5G 技術在智能水電廠建設中的應用研究

吳霜

（云南大唐國際李仙江流域水電開發有限公司，云南 普洱 665000）

在中國的水電行業內，智能水電廠建設是目前重點工作內容之一，主要是指通過使用云計算、物聯網、人工智能、大數據等新興技術使水電廠的建設更加趨于智能化，促進水電生產的更新和進步。在智能水電廠建設的過程中，科學應用第五代移動通信技術（以下簡稱“5G 技術”）能夠使其整體內的通信網絡系統相融合，使傳感器、無人設備等能夠在其中發揮重要的作用，提高數據收集和傳輸的效率，并提高智能水電廠建設的效率和質量。

1 5G 技術特點

5G 技術是一種密度較高的無線網絡技術，其無線傳輸技術具有超高效能。相較于4G（第四代通訊技術）網絡而言，5G 技術引進并接入了多種技術，進一步挖掘了網絡技術的頻譜效率，在其中加入了多天線技術、編碼調制技術、多址接入技術等，在功率效率方面具有較大程度的提升。針對5G 無線網絡而言，在無線網絡架構方面、自組織網絡及異構超密集部署在控制和轉發分離軟件的定義下都變得更加智能和靈活。同時，在無線網絡中的網絡節點之間的距離也進一步縮短，使網絡技術的頻譜效率及功率效率都有所提升，并且還進一步使其系統的容量有所加大。5G 技術與4G 技術相比，最突出的特點之一就是其數據傳輸速率變得更高。5G 技術的平均體驗速率可以達到1 Gbps，其速率的峰值甚至達到10 Gbps，是目前4G 網絡速率的100倍以上。由于5G 技術的數據傳輸速率得到如此大的提升，所以在信息資源的收集、傳輸等方面都能夠有所加強，能夠滿足大量數據信息的收集和傳輸需求。

另外，5G 技術還具有網絡延時較低的特點，由于5G 技術的接入容量變得更大，可以實現一定意義上的萬物互聯，在5G 技術下，每平方千米100 萬臺的終端設備可以同時接入，能夠有效保證無線終端、海量傳感器等設備高效運行。5G 技術在應用過程中，既能夠增強移動寬帶，又能夠很大程度地降低網絡延時、提高網絡傳輸的可靠性，并能夠實現大規模的數據信息傳輸的特點。除此之外，5G 技術可以改變4G 網絡較為單一的服務功能，在5G 技術下，通信網絡能夠在網絡切片技術的作用下被邏輯分割，將其分割成為部分虛擬網絡。在被分割成的虛擬網絡中，每一個部分都可以實現進行單獨的網絡功能的需求，能夠通過一個通信網絡滿足多種不同的業務需求，使5G 技術網絡的適用能力有所提高，同時提高其靈活性，使網絡資源的運維和管理更加便捷，且5G 網絡也在此基礎上具有一定的開放性[1]。

2 5G 技術在智能水電廠建設中應用的不足

2.1 5G 技術有待成熟

中國在2019 年才開始正式商用5G 技術，雖然目前5G 技術在移動通信領域已經發展較為成熟，但是在其他領域內，5G 技術仍處于探索階段。在水電廠建設中應用5G 技術，其中的技術核心、技術質量、技術的可靠性等方面仍需要進一步成熟和優化。尤其水電廠建設中對于安全生產具有較高的需求，所以要求技術要具有較高的可靠性，要保證智能水電廠建設的安全性和高效性，必須保證技術的可靠性和安全性。但是從目前的情況來看，在智能水電廠建設中5G 技術在邊緣計算、網絡切片等方面仍需進一步發展。

2.2 5G 技術應用范圍應進一步擴大

目前，5G 技術由于其自身的優勢在智能水電廠建設過程中具有較多的應用，但從整體來看，其應用范圍還應進一步擴大，發揮更重要的作用。在水電廠建設過程中，5G 技術發揮了較大的優勢，在物聯網技術、人工智能技術、云技術等先進技術的結合應用下，5G技術還應該被應用于更多的水電廠建設場景內。當5G技術在水電廠建設范圍不斷擴大的情況下，5G 技術的網絡建設成本也會隨之進一步降低，不僅能夠使智能水電廠建設更為高效，還能夠有效使水電廠內的各項業務與5G 技術深入結合，在5G 技術的加強應用下，能夠有效幫助水電廠向智能化、數字化轉型。

