基于多終端協(xié)同模式的變電站智能巡檢體系建設(shè)制約條件及對(duì)策分析

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局 謝昭暉 鐘嘉榮 江偉奇

目前，電力公司仍主要采用傳統(tǒng)的人工巡檢方式，即利用人的看、聽、聞等感知手段，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡視、查驗(yàn)和記錄，此種方式存在著人力成本高、巡檢手段單一、巡檢數(shù)據(jù)主觀性強(qiáng)、效率低、容易漏檢錯(cuò)檢等問題，逐漸無法滿足準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、高頻率的電力設(shè)備巡檢需求[1]。某電網(wǎng)公司在變電巡檢領(lǐng)域，主要向基于多智能終端協(xié)同巡檢的模式轉(zhuǎn)型，工作實(shí)施以來，已在新型智能裝備應(yīng)用與技術(shù)研究、智能專業(yè)應(yīng)用平臺(tái)搭建、生產(chǎn)管理模式優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)等方面取得顯著進(jìn)展，但仍存在部分制約條件。

1 基于多終端協(xié)同的變電站智能巡檢體系

1.1 體系建設(shè)概述

基于多終端協(xié)同模式的變電站智能巡檢體系，主要是指通過攝像頭、無人機(jī)、機(jī)器人和設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置等智能巡檢終端及其系統(tǒng)應(yīng)用，借助數(shù)字孿生、智能傳感測(cè)量、智能網(wǎng)關(guān)、人工智能等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備及環(huán)境的狀態(tài)實(shí)時(shí)感知、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析、故障提前預(yù)測(cè)、支持安防決策等功能，并最終達(dá)到日常巡視無人化、現(xiàn)場(chǎng)操作無人化和安全管理智能化的目標(biāo)。

以某供電局為例，2023年該供電局在市局和區(qū)縣局層面先后成立指揮中心，統(tǒng)籌全市智能作業(yè)和生產(chǎn)監(jiān)控工作。依托無人機(jī)傾斜攝影和激光建模技術(shù)，該供電局完成了對(duì)全市戶外非禁飛區(qū)變電站的數(shù)字建模工作，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)自動(dòng)巡檢的全覆蓋。目前，上述變電站均已實(shí)現(xiàn)無人機(jī)自動(dòng)巡檢單軌運(yùn)行，戶外設(shè)備的絕大部分巡視項(xiàng)目均已完成智能替代，人工巡視周期得到延長(zhǎng)。

1.2 智能終端應(yīng)用現(xiàn)狀

構(gòu)成該體系的智能設(shè)備終端及系統(tǒng)主要有：無人機(jī)巡檢系統(tǒng)、機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和智能網(wǎng)關(guān)等。

1.2.1 無人機(jī)巡檢系統(tǒng)

無人機(jī)巡檢系統(tǒng)主要由機(jī)巢、無人機(jī)和交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備組成。由于無人機(jī)在精準(zhǔn)定位、巡視角度和紅外任務(wù)掛載等方面的優(yōu)勢(shì)，因此在現(xiàn)階段的多終端協(xié)同巡檢體系中，無人機(jī)巡檢系統(tǒng)是重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容。

1.2.2 機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

相比于無人機(jī)，巡檢機(jī)器人被更早應(yīng)用于變電站巡檢，其型式也更多樣化，既有傳統(tǒng)的輪式和履帶式機(jī)器人，也有機(jī)器狗、軌道式機(jī)器人。目前，輪式、履帶式機(jī)器人和機(jī)器狗主要用于戶外變電設(shè)備的巡檢，而軌道式多用于高壓室、繼保室等室內(nèi)變電設(shè)備的巡檢中。

1.2.3 設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括：主變油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、GIS 局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、開關(guān)柜在線測(cè)溫系統(tǒng)等，其主要用于對(duì)變電設(shè)備重要參數(shù)和工況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

1.3 平臺(tái)應(yīng)用

1.3.1 生產(chǎn)監(jiān)控指揮平臺(tái)

生產(chǎn)監(jiān)控指揮平臺(tái)用于匯集各類智能終端采集的設(shè)備信息參數(shù)和變電站內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備、作業(yè)情況和周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)感知和監(jiān)控。

1.3.2 智能終端集控平臺(tái)

智能終端集控平臺(tái)主要用于對(duì)變電站內(nèi)的無人機(jī)、機(jī)器人和攝像頭等智能終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，并對(duì)智能終端進(jìn)行巡檢作業(yè)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析。

2 制約條件分析

目前，變電站智能巡檢技術(shù)的發(fā)展已跨過早期巡檢設(shè)備少、功能單一等技術(shù)門檻，尤其是無人機(jī)、5G、WAPI 技術(shù)的發(fā)展，正推動(dòng)變電站無人巡檢往多智能終端協(xié)同的方向發(fā)展，但該巡檢體系的建設(shè)也面臨著諸多制約條件。

