基于大数据分析的变电站设备智能化巡检系统

基于大数据分析的变电站设备智能化巡检系统摘要：电力设备巡检是对变电站设备进行常规检修的基本工作。当前电力企业普遍采取人工巡检为主，手持终端PDA为辅。该工作模式可以实时巡检人员的位置，对巡检的就地率有基本的巡检功能，PDA可以自动输入设备信息，节约人工记录时间，但是仍然存在着不能满足实际巡检需求的问题，如监测数据复杂冗余、缺乏故障数据分析等。同时，作为智能电网中的一个关键环节，变电站数量众多，分布广泛，地理位置人烟稀少，给电力系统的维护和管理造成了诸多的困难。智能巡检与监管系统也将代替人工巡检和变电站监视控制系统，从而实现变电站管理的高度智能化。关键词：大数据；变电站设备；智能化巡检系统引言电力企业的数字化转型，明确提出了利用在线监测、视频巡检、无人机、卫星遥感、智能单兵监测等多种信息源，以对电网设备状况进行精确的评价，为制定更有针对性的巡检和检修计划提供依据。按照国家电网对变电站自动化运行的需求，各电力公司应利用高清视频、AI、无人机航测等技术，加强对变电站一次设备、二次保护监测屏柜、生产环境的多维度高清远程立体智能巡检，为电力行业的数字化升级、节能减排的绿色目标实现做出有力助推。1.变电站传统巡检痛点传统的变电站人工巡检，大多是由地面工作人员沿巡检通道进行巡检和记录，传统的无人驾驶飞机，需要专业的飞行人员，因此受到了很大的限制。传统的人巡+手控机巡线的常规巡检存在着如下困难：①人工巡检受限于视角，难以覆盖高层、中层设备，容易疏忽个别安全隐患；②采用手控机巡检方法，必须避开电力设施，对飞行人员的操作有很高的要求；③夏季高温炎热，工作强度大，工作风险大；④不能立即辨认出巡检图像，需要软件进行识别，再由人工进行复查，时效性较差。随着电力网络规模的日益扩大，传统的变电站巡检技术模式面临诸多问题与挑战，迫切需要加强电力系统的信息化建设。2.智能变电站巡检系统的必要性智能变电站是一种具有自动控制、智能调节、在线分析决策、协作交互等功能的变电站，它具有将电流、电压等电能转换为特定地区的电能。尽管智能化变电站具有信息化、科学化的特点，但不可否认其具有高度的安全运行风险。因此为了保障变电站的设备安全运行，以及结合无人值班变电站的实际情况，现基本对变电站采用传统定期人工巡检的方式。但随着变电站越来越多，传统人工巡检的弊端也越来越明显。①巡检人员不足，巡检周期变得越来越长，无法及时发现设备问题；②随着人员流动和岗位调整，造成巡检人员素质参差不齐，巡检质量达不到预期效果；③较多变电站地点离巡维中心还有一定的距离，需要投入较大的人力物力在路途中，巡检效益差。因此传统的巡检方式已无法满足现代的管理要求，电力企业迫切需要一种新型的巡检手段。随着近年AI技术的快速发展，一种基于AI和大数据的智能化变电站巡检系统可很好的解决传统人工巡检存在的问题。3.多维智能远程巡检系统多维智能远程巡检系统由调度端智能远程巡检主站、变电站端智能巡检监控系统和巡维中心(集控中心）端的远程巡检工作站组成。站端智能巡检监控系统通过高清可见光摄像机、红外测温摄像机、传感器、智能机器人、无人机等设备采集变电站电气设备、环境等状态信息。系统结构如图所示：变电站端智能巡检监控主机在每次巡检完成后通过数据网将巡检信息及结果通过综合数据网发送给调度端智能远程巡检主站。调度端智能远程巡检主站和远程巡检工作站也可主动向变电站多维智能远程监控平台获得实时或历史巡检信息。变电站端智能巡检监控系统基于AI及大数据技术，可制定智能巡视策略、设备状态和趋势分析与预判、现场作业安全风险管控、远程视频验证、智能预警模块等深度开发的应用模块。从而具有智能巡视、设备状态智能监测、表计读数智能识别、保护装置信息采集、设备缺陷智能识别、人员行为智能监测等功能。