換流站智能巡檢系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的整合和應(yīng)用

羅 彬，郭 勁，吳向軍

(中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021)

0 引言

換流站各站點均配置有輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺，現(xiàn)階段，為進(jìn)一步提高行業(yè)智能化水平，推動換流站泛在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用，提升運維人員工作效率和質(zhì)量，降低運維人員的勞動強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險，隨著新技術(shù)的發(fā)展，國網(wǎng)已建或新建換流站陸續(xù)開展了智能巡檢系統(tǒng)的建設(shè)。

智能巡檢系統(tǒng)與現(xiàn)有的輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)存在交叉，在滿足智能巡檢功能的前提下，研究制定與站內(nèi)已有輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的整合方案，對已建換流站的改造升級有著指導(dǎo)意義和經(jīng)濟(jì)效益。

1 輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺

換流站現(xiàn)有的輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺由視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、安全警衛(wèi)子系統(tǒng)、燈光智能控制子系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)通信(DL/T 860協(xié)議)為核心，完成站端視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)、安全警衛(wèi)信息、人員出入信息、火災(zāi)報警信息的采集和監(jiān)控，并將以上信息遠(yuǎn)傳到監(jiān)控中心或調(diào)度中心，平臺架構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺架構(gòu)示意圖

2 智能巡檢系統(tǒng)

2.1 智能巡檢系統(tǒng)功能

智能巡檢系統(tǒng)旨在全面提升自動化水平，提高維人員工作效率，具備以下功能。

1)全面監(jiān)視功能

通過部署紅外雙光譜熱像儀、多光譜監(jiān)測儀、高清攝像機(jī)、拾音器、巡檢機(jī)器人等設(shè)備，實現(xiàn)換流站內(nèi)自動化巡檢，避免人員巡檢過程中套管、分接開關(guān)等發(fā)生故障造成人身傷害。

2)自動巡視功能

定期對固定重要巡視點進(jìn)行視頻/紅外守望巡視；無定期任務(wù)時，進(jìn)行漫游狀態(tài)巡視，有觸發(fā)啟動時再定點介入；可定義分類和分區(qū)巡視任務(wù)。

3)圖像智能識別功能

利用圖像識別技術(shù)，對巡視過程中記錄的紅外圖譜、可見光照片、設(shè)備聲音、表計讀數(shù)等進(jìn)行智能分析和自動判斷。

4)視頻拼接融合功能

視頻拼接融合功能是多路視頻流匯集融合，將處在不同位置的分鏡頭視頻拼接到一起，實現(xiàn)空間和時間結(jié)合，建立視頻在現(xiàn)實空間的感知能力，達(dá)到一張圖的直觀監(jiān)控視角，具備跨視頻無死角追蹤、全局總覽功能。靈活調(diào)用現(xiàn)場任意固定和移動攝像終端，并通過圖形界面和現(xiàn)場相關(guān)視頻、音頻、數(shù)據(jù)全面聯(lián)動，構(gòu)建可廣域監(jiān)控全局的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

5)故障預(yù)警功能

在智能圖像識別模塊發(fā)現(xiàn)異常后，根據(jù)缺陷庫迅速分析出故障類別，準(zhǔn)確定位故障位置，自動鎖定目標(biāo)，以部件“閃爍”的形式實現(xiàn)漏油、漏水、放電、發(fā)熱等故障的可視化告警，并以語音播報方式進(jìn)行提醒，便于運維人員快速了解告警信息，準(zhǔn)確標(biāo)識故障位置，加快故障處理速度。

6)系統(tǒng)擴(kuò)展功能

系統(tǒng)具備預(yù)留接口擴(kuò)展功能，將來可接入相關(guān)智能管控系統(tǒng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在完成相關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)后，支持遠(yuǎn)方WEB訪問，遠(yuǎn)方專家可直接同步現(xiàn)場音視頻及數(shù)據(jù)，與現(xiàn)場聯(lián)合開展故障分析診斷，實現(xiàn)智力資源共享，為后續(xù)建立智慧換流站和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。

2.2 智能巡檢系統(tǒng)架構(gòu)

