基于5G應用的變電站管理模式創新研究

摘 要：在“雙碳”目標背景下，深圳供電局有限公司率先開展5G技術商用，在探索構建新型電力系統中取得了諸多創新成果，尤其是在推動新型電力系統中的核心基礎設施—變電站的管理模式創新方面。對應用5G技術前后變電站的管理模式變革、運維效率變化進行對比分析，并深入探討5G技術對變電站管理產生的影響。結果表明，深圳供電局有限公司應用5G技術后，大幅推進了變電站運維智能化水平，顯著提升了變電站運營效率。該創新管理模式具有一定的普適性和可復制性，能夠為未來數字化變電站的管理模式創新提供理論與實踐指導，為數字電網管理的提質增效奠定基礎。

關鍵詞：新型電力系統；5G；變電站；管理模式創新；數字電網；運營效率

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）12-0-04

0 引 言

在“雙碳”目標背景下，電力發展日趨清潔化，能源消費日趨電氣化，電力系統迎來轉型升級的重大機遇。2021年3月15日，習近平總書記在中央財經委員會第九次會議上對能源電力發展作出了系統闡述，首次提出構建新型電力系統，為能源電力行業指明了發展方向。作為新型電力系統中的核心基礎設施，變電站在“發、輸、變、配、用”電力系統全環節中發揮著至關重要的作用。它不僅是電力輸送、分配的重要“交通樞紐”和關鍵節點，更是保障電網安全穩定運行的重要支撐。

隨著新型電力系統業務發展呈現出“新能源終端海量接入、用電負荷需求側快速響應、信息雙向交互頻繁、設備實時監測控制向末梢延伸”的態勢，變電站等電力基礎設施的通信需求暴漲。尤其是在特定場景下，如現場檢修設備間的協同調試通信、站內移動巡檢通信、分布式在線監測以及變電站應急通信等業務，對變電站的通信覆蓋能力提出了更高的要求。而現行的依賴網線和光纜的傳統通信方式已經難以完全滿足上述各種業務的需求[1]。與網線、光纜等傳統有線通信相比，5G技術憑借其大帶寬、低時延、高速率、廣連接及低能耗的特性，能夠以更低的建設成本、更短的建設周期，提供近似于光纖通信的通道性能和高可靠性[2]，從而作為主要通信方式被廣泛應用于智能變電站業務場景中。因此，5G技術的引入，使得變電站的管理模式相較于傳統方式發生了重大變革，能夠以更優越的管理方式、更高效的生產組織模式，充分發揮變電站的運維智能化升級所帶來的放大、疊加、倍增效應，為新型電力系統變電站數智化管理水平的持續提升提供堅實有力的支撐。

鑒于此，本文圍繞深圳供電局有限公司5G技術應用的變電站業務場景實踐，并以效益提升為導向，深入研究分析該場景下5G應用所帶來的管理模式變革，總結提煉出基于5G應用的創新管理模式，樹立電力行業5G應用的先行先試創新樣板，促進新型電力系統變電站管理水平不斷提升，為進一步加快推進新型電力系統變電站建設取得實效提供借鑒與參考。

1 深圳供電局5G應用的變電站業務場景現狀

智能變電站運維需要對全站資源狀態、安全防護（如變電站物聯網入侵檢測和防御系統[3]）等進行實時監控，因此，智能變電站需要大量的視頻監控布點和巡檢（操作）機器人，以實現全站設備狀態和實時數據的采集[4]。現有的視頻監控主要依賴傳統光纖通信專網進行布線接入，但隨著未來布點數量的顯著增加，運維設計將變得極為復雜。此外，光纖接口有線傳輸的方式受限于接口數量，無法滿足日益增多的接入需求。同時，現有的巡檢機器人數據不能實時回傳，導致后臺顯示畫質不清晰[5]。鑒于此，利用5G通信大帶寬、低延時的優勢，可以有效滿足變電站內與日俱增的巡檢機器人等智能化設備接入需求。

智能變電站應用場景中，主要利用5G攝像頭、5G CPE+巡檢機器人[6]、5G CPE+監控終端實現遠端圖像回傳、站內監測和巡檢。以前變電站巡檢機器人主要采用4G等方式接入，但受限于網絡帶寬，巡檢視頻只能保留在站內本地，無法實時回傳至遠程監控中心。現在變電站內的監控終端（多路超高清攝像頭、巡檢機器人、環境監測網關等）加裝5G CPE，實現5G信號轉換，通過就近的5G基站，將采集的變電站設備狀態、環境視頻與人員信息等數據流經過5G移動通信網回傳至內部電力專用核心網（管理區），再由局內傳輸網專線送至變電站智能運行支持平臺。結合AI進行圖像識別，實現變電站無人化、智能化運維，有效降低人員成本，提升工作效率。智能變電站場景5G應用如圖1所示。