2.3 5G 技術應提高安全防護相關技術

在水電廠建設的過程中，其安全性是重要的要求之一。在水電廠應用5G 技術進行建設的過程中必須保證網絡專用、安全分區，也就是要將5G 技術與安全防護技術相結合，避免其中的無線信號被截獲或遭到破壞。要想提高5G 技術應用的安全性，就需要對5G 無線通信技術采用身份認證的形式，同時利用國家加密技術將通信數據做加密處理。但是目前由于受到成本投入等限制，5G 終端接入量仍然較少，導致在5G 技術應用過程中所采取的安全防護措施有限，難以全面保障5G 技術的安全性，在水電廠建設過程中難以保證5G 技術的絕對穩定性。

3 5G 技術在智能水電廠建設中的具體應用

3.1 各系統高精度授時

在智能水電廠建設中，5G 技術在其中發揮著重要的作用，其中統一對時十分重要，在5G 技術時鐘同步系統作用下，水電廠內部所有系統的時鐘能夠保持同步。水電廠時鐘同步對于水電廠各個系統能夠在統一的時間下運行具有重要的作用，并且能夠在發生事故時，通過各系統開關順序的先后對事故起因進行更加準確的分析，使智能水電廠在5G 技術下實現穩定、安全的運行。在沒有5G 技術時，水電廠各系統的時鐘難以實現高效同步，受到水電廠對時通道的限制，難以在同一的技術下保持時鐘同步。由于個別系統難以與時鐘同步系統進行連接，將會導致各系統的時間不能完全保持一致，當有事故發生時，技術人員難以通過系統記錄來查找事故起因信息，對工作人員分析事故情況造成一定影響。5G 技術的應用，可以實現各系統之間的高精度授時，使水電廠內部的對時通道不再有數量的限制，既可以完成原本高效的數據收集和傳輸等工作，又能夠實現對各個系統的高效對時[2]。

5G 技術可以將整個水電廠內部的各個系統進行統一的管理和監控，并在繼電保護系統作用下進行工作，使各類自動化系統包括輔控、故障錄播、調速、信息管理系統等與時鐘同步系統進行高效連接。另外，由于5G 技術具有更高的靈活性，所以對于水電廠內網絡布設較為困難的區域，如隧道、地下廠房等都可以進行網絡授時，使水電廠的各個區域都能夠實現良好并且高精度的網絡授時，促進水電廠各系統進行統一授時。

3.2 實現設備全息感知

在水電廠內，要想實現對全部系統設備的感知，需要安裝各種類型的傳感器，在傳感器作用下可以將設備的運行情況進行隨時監督和采集，將采集到的信息作為技術人員對于設備運行狀態的檢查依據，對設備的故障情況進行判斷，以此保證設備能夠在正常運行的狀態下，確保水電廠系統運行效率。但是在以往的傳感器安裝過程中，要想實現對設備的全息感知，就需要安裝大量的傳感器以滿足感知需求，而由于接線方式會受到水電廠整體容量的限制并且需要消耗大量的成本，同時在這樣的情況下，監控的時效性也較低。尤其是針對較為老舊的電廠，在改造或者更新時，信號電纜重新鋪設更是需要消耗大量的資金。

在5G 技術的支持下，由于其具有高速率且大容量的特點，可以將大量的監測傳感器設備同時接入，不僅能夠有效提高設備采集數據信息的精確性和時效性，還能夠實現對水電廠設備狀態的全息感知，根據實時數據工作人員可及時掌握水電廠全部設備的運行情況，提高故障監測和診斷的效率。

3.3 管理水電建設

由于水電廠的整體情況較為復雜，所以水電廠的建設工程難度較大。在水電廠內所涉及的建設范圍較為廣泛，并且由于地下廠房的存在會導致建設難度進一步加大，整體跨度較大、交叉的洞室也比較多。在建設工程施工過程中，涉及到的內容較多，且作業較為復雜、難度較大，在水電廠內的施工環境又不夠穩定，在以往的網絡支持下，施工效率不夠高，難以滿足建設需求，為施工帶來諸多不便。水電廠水電工程的建設對于自動化、信息化具有較高的要求，在5G 技術作用下，可以針對水電建設工程構建全面的監測系統，對于工程建設實際情況進行實時監督，一旦施工中出現問題，可以及時進行調整，解決其中的安全隱患，使施工更加高效、高質量。

