变电站智慧立体巡检系统关键技术研究

变电站智慧立体巡检系统关键技术研究

Summary：变电站巡检是确保设备正常安全运行的有效措施，通过巡视检查了解设备运行状况，掌握运行异常，并及时地采取相应措施，对于降低事故的发生及控制停电范围具有重要意义。Keys：变电站；智慧立体巡检系统；关键技术研究：TP242：A引言在电力系统变电站中，各项设备功能都非常复杂，组成零件数量较多且集中，即使设备管理已经走向数字化，完善了分布式控制管理，但对于设备运行状态的监测及统计仍然存在一定的难度。传统的人工巡检方式靠个人经验手动记录监测数据，并且需要２４小时不间断检查，人工巡检时间跨度比较长，实际的工作效率也不理想，还可能会出现错误操作以及数据记录错误等情况，无法保证巡检结果的精度。随着现代信息管理的普及和发展，工业机器人应运而生，其能够在很多岗位上代替人工来完成重复性工作。1智能变电站继电保护系统中的问题1.1越级跳闸与延时跳闸就智能变电站继电保护系统运行环节，越级跳闸与延时跳闸的发生风险较大。系统运行过程中，越级跳闸问题的发生与开关保护装置故障存在相关关系。相关数据表明，若电网运行中将开关站用于负荷密集部位，会导致故障密集度加大。一旦电网系统运行中部分线路发生短路问题，会严重威胁到继电保护系统运行情况，导致其出现拒动问题，短路故障也十分严重。1.2母线全停及误动智能电网运行过程中，并联母线故障程度各有不同，电网两端母线运行受到阻碍，继电保护系统故障发生风险也随之加大。不仅如此，在智能变电站实际运行环节，以继电保护系统运行实际为参考，以固定运行方式为辅助，一旦运行方式出现变化，会影响到继电保护系统中的“四性”，加剧系统误动问题。1.3计算失误与人为因素智能变电站继电保护系统运行环节，定制整定计算过程中一旦出现计算失误情况，会严重威胁到继电保护系统整体的安全性。系统运行过程中故障的发生也会受到人为因素的影响。在实际工作中，若安装人员操作不规范，接线不符合设计标准，或操作存在偏差，都无法保证操作的准确度，加大继电保护系统故障发生风险，因而亟待提升操作人员的技能水平。2变电站智慧立体巡检系统关键技术2.1变电站立体巡检系统架构设计变电站智慧立体巡检系统以实现机器巡检替代人工巡检的关键技术研究作为目标，让机器巡检“看得准”“听得懂”“会决策”。从巡检影像识别算法设计、新型巡检装备研制、智慧决策平台构建等方面开展了变电站智慧立体巡检关键技术攻关的工作。采用立体巡检，调用站内一切相关资源（机器人、高清摄像机、红外摄像机、无人机、在线监测系统等），时空立体化覆盖人工巡检的安全禁区、视觉盲区、听觉盲区，并做到数据多源融合分析，从业务内容上完成巡检工作的机器代人。在可视化算法设计上，针对“看得准”设备异常和缺陷，提出了变电站场景下的设备缺陷匹配方法和缺陷问题检测方法，改进了深度学习算法模型并在国产AI框架MindSpore上进行了高效的移植，支撑了变电站智慧立体巡检关键技术的自主可控。在可闻声设备研制上，针对“听得懂”设备异常和故障，开发变压器故障声纹检测装置和智能监控主机。同时研制了智慧变电站就地化采控装置，满足多源数据采集的需求。在智慧平台构建上，“会决策”处置流程和方案，基于云边协同的经典架构，开发了面向省级巡检中心的“变电站远程智能巡视系统”和变电站端的“变电站联合巡检系统”，各司其职，分层分类去完成任务调度和分析决策。同时建设了“NARI-AI融合平台”，实现电力AI从样本采集、标定审核、模型训练、迭代更新的全链条应用模式，打造决策库智力中心。2.2数据预处理通过巡检机器人采集到的数据信息，具体分析设备运行时的热力参数，可以判断出设备当前状态，明确指标性能。影响设备红外图像的主要因素包括电压、电流和电力负荷。当变电设备处于稳定运行状态时，电压升高与电流持续输出所产生的热效应，均会对设备产生一定负面影响，但并不会在短时间内显现，而是经过长时间积累，才能造成变电设备的损伤和老化。针对变电站内设备的监测，利用不同的监测单元对其进行区域分割，明确不同巡检机器人监测范围，利用可拓展标记语言编辑设备序列、服务器名称及位置信息，完善设备参数信息，形成图数据模型。变电站中设备实际损耗情况，通过分析历史数据就能够具体掌握。系统内存储的历史数据集合是按照设备类型、序列以及不同位置、不同角度等属性进行编列的，因此其属于有序的广义集合。历史数据集合可以帮助机器人完成设备信息的相互匹配和信息交换，通过对变量的压缩，可以加快信息传输效率。通过对历史数据集合系统分析和定义，明确变电设备中存在的绝缘介质以及设备间存在的相关逻辑节点，这些位置和节点表明了设备的重要缓冲部位也是容易发生故障的位置。将易发生故障位置信息组建成预警数据集合，标记各节点状态信号，这样可以为设备的数据测量提供更加完善的标识信息，以便监测过程中发现故障时，能够快速有效的完成预警触发和预警传输。针对节点数据的属性和种类，明确采集获得信息的重要程度，利用拓展标记语言描述设备节点信息参数，建立参数信息库，将输入与输出的文件结构进行归一化处理，以便管理和维护。2.3通信安全加固技术根据市面主要的信息加密技术，无人机通信防护沿用了加密及身份认证等安全防护机制，但由于无人机工况不稳定，且控制指令单一且重复，因此加密与身份认证的通信防护技术并不适合巡检无人机信息安全防护。密钥认证是在无人机及相关系统运行中，想要获取对应信息，需进行通信确认。无人机飞行过程中易受到建筑物、地形及植物等遮挡影响，很容易导致无人机短时间内脱离地面控制，因此在利用密钥加密技术时需确保通信链路时刻保持敏捷的飞航控制能力。为确保巡检无人机运行安全，数据加密可采用硬件或软件的形式实现。由于无人机控制系统对实时性要求极高，可采用集成密钥安全芯片提升加密数据的加密及解密速度。巡检无人机系统存在密钥分配问题，比如遥控及电表常采用集成SM1国密算法，此时将导致密钥分配减缓的问题。对此，可让相同单位的多个无人机及地面控制系统采用少类的安全芯片，在保证密钥分配速率的基础上，确保密文破解难度。为了进一步提升巡检无人机保护水平，可利用智能电表安全防护模式分配密钥，后台系统登入无人机密钥数据，当无人机飞行前对调频序列进行配对，依照无人机序号从密钥管理系统中分配对应的密钥，随后利用地面控制端进行通信加密处理。为保证无人机巡检数据分发的及时性，可在后台系统获得密钥后对其进行FPGA编程，随后对硬件进行加密处理，确保网络通信的安全性及稳定性。结束语变电站巡检决策能力要持续迭代提升。变电站智慧立体巡检技术及相关系统自投入应用以来，为变电站巡检带来了转变，发现和处置了重要隐患。但变电站内的潜在隐患无法遍历，复杂故障及异常需要推送人工核查和处置。因此在应用过程中，平台通过积累样本、决策方案、变电设备状态评价知识库、变电设备检测、检修、运维知识库，不断迭代学习和更新，不断提升决策能力。Reference［1］王刘旺，周自强，林龙，等.人工智能在变电站运维管理中的应用综述［J］.高电压技