2.1 傳統(tǒng)變電站設(shè)計(jì)未充分考慮智能巡檢作業(yè)特性

當(dāng)前，變電站的設(shè)計(jì)與設(shè)備選型布局并未充分考慮智能巡檢設(shè)備的作業(yè)特點(diǎn)。一是設(shè)備間隔過于密集，不利于無人機(jī)、機(jī)器人等進(jìn)行巡檢作業(yè)。以南方電網(wǎng)35kV 智能變電站標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)為例，35kV 斷路器與隔離開關(guān)中線距離為2.5m，而目前《廣東電網(wǎng)變電專業(yè)無人機(jī)巡檢航線規(guī)劃指引》中規(guī)定，無人機(jī)航線與35kV 設(shè)備帶電部位安全距離不小于1.2m，而考慮到斷路器與隔離開關(guān)的機(jī)構(gòu)箱等突出部件，無人機(jī)無法安全進(jìn)入兩設(shè)備間進(jìn)行巡檢作業(yè)。

二是表計(jì)類設(shè)備存在巡視死角。如圖1所示為傳統(tǒng)變電設(shè)備的表計(jì)安裝位置一般位于狹窄或封閉空間，比如斷路器動(dòng)作計(jì)數(shù)器、斷路器儲(chǔ)能指示器和避雷器泄漏電流監(jiān)測(cè)儀等，這類表計(jì)出于防護(hù)或方便人工巡視等原因，一般都安裝在機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部或朝下安裝，對(duì)無人機(jī)等智能設(shè)備存在巡視死角，無法監(jiān)測(cè)。

圖1 避雷器泄漏電流監(jiān)測(cè)儀存在巡視死角

2.2 設(shè)備狀態(tài)與環(huán)境變化的實(shí)時(shí)感知能力不足

目前，無人機(jī)、機(jī)器人等智能巡檢終端已實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程作業(yè)，相比于現(xiàn)場(chǎng)巡視，遠(yuǎn)程作業(yè)對(duì)設(shè)備狀態(tài)和周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)感知能力是短板。一是設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置普及率較低。以某供電局為例，全市共有35kV 及以上變電站140余座，在運(yùn)主變壓器260余臺(tái)，各類在線監(jiān)測(cè)設(shè)備配置情況見表1。由表1可知，目前該局變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置種類較單一、數(shù)量較低。

表1 某供電局在線監(jiān)測(cè)裝置配置情況

二是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境的感知度不足。如圖2所示，目前變電站內(nèi)設(shè)備和周邊環(huán)境變化是造成無人機(jī)巡視作業(yè)時(shí)發(fā)生墜機(jī)事件的主要原因。受限于人力和時(shí)間成本，當(dāng)變電站內(nèi)設(shè)備或周邊環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，用于安全校驗(yàn)的點(diǎn)云模型無法做到及時(shí)更新同步。同時(shí)，隨著智能終端巡檢作業(yè)的增加，不同專業(yè)班組間也存在交叉作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。上述情況對(duì)站內(nèi)的設(shè)備和人身安全存在較大的安全隱患。

圖2 線路改造后導(dǎo)致無人機(jī)墜機(jī)

2.3 圖像識(shí)別技術(shù)亟待發(fā)展

在變電智能巡檢圖像識(shí)別領(lǐng)域，某電網(wǎng)公司明確了紅外檢測(cè)、表計(jì)讀數(shù)、外觀缺陷、隱患排查、狀態(tài)檢測(cè)和人員行為六大類算法開發(fā)目標(biāo)，截至目前已完成4大類19種算法的開發(fā)部署工作，其中紅外檢測(cè)算法7種、表計(jì)讀數(shù)識(shí)別算法6種、外觀缺陷識(shí)別算法4種、隱患排查2種。已部署算法在實(shí)際應(yīng)用中的準(zhǔn)確率有待提高，主要問題表現(xiàn)為：算法種類不足、識(shí)別準(zhǔn)確度和精度不高等，如圖3所示的算法誤將車輪識(shí)別為表計(jì)。在現(xiàn)階段的實(shí)際應(yīng)用中，變電領(lǐng)域圖像識(shí)別技術(shù)并未很好地起到減輕人工識(shí)別負(fù)擔(dān)的作用。

圖3 誤將車輪識(shí)別為表計(jì)

2.4 缺乏集成平臺(tái)，各終端之間協(xié)同聯(lián)動(dòng)能力不足

由于各終端設(shè)備發(fā)展迭代情況不一，因此不同終端往往有各自一套應(yīng)用平臺(tái)。以某供電局為例，目前該供電局在智能巡檢領(lǐng)域所使用的平臺(tái)主要有：視頻監(jiān)控平臺(tái)、生產(chǎn)監(jiān)控指揮平臺(tái)、無人機(jī)及機(jī)器人遠(yuǎn)程巡檢作業(yè)系統(tǒng)、無人機(jī)航線規(guī)劃系統(tǒng)和電網(wǎng)管理平臺(tái)、智慧安監(jiān)系統(tǒng)等。雖然各系統(tǒng)的功能正在不斷完善和集成，但不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享共用通道尚未打通，設(shè)備、系統(tǒng)間的相互觸發(fā)與聯(lián)動(dòng)作業(yè)能力較低，限制了多終端協(xié)同的能力。