2 變電站管理模式創新

2.1 傳統變電站管理模式

以往，變電站運維都采用人工巡檢的模式。變電站的運維依靠維護人員入駐各個變電站進行，而變電站往往分布較為分散，運維人員需要頻繁往返于工作地與變電站之間，造成了大量人力、物力資源的浪費。同時，傳統的人工巡檢方式，如攀爬作業、升降機輔助登高檢查、高位拍攝檢查、帶電作業檢查、人眼巡視、手動抄錄數據等，不僅作業環境惡劣，而且工作強度大，巡檢周期長，檢測質量不穩定，同時信息化程度低，嚴重影響巡檢工作的整體效率。另外，巡檢人員專業技能水平存在差異，導致在巡檢過程中所找到的故障點不盡相同，且人工檢測的數據也無法準確、及時地錄入信息管理系統，使得巡檢結果缺乏客觀準確性。隨著社會用電量持續增長，變電站功能日益強大，變電設備規模也隨之擴大，巡檢項點逐漸增加，變電站巡視工作量的增多與一線巡檢人員匱乏的矛盾逐漸凸顯，巡檢到位率和操作及時性難以得到有效保證。此外，在大風、大霧、冰雪、冰雹、雷雨等惡劣天氣下，傳統人工巡檢不僅存在較大安全風險[7]，還缺乏有效的巡檢手段，無法及時進行巡檢，難以滿足現代化智能變電站對安全運行的高標準要求。

傳統變電站工作票許可主要依賴人工現場辦理許可手續。目前，變電站工作票主要分為8種類別，涉及6種許可手續。其中第一種工作票許可涵蓋設備改造升級、設備缺陷處理及隱患排查、設備大修等17種業務；第二種工作票許可涵蓋帶電測試、專業巡視、專項隱患排查等33種業務；第三種工作票涉及零星維護、視頻維護、安防維護、清潔維護、綠化維護、沉降監測等22種業務。2020—2022年，深圳供電局共辦理許可工作票122 749份，其中涉及本單位63 270份，外單位59 479份，累計投入工作許可人約245 000人次。若以現場許可平均每單往返路程耗時30 min計算，每年許可工作耗費平均路程時間約20 000 h。同時，現場作業班組等待時間也約20 000 h。

2.2 應用5G后的變電站管理模式

目前，在使用5G技術和標準后，深圳供電局依托基于云邊端的變電數字化運維系統、自主可控的IT基礎設施全棧國產化平臺、站間通信網絡改造-IPv6“智能專網”、站內通信網絡5G改造、5G智能終端配置，通過變電站遠程智能巡視、變電站遠程智能操作、變電站周界安防等方式，成功打造“5G+智能變電站”數字化運維新模式。

2.2.1 變電站工作票許可機制創新

（1）工作票頂層設計變革。制定廠站工作票遠程許可試點的實施方案，明確工作票遠程許可運作模式、安全職責界定、人員資質、辦理流程、適用范圍及標準。建立變電遠程許可工作任務白名單，修編工作票作業指導書，為工作票遠程許可提供制度支撐。

（2）工作票許可方式創新。針對常規、重復性強、風險低、安全措施簡單且符合條件的工作票許可、間斷、終結等環節，實施遠程許可替代人工現場許可。例如，當廠站第一種、第二種、第三種工作票無需值班人員現場辦理時，可通過電話下達許可或信息系統下達許可的方式來完成。通過優化工作票許可方式，簡化審批流程，有效提高了工作票簽發人及許可人對安全措施合理性、完備性的審查效率。

2.2.2 變電站巡檢模式創新

（1）巡檢模式創新。采用“AI巡視+遠程巡視+后臺數據分析”的模式，全方位應用“5G+8K+AI”攝像頭、5G巡檢機器人、5G無人機等終端設備，對變電站開展智能化巡檢。通過設備外觀識別、運行狀態數據采集、表計讀取等功能，自動生成巡檢報告和實現異常預警，構建“智巡為主、人巡為輔”的變電運維巡檢新模式，巡檢效率大幅提升。例如，1個500 kV變電站，約有15 000個巡檢點，人工巡檢需2名巡檢員耗時4天，每天4 h，且巡視結束后，還需額外2 h填寫巡檢報告。而在巡檢模式創新后，巡檢員只需1～2 h即可巡檢完90%的巡檢范圍，巡檢后通過5G將數據上傳至指揮中心，自動生成巡檢報告[8]。變電站人工巡檢和智能巡檢效率對比詳情如圖2所示。

（2）巡檢策略創新。建立“遠程巡視+現場巡視”的日常巡視模式，并統一一次設備與二次設備現場巡視周期，優化調整一次設備現場巡視項目內容和二次設備巡視分工職責，詳情見表1、表2。