在水電建設工程施工現場應用5G 技術還能夠加強無人施工設備的運用，在5G 技術作用下，各種無人駕駛施工設備包括無人駕駛運輸車、無人駕駛推土機、智能挖掘機等都能夠在工程內高效使用。由于5G 技術的網絡延時較低，所以通過無人設備的使用可以有效提高施工的整體效率，并及時反饋施工情況，降低施工中發生安全事故的概率，同時可以在一定程度上解放生產力[3]。另外，在水電建設過程中，還會在施工現場安裝大量的傳感監測終端，以保證施工現場的安全。在5G 技術應用下，利用其靈活性對現場進行網絡布設，將不便于鋪設網絡的位置也可以有效接入到網絡終端，使傳感監測能夠全方位地覆蓋整個施工現場，提高對施工現場的監管能力和控制力度。

3.4 無人巡檢系統

在智能水電廠建設的過程中，利用電力巡檢技術，可以將各種巡檢設備應用在施工現場中，例如巡檢無人機、巡檢機器人等，使無人巡檢系統能夠實現對施工現場高效的巡檢，可以有效代替人工巡檢施工現場，提高巡檢的質量和效率，更有利于保障施工現場的安全性。在沒有應用5G 技術時，通常是利用無線通信技術實現對電力巡檢系統的布設，但是這種布設方式需要大量的無線熱點作為支撐，對于水電廠來說所需的成本過高。但在5G 技術的應用下，由于其網絡延遲較低，且操作更為可靠，可以對水電廠內部的全部無人巡檢設備實現高精準度的控制，保證施工現場的安全性，并且能夠有效提高對現場的控制效率。

在5G 技術應用下，對施工現場進行全面的網絡布設，能夠使巡檢無人機、巡檢機器人等巡檢設備在設定下定期、自動化地進行巡檢工作，并且能夠及時將巡檢的畫面回傳到控制系統中，為管理人員提供精確的巡檢信息[4]。在5G 技術結合計算機技術下，可以將巡檢過程中所監測到的異常情況進行智能化圖像識別，并且自動定位故障情況、自動化分析，使施工現場的整體巡檢效率有所提高。并且在無人巡檢系統的操作下，能夠使巡檢更為精準、更具時效性，更好地滿足水電廠建設現場的巡檢需求。

3.5 應急管理指揮處理

在水電廠建設的過程中，難免會發生各種緊急事故，如搶險、防汛等，需要緊急處理，在事故中，有線通信網絡很容易受到破壞。但是在5G 技術應用下，就可以利用其大容量的特點，在施工現場建立起臨時的應急處理點和應急處理中心，對施工現場的各種緊急情況進行全方位掌握和及時的了解，利用5G 技術可以對事故情況進行準確的判斷，為現場管理人員提供準確的應急措施參考依據，對緊急事故進行最高效的處理。同時，在處理緊急事故時，還可以使用能夠運用5G 網絡技術的智能頭盔作為應急處理的裝備，使在現場處理緊急事件的畫面能夠及時傳輸到應急指揮中心，使應急指揮中心能夠隨時掌握應急處理情況，并針對現場處理實際情況進行科學的指揮，確保對建設施工現場的緊急事件能夠進行準確、高效的處理。

4 結論

綜上所述，5G 技術與以往的通信技術相比具有更多的優勢，是目前最新的通信技術形式。在智能水電廠建設的過程中加強利用5G 技術能夠促進水電廠向智能化、數字化轉型，在5G 技術的應用下，水電廠內可以實現各系統高精度授時和設備全息感知以及可以加強管理水電建設和應急管理指揮處理，并使無人巡檢系統能夠更加精準、及時。但是目前5G 技術在智能水電廠中的應用仍處于初步探索階段，在5G 技術不斷優化發展下，結合大數據、人工智能等技術能夠在智能水電廠中的更多領域范圍實現高效應用，發揮其重要的作用。