智能巡檢系統(tǒng)基于服務(wù)器搭建的集控平臺，通過路由器實現(xiàn)與主機(jī)后臺通訊，數(shù)據(jù)同步及視頻同步。實現(xiàn)集控平臺上對各區(qū)域攝像機(jī)和機(jī)器人實時監(jiān)控、任務(wù)下發(fā)、任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)果上傳等功能。

后臺主要負(fù)責(zé)各區(qū)域攝像機(jī)、機(jī)器人任務(wù)運行，巡檢數(shù)據(jù)采集處理，然后上傳至集控平臺。各區(qū)域攝像機(jī)、機(jī)器人通過光纖連接千兆交換機(jī)至各區(qū)域后臺主機(jī)保證通信質(zhì)量。保障后臺、平臺對攝像機(jī)、機(jī)器人的實時監(jiān)控及數(shù)據(jù)傳輸。

具體的智能巡檢系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 智能巡檢系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.3 智能巡檢系統(tǒng)部署

為實行全面監(jiān)視功能，智能巡檢系統(tǒng)需部署足夠的監(jiān)視設(shè)備，相較于換流站站內(nèi)已有的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，著重在以下區(qū)域進(jìn)行了加強(qiáng)。

1)換流變Box-In

換流變?yōu)檎緝?nèi)安全隱患重點防范設(shè)備，特別是實行換流變Box-In內(nèi)的全面自動巡視，對運行維護(hù)有著極重大的意義。

在換流變Box-In內(nèi)左右防火墻上設(shè)置適合數(shù)量的高清攝像機(jī)，用于觀測分接開關(guān)機(jī)構(gòu)箱、油溫表、油位表、繞溫表、呼吸器、閥門，拍攝視角應(yīng)實現(xiàn)無遮擋和死角，各表計、閥門指示等應(yīng)清晰可識別；瓦斯繼電器、溫度表、分接開關(guān)檔位、冷卻器油流指示器等關(guān)系換流變安全運行的重要部件位置可按實際情況加裝固定攝像機(jī)定點監(jiān)視；可在瓦斯繼電器對側(cè)選裝高清攝像機(jī)，用于觀測瓦斯繼電器內(nèi)部有無氣體；在兩側(cè)防火墻配置高保真拾音器，用于采集換流變聲音樣本，通過實時聲音收聽及歷史錄音回放，供運維人員更全面地監(jiān)視設(shè)備運行狀況。

2)事故排油口

在事故排油口附近配置高清攝像機(jī)，安裝于鵝卵石格柵下方，事故排油口附近，觀察鵝卵石層下方是否有堵塞及事故排油情況。

3)匯控柜

在換流變匯控柜內(nèi)安裝微型高清攝像機(jī)，用于觀察柜體內(nèi)部空開、繼電器、端子及指示燈等二次設(shè)備，監(jiān)視匯控柜內(nèi)凝露、封堵等情況。

4)雨淋閥室

在換流變雨淋閥室內(nèi)設(shè)置高清攝像機(jī)，用于觀察雨淋閥室內(nèi)有無滲漏水、檢查消防管網(wǎng)壓力及閥門狀態(tài)。

3 系統(tǒng)整合方案

遵照資源共享、綜合節(jié)約的原則，為實現(xiàn)輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺同智能巡檢系統(tǒng)的整合，需在軟件和硬件兩個層面進(jìn)行有機(jī)的融合[1]。

軟件方面，為有效地實現(xiàn)硬件資源共享、方便運維的運行管理，需構(gòu)建統(tǒng)一兼容的軟件架構(gòu)平臺，實行兩個系統(tǒng)后臺軟件的整合。標(biāo)準(zhǔn)的DL/T 860協(xié)議，通用的WEB和SDK開發(fā)包，為平臺的整合提供了技術(shù)支持。整合平臺系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖3所示。

圖3 整合平臺系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖

硬件方面，應(yīng)盡量做到資源共享。從如服務(wù)器、路由器、交換機(jī)等后臺層設(shè)備到如的高清攝像機(jī)等前置層設(shè)備，在滿足技術(shù)性能指標(biāo)時，可全面共享。