2.2.3 變電專業生產管理模式創新

變電專業生產管理模式創新即變電站操作業務模式遠程化。

（1）變電站操作實施范圍革新。明確變電站遠程操作實施范圍，將具備遠方遙控條件的110 kV及以上電壓的開關及刀閘納入遠程操作范疇。

（2）變電站遠程操作方式和要求革新。制定并動態更新單確認刀閘清單。基于傳感器、5G攝像機視頻及AI算法，分類細化雙確認類型和要求，推進“調度OCS系統遙信確認+變電視頻確認或AI確認”的雙確認遠方操作機制，實現倒閘操作到位情況的遠方自動確認或人工視頻確認。革新后，500 kV鵬城站操作效率提升58.2%。

2.2.4 變電站安防管理模式創新

由于深圳供電局有限公司變電站無駐點安保人員，生產指揮中心同時肩負生產場所遠程安防管理職責，通過對生產運行支持系統的應用，實現變電站無人進站工作狀態下的嚴防死守，融合“電子圍欄+視頻+紅外”功能，打造“三層立體”聯防聯控體系，徹底保障“無人”安全防護。

變電站人工運維與智能運維管理模式對比見表3。

3 結 語

通過對比分析應用5G技術前后電力系統中變電站的管理模式變革、運維效率變化可知，在加快建設新型電力系統的過程中，通過5G技術推進變電站運維智能化，大幅提升了變電站的運營效率。具體而言，在變電站巡檢模式上，通過引入5G技術和智能化設備，變電站的巡檢模式得到了顯著優化，這不僅提高了巡檢工作的安全性和效率，還增強了數據收集和分析的準確性。同時，得益于5G終端設備為變電站工作票遠程許可提供硬件條件，遠程許可模式相較于傳統模式，顯著提高了效率，減少了對現場人員的需求，并降低了安全風險。

隨著5G與數字孿生、云邊一體化的物聯網、人工智能等數字化技術的深度融合，變電站的管理與運營模式也隨之變革創新。依托5G網絡的實時高效連接能力，針對具體業務需求場景，因地制宜、分業分類施策，梯度式開展變電站管理模式替換類革新、增量類改革、變革類創新，打造新型電力系統變電站行業示范，不僅加快了電網基礎設施數字化轉型升級，提升了變電站智能化水平，還能夠推動電網設備節能降耗，降低變電站碳排放與運維成本[9-10]，提高變電站基礎資源利用水平，從而顯著提升新型電力系統變電站的綜合效益，書寫新時代能源電力發展的新篇章。

注：本文通訊作者為吳彤浩。

參考文獻

[1]段垿，葉偉清.基于5G移動網絡的智能變電站自動化應用分析[J].電器開關，2020，58（2）：90-92.

[2]黃海悅，繆欣.基于5G通信的分布自治式故障恢復系統[J].自動化應用，2022（6）：118-121.

[3]馮梓銘，鄒冰冰，劉子怡，等.物聯網技術在變電站精準電量采集中的應用[J].電子測試，2023（5）：25-28.

[4]趙靜.淺談智能變電站運行維護管理[J].電力工程，2016（33）：15-16.

[5]呂丹.變電站運維管理中智能巡檢機器人的應用技術及效果[J].家電維修，2024（10）：104-106.

[6]徐海奇，呂翠芳，于文海，等. 5G技術在變電站無人機巡檢中的應用[J].機電信息，2021（29）：59-61.

[7]劉建文，顏勇，馬俊迪.變電站運維管理中的危險點及其預控措施探討[J].中國設備工程，2024（9）：75-77.

[8]吳彤浩，周建勇，丘國良，等.基于ISO方法論下的5G電力行業標準化效益評估[J].標準科學，2024（10）：94-102.

[9]顧靖達，白小會，李偉，等.新型電力系統變電站綠色低碳技術分析[J].南方能源建設，2024，11（4）：111-117.

[10]高陽，李天豪，王寧，等.基于物聯網架構的智能變電站數據管理系統設計[J].物聯網技術，2020，10（8）：71-73.

作者簡介：張旭杰（1988—），男，河南漯河人，碩士，中級工程師，研究方向為5G、物聯網、人工智能、數字經濟等戰略新興產業。

趙 龍（1988—），男，湖北鐘祥人，研究方向為5G、物聯網、人工智能等戰略新興產業。

吳彤浩（1988—），男，廣東恩平人，碩士，高級工程師，研究方向為5G技術與電力通信融合應用。

趙 瑩（1989—），女，吉林松原人，碩士，研究方向為5G、物聯網、人工智能等戰略新興產業。

楊 炫（1987—），女，湖南宜章人，博士，研究方向為5G、物聯網、人工智能等戰略新興產業。