變電站遠程智能巡檢系統研究與應用

［摘 要］針對目前變電站運行過程中存在的巡檢不及時、漏巡檢、故障判斷不準、現場環境對人身安全存在隱患等問題，將監測技術、通信技術和信息處理技術相結合，構建變電站遠程智能巡檢系統。該系統能夠實時感知、遠程監測、智能巡檢各種類型的變電設備，其架構分為應用端、通信端和服務端3 個層次。將該系統應用于變電站的遠程巡檢工作中，可實現對變電站的遠程圖像采集和聯動，進而實現變電站的智能巡檢，對出現問題的設備進行實時報警，以進行高效的處理。

［關鍵詞］變電站；遠程；智能巡檢；系統研究

［中圖分類號］TM63 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0018–03

1 變電站遠程智能巡檢系統結構設計

1.1 系統需求分析

基于智能化的設備和通訊能力，變電站遠程智能巡檢系統應具備精確獲取變電站的設備運行狀況、時間、地理位置等信息功能，同時還應具備預測設備運行情況，并在設備出現故障的情況下，做出正確預警的功能。因此，對變電站遠程智能巡檢系統提出實時、可靠和智能化的要求。

系統需基于統一的標準采集數據/ 圖象，向服務端發送檢測信息，建立檢測方案，進行檢測預警；需具有對設備進行連接的能力，確定故障位置，對其風險及緊急程度進行評價，并提出相應的對策，從而達到遠程智能巡視的目的。

1.2 系統結構框架

利用.net 框架和VS2018 的軟件， 對遠程智能巡檢系統進行架構設計。該系統采用B/S 3 層分布式網絡架構，其中包括服務端、應用端和通訊端3 個部分。服務端使用B/S 體系結構、SSH 架構、SQLServer2015。而通訊端則是以ASP.NET 為基礎，結合第三方庫以非同步方式進行數據交換。應用端的主要用途是控制安裝在變電站現場的各種溫濕度傳感器、紅外熱成像設備、可見光成像設備等。作為系統的核心部分和功能執行者，應用端既可單獨運行，也可以集群操作，即可在后臺對各種終端設備進行一對一、多對一的控制。

2 變電站遠程智能巡檢系統功能模塊設計

2.1 管理服務子系統

管理服務子系統負責初始化設置系統及裝置信息，制訂和啟動巡視工作，執行巡視記錄查詢、報警信息查詢等功能。

該系統按照工作人員的權限，設定用戶的登陸密碼，建立VPN，賦予不同人員訪問權限，并將裝置的基礎資料輸入，與智能裝置相對應。通過對故障點的實時監控，實現對故障部分或全部的監控與追蹤，并將其具體的操作狀況記錄下來，向服務器反饋有關設備、輔助設備及測試設備的警報情況。管理服務子系統信息模型如圖1 所示。

圖1中，MS_User Login類實現對用戶的注冊認證；MS_User Information 類用于保存系統中使用者的基本資料，其中包括姓名、身份、權限等；MS_DeviceInformation 類記錄設備基本信息和具體運行參數信息，如各種軟、硬件信息、功能集合等；MS_main類是功能聚合類，現實可用功能，可單獨下載巡檢任務、啟動巡檢任務，并將其上載到MES 中；MS_Polling 類用于巡檢模式的選取，有MS_auto_polling智能自動巡檢模式、MS_manual_polling 人工巡檢模式；MS_Report 類包含巡檢內容、巡檢狀態報告等功能；MS_Breakdown 類包含各種類型裝置警報和系統警報；使用MS_Time 類來獲得實時的數據。

2.2 通訊模塊

該系統利用WIA 網絡為各數據主體進行通訊，并將各節點之間的數據進行收發，從而達到在兩個對等應用實體之間進行數據傳遞。在客戶端使用客戶端服務器通訊方式，支持動態非中間單播傳輸方式，使用Publisher Subscriber 方式預配置并定期發送數據，在突發情況下使用Report-Sink 通訊方式支持非周期性消息傳送。

WIA 的應用程序層可支持B/S 通訊。由Client端向 B/S 端口傳送操作資源、操作動作和內容。B/S對所收到的消息進行裝封處理，通過應用子層中的數據傳送原語將封裝信息以及VCR_ID 提交至應用子層，遵循Client-Server 的傳輸，并與服務器端的響應信息相匹配。

開關柜溫度監測終端與管理子系統應用進程利用B/S 接口，實現對開關柜溫度報告的修改。

開關柜溫度檢測終端通過切換數據和子模塊的信息建模實現對開關柜的監測。通過B/S 界面對原始和目標地址之間的虛擬通信關系進行檢索，對探測數據進行封裝。將已包裝好的B/S 架構信息傳送至服務器側的WIA 應用程序，并通過REPLY 服務對更改的消息進行應答。