3 解決對(duì)策

針對(duì)上述制約多終端協(xié)同巡檢體系建設(shè)的不利條件，提出下列解決對(duì)策。

3.1 積極推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范更新迭代

針對(duì)傳統(tǒng)變電站設(shè)計(jì)未充分考慮智能終端作業(yè)特點(diǎn)的問題，應(yīng)積極開展基于多終端協(xié)同模式下的變電站智能巡檢作業(yè)特點(diǎn)的研究論證工作，進(jìn)而推動(dòng)變電站典型設(shè)計(jì)、設(shè)備選型和各類技術(shù)規(guī)范、管理標(biāo)準(zhǔn)的迭代更新。2023年，某電網(wǎng)公司成立變電智能巡檢技術(shù)攻堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，圍繞智能巡檢體系建設(shè)、智能終端深化應(yīng)用、系統(tǒng)平臺(tái)搭建、關(guān)鍵技術(shù)研究攻關(guān)等方面開展工作。目前，公司內(nèi)部已組織開展無人機(jī)安全作業(yè)距離、變電站無人機(jī)碰撞試驗(yàn)[2]和紅外測(cè)溫精度試驗(yàn)等理論研究和試驗(yàn)工作，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修編完善。

3.2 提升在線監(jiān)測(cè)裝置普及應(yīng)用水平

在智能化電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展中，輸變電設(shè)備的監(jiān)測(cè)技術(shù)是較為重要的內(nèi)容，也是提升智能化電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量與運(yùn)行效率的關(guān)鍵[3]。一是要通過安裝數(shù)字表計(jì)、巡視攝像頭等在線監(jiān)測(cè)終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有巡視死角的覆蓋。二是要加大力度提升在線監(jiān)測(cè)裝置的普及率及應(yīng)用水平。三是要加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)裝置的管理，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，必須編寫相關(guān)運(yùn)行規(guī)程，將其納入生產(chǎn)設(shè)備日常管理，規(guī)范其儲(chǔ)存、使用、通信、數(shù)據(jù)分析和維護(hù)等管理制度[4]。

3.3 加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)

加強(qiáng)圖像識(shí)別、作業(yè)安防等關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)攻關(guān)。針對(duì)現(xiàn)階段變電設(shè)備圖像識(shí)別算法準(zhǔn)確率較低等問題，應(yīng)面向基層運(yùn)維單位廣泛收集補(bǔ)充樣本數(shù)據(jù)，梳理業(yè)務(wù)邏輯，評(píng)估算法效果，開展算法測(cè)試，以業(yè)務(wù)為牽引，使算法更貼合業(yè)務(wù)場(chǎng)景，確保算法在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，面對(duì)新作業(yè)模態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)作業(yè)安防方面的技術(shù)攻關(guān)，確保智能終端作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備及人員安全。

3.4 推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，釋放數(shù)據(jù)潛力

一是要加強(qiáng)系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)能力，在系統(tǒng)應(yīng)用層面，應(yīng)加快構(gòu)建基于多終端協(xié)同巡檢模式的集成平臺(tái)應(yīng)用，打通各類智能終端之間的信息堵點(diǎn)。二是充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，通過數(shù)字化手段輔助智能巡檢體系，釋放數(shù)據(jù)潛力。2024年1月，某供電局生產(chǎn)領(lǐng)域數(shù)字員工“客小生”正式上線，通過定時(shí)采集、比對(duì)各業(yè)務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)，先后承擔(dān)起供電質(zhì)量分析、作業(yè)計(jì)劃監(jiān)督、缺陷閉環(huán)跟進(jìn)等任務(wù)，使數(shù)據(jù)巡視流程轉(zhuǎn)向自動(dòng)化，線上監(jiān)盤工作化繁為簡(jiǎn)，數(shù)據(jù)價(jià)值得到最大化，極大減輕了生產(chǎn)指揮人員工作負(fù)擔(dān)。

本文主要研究了國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)變電智能巡檢領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)發(fā)展，以及國(guó)內(nèi)供電企業(yè)在變電運(yùn)維體系建設(shè)方面的最新成果，通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)裝備、平臺(tái)應(yīng)用和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的分析總結(jié)，形成基于多終端協(xié)同模式下的變電智能巡檢體系的整體認(rèn)識(shí)和制約性條件分析。目前，基于多終端協(xié)同模式的變電智能巡檢體系正處在建設(shè)初期，變電智能巡視正加快對(duì)傳統(tǒng)人工巡視的替代，本文通過分析現(xiàn)階段基于多終端協(xié)同模式的變電智能巡檢體系建設(shè)面臨的制約條件，同時(shí)提出相應(yīng)的解決對(duì)策，旨在為下一階段的變電智能巡檢體系建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)。