常位于被監控區域。就網絡系統結構而言，它主要由4個部分組成，分別是傳感器節點（Sensor node）、匯聚節點（Sink node）、基礎設施網絡（互聯網或衛星）以及管理節點（Management node）。

從工作空間來看，測控設備在觀測區域或監控對象周圍有多個傳感器節點，通過組織形成傳感器網絡，傳輸和處理采集到的信息，并傳遞和收集意見。

4 項目運行情況

構建電網基建項目全過程智能化監控系統，要從理論模型搭建、項目實施和理論差距分析以及典型案例實證等方面出發，基于理論曲線進行模型構建，為項目投資完成后的理論分析提供標準，實現現實和理論的對比分析，結合實際業務情況，確定進度預警范圍，完成投資后的智能化監控模型構建，分析系統動態，查找數據問題，分析其中的風險因素，為項目異常情況提供建議，確保項目投資的有效性和準確性，為項目管控提供有力支持。通過論證分析，驗證了電網基建項目全過程智能監控系統切實可行，將其應用到電網基建項目監控中，使用效益突出，值得應用推廣。

5 結 論

針對電力企業而言，隨著目前市場對于電力需求的不斷增大，要求電網服務效率不斷提升，使得電網規模空前擴大。而傳統的電網基建項目監管模式已經無法滿足現階段快速發展的電網監管實際需要，因此需要加快構建電網基建項目全過程智能監控系統，通過有效的技術整合和應用，實現監控系統的智能化監測功能，為電網基建項目管理、運營和相關業務工作開展提供技術支持。在工作面推進的過程中，系統在施工現場要結合施工進度和具體的項目運行情況來調整，確保能夠有效滿足電力工程的實際監管需要，為建設智慧電網工程助力。