2.3 遠程智能監控系統

2.3.1 狀態監測子系統

狀態監測子系統的工作流程是對變電站運行的各種設施進行智能化巡視。在收到監控命令的情況下，測試裝置及儀表啟動。利用紅外成像的聯機分析技術，得到一次裝置熱力圖，實現對系統故障位置的準確定位，以及對系統中異常值的實時傳輸和報警。利用實時監控功能，實現對變電站內氣體成分、壓力、濃度、溫度等參數的實時監控，當超出設定的臨界值時，發出警告，并將其上載。對其進行實時監控，進而實現對漏電、阻抗的實時監控，并分析裝置工作狀態，對出現的異常情況進行預警。開關柜的穩定性測試主要用來探測開關觸點和電纜頭的位置，并及時發現異常情況。容性設備絕緣測試主要監控電容式設備、蓄電池及直流屏幕的工作狀態，并對出現的異常情況進行報警。

狀態監測子系統數據庫主要是對監控數據、測量數據和預測數據進行緩存。其中的數據包含監視數據庫類描述數據庫的特性；將紅外成像探測的信息，如溫度參數、紅外特征值等存儲在Infrared DetectionData 類中；SF6 Data 類儲存SF6 氣體含量、氣壓、微量水量；Capacititive Equipments Data 類別，儲存電容式初級裝置的資料，如變電站電流/ 電壓互感器、變壓器套管、電容、避雷器等，并記錄電容電流、避雷器電阻、系統電壓等資料。

2.3.2 智能輔助子系統

智能輔助子系統實現對變電站內各種裝置的實時監測和控制。當裝置出現故障時，周圍的攝像機會將其與故障位置相連接，記錄其狀態，并將其上載到數據庫中。在收到監測中心的控制命令后，該子系統按照指示的要求將攝像機轉向并進行人工記錄。在開啟影像時，可針對不同的光照、氣溫等因素，開啟燈光補償或調解空調的工作方式，提高影像輸入的質量。在該子系統中配置溫濕度和氣體濃度濃度探測器，實現區域內溫度場、濕度場、污染物分布及濃度的監控，并將相關信息傳輸至服務器。

該系統主要功能是實現視頻監控、遠程控制、安全防范等功能。其中包含遙控類型，如遙控燈光、空調開關等。

2.3.3 報警廣播接口

當變電站的某一裝置出現問題時，需通過廣播方式向全網進行通告，以提醒當值的工作人員。針對這種情況，遠程智能巡檢系統設計報警廣播界面，使報警信息能夠快速可靠地傳播。WIA 的應用子層采用Report-Sink 的方式，通過將感知到的警報信息和相應的業務子層的信息一起發送至用戶子層，同時，還提出基于Report-Sink 的數據流的方法實現對數據無周期性的突發數據傳遞。在環境監測進程調用讀/救（R/S）信息界面實現警報監視，并在WIA 中通過使用R/S 消息業務，將不必要的DLL 資源進行刪除，并通過向系統中的各裝置進行通告，以提示協同監控。

3 變電站遠程智能巡檢系統應用

3.1 系統運行環境

變電站遠程智能巡檢系統服務器操作系統為微軟Windows7或更高的操作系統，且網絡服務器為II8.0、IE8.0 或更高的瀏覽器。該系統的用戶端包含與互聯網相連接的計算機與手機，并采用微軟Windows 及以上的操作系統。

3.2 功能測試

為了方便驗證，系統對硬件平臺進行IP 地址設定，通過服務器端嵌入式Web 服務器掛起，使用用戶端瀏覽器輸入服務器地址登入服務器。在系統登陸畫面上可輸入帳號和密碼，點擊登陸就可登陸到服務器。

在進入系統的主界面后，系統分為巡檢、缺陷、設備和系統管理4 大功能。每一個功能模塊，又進一步細分為各個子模塊。

系統實現對變電站圖象信息的實時采集，能夠對裝置、儀表的工作狀況進行分析。利用高分辨率攝像機與布置測點采集現場儀器的影像及數據。通過對被測物體表面的溫度進行測量，以及對被測物體表面的溫度分布進行分析，從而判斷出被測物體的溫度。將系統中的圖片及相關參數等數據一起傳送至監控系統中，使用者可在巡檢系統中直觀地看到監控結果。例如，對某一電抗器的紅外測溫過程中，可通過系統電抗器遠程端獲取感應器的最高溫度、最低溫度和中間溫度，并用不同色彩加以區別。一旦有某一相電抗器溫度值超出設定的數值，則會產生相應的語音警報。

根據設備登記、電壓等級等信息，對設備故障進行統計分析，并將故障信息以圖形方式顯示出來。使用者可瀏覽各變電站的工作狀況，其中包括故障設備、故障位置、故障狀況、現場巡視時所拍照的故障照片和故障處置進度。運維人員按照故障狀況進行相應處置，并及時將故障處置過程中出現的問題反饋給后臺進行管理。

4 結束語

文章針對智能變電站的建設需求，提出了一種基于數據采集、通訊和應用管理的遠程智能巡檢系統。通過對其進行架構設計，劃分管理服務子系統、通訊模塊和遠程智能監控系統3 部分。采用變電站遠程智能巡檢系統能夠對設備進行實時監測，并進行廣播式預警，可在預定時段對變電站各設備進行巡視，并通過遠程監控，進行遠距離的圖形數據采集與聯動，從而實現遠程智能化監測。

參考文獻

[1] 劉子俊，王廷凰. 基于AR 文字識別技術實現二次設備定值修改[J]. 自動化與儀器儀表，2019（2）：161-164.