以換流變Box-In內(nèi)高清攝像機(jī)布置為例，為滿足全面巡視要求，需在Box-In內(nèi)布置6臺高清攝像機(jī)，安裝位置示意如圖4所示。

圖4 換流變Box-In內(nèi)攝像機(jī)布置示意圖

其中2號高清球機(jī)，安裝于左側(cè)防火墻低處，監(jiān)測分接開關(guān)機(jī)構(gòu)箱，監(jiān)測分接頭檔位；3號高清球機(jī)，安裝于左側(cè)防火墻低處，監(jiān)測油溫、油位表計、呼吸器；4號雙光紅外測溫球機(jī)，安裝于左側(cè)防火墻高處中部，水平方向在Box-In頂部罩下部，用于觀測換流變頂部及套管處、左側(cè)變壓器全部、油枕油位、靠近閥廳側(cè)壓力釋放閥；5號雙光紅外測溫球機(jī)，安裝于右側(cè)防火墻高處中部，水平方向在Box-In頂部罩下部，用于觀測換流變頂部及套管處、右側(cè)變壓器全部、本體瓦斯、靠近冷卻器側(cè)的壓力釋放閥；6號和7號高清球機(jī)，換流變上方鋼結(jié)構(gòu)上，Box-In頂部罩下部，靠近風(fēng)扇側(cè)和油枕側(cè)安裝2個高清攝像機(jī)，用于觀察換流變頂部瓦斯、壓力釋放等。

按輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的典型方案，在換流變Box-In內(nèi)配有2臺高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，6寸球機(jī)，分辨率1080P，布置在Box-In內(nèi)頂部兩對角線處。布置智能巡檢系統(tǒng)時，原有2臺攝像機(jī)技術(shù)指標(biāo)可滿足2，3，6，7號攝像機(jī)的要求，可通過調(diào)整安裝位置，替換使用。

4 實際工程應(yīng)用

以四川已投運的雅礱江±800 kV特高壓換流站為例。在已有的輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的基礎(chǔ)上，本著安全可靠、智能巡視、綜合節(jié)約、因地制宜和靈活可控的設(shè)計原則，升級視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，整合智能巡檢系統(tǒng)功能，搭建全站新的遠(yuǎn)程智能監(jiān)視系統(tǒng)，整合平臺硬件系統(tǒng)構(gòu)架示意圖如圖5所示。

圖5 整合平臺硬件系統(tǒng)構(gòu)架示意圖

結(jié)合已有輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺，通過優(yōu)化整合，最終實施方案涉及到的新增設(shè)備見表1所列，利舊及升級設(shè)備見表2所列。

表1 新增設(shè)備清冊

表2 利舊及升級設(shè)備清冊

該系統(tǒng)通過設(shè)計優(yōu)化，最大程度利用已有的輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺的硬件資源，兩系統(tǒng)廠家在DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基礎(chǔ)上開發(fā)相互兼容的的軟件架構(gòu)，實行了平臺功能的對接融合。實施后的整合方案最終節(jié)約投資約50萬元，整合統(tǒng)一的系統(tǒng)后臺也為運維人員的運行管理提供了便利。

5 結(jié)語

智能巡視系統(tǒng)能有效提升運維人員的工作效率和質(zhì)量，降低運維人員的工作強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險，具有積極的推廣意義。

新建換流站應(yīng)在建設(shè)階段一次性規(guī)劃設(shè)計建成。對于已建在運換流站，應(yīng)按精簡節(jié)約原則統(tǒng)籌建設(shè)方案，已有系統(tǒng)能滿足功能要求的，不再重復(fù)建設(shè)，不滿足要求的可局部改造。已有系統(tǒng)資源應(yīng)綜合利用，實現(xiàn)新舊系統(tǒng)的有機(jī)融合。在運站還需結(jié)合每個站的現(xiàn)場條件和已有系統(tǒng)資源定制具體的實現(xiàn)方案，采用多種技術(shù)互補、固定加移動相結(jié)合的方式，保證實際的功能效果。