并可对设备的运行状况进行提前分析和预判，发现设备存在隐患，提前向巡检人员发出预警信息，从而降低变电站的设备故障造成的安全事故。多维智能远程巡检系统通过隔离装置与调度中心SCADA主站进行通信，接收自动化系统的遥控、遥信等信息；当SCADA主站对某一设备下达了远程控制命令后，系统就会自动地将该设备的图像、开合状态、自身温度、仪表读数、设备所处的环境信息等全部显示出来，从而使调度员能够全面地分析和判断设备的运行状态，确保远程控制的可靠性。变电站多维智能远程巡检系统按照“调控一体化”、“无人值班变电站”和“五通一措”的电力系统运行需求而开发的，它为调度人员远程遥控、设备巡检、运维人员现场作业和应急处置等生产、安防等生产环节的智能监控与应急指挥平台，能够切合电力生产实际应用，保障电网生产安全运营。4.变电站智能巡检技术

变电站智能巡检数据采集主要采用摄像机群、无人机、智能机器人等方式，结合AI识别及判断技术进行。4.1智能巡检摄像机群在变电站内设置覆盖全站电气设备的高清可见光摄像机、红外测温摄像机、传感器等设备，按照制定的自动巡检策略对站内电气设备进行巡检。此方案可根据变电站进行定制，无惧变电站复杂多变、设备多样化的特点，具有全方位的视频巡检、全面的自动分析功能，支持智能化运维，助力变电站逐步实现无人值守。摄像机群巡检的主要功能有：①灵活的视频采集功能：采用云台摄像机和红外测温摄像机，既能保证变电站的安全，又能有效地减少硬件开销。该系统有效地解决了当前变电站视频巡检系统中存在的缺陷，以及老式安防摄像机的监测能力差等问题。②强大的算法识别能力：该系统拥有成熟AI算法，涵盖了表计读数、设备状态识别、设备缺陷识别和安全风险防范四大主题，通过几十家变电站的实际应用，证明该算法具有高准确率、高泛化、高并发、高覆盖的能力，能有效替代人工巡检，并且在发现问题的速度上要比人工巡检快得多，可以让AI代替大脑进行处理。③集约监测功能：在实际应用中，单一的监测设备无法满足无人值班的要求，可以将变电站监测系统升级为巡检系统，采用视频识别+AI智能控制，将“眼”与“脑”连在一起，从而达到最佳效果。巡检系统，可以根据市场上的主流摄像头，进行精确的巡检（预置位、PTZ获取、雨刷启动、实时拍照）、预置位图像纠正等。通过对硬件的精确控制，可以对算法进行分析，从而保证算法能够获得高品质的稳定输入。同时，根据巡检设备、电力设备、场地分布图、电力接线图等不同的工作维度，对变电站的视频巡检进行了全面的分析，可以满足各种不同的巡检需求，而不限于视频查看、录像播放等一些比较单一的应用场合，有效地解决了监测系统应用深度广度的问题。④实时监测功能：运行维护人员只要在调度端智能远程巡检主站或巡检中心的巡检工作站开启“手动”功能，即可控制站端对应位置的巡检摄像机的角度和焦距，查看现场电气设备、电测仪表的实时状态。也可在接收到智能巡检系统发出的告警或预警信号后进行核对，从而通知相关专业部门进行处理。与以前到变电站才能实时查看设备状态相比，节约了时间、人力、物力，而且大大提高了工作的效率。⑤安全监视功能：巡检摄像机群可以实现在进站人员进入监控范围后，对监控范围内的车辆及人员进行的自动或人工追踪，从而实现对人的实时巡检，并对关键目标进行视频追踪，使运维人员把握住关键目标。⑥全天候巡检功能：巡检摄像机方式下每台摄像机巡检范围较小、需收集的巡检信息少，因此摄像机群方式完成巡检时间短。巡检摄像机可以24小时不间断工作，也不会受天气影响，因此可根据需要对变电站或具体设备实现全天候巡检。采用摄像机群的智能巡检系统，实现了变电站“一体化”和“无人值守”。以站内高处俯瞰地面，以现场实景影像为实景，采用AR增强技术，将实时影像中的标签与其它子系统进行交互，同时将低位巡检资源与联网预览相结合。通过对站点的全方位监测，极大地提高了维护人员的感知能力，为站点的安全升级提供了有力的帮助。4.2智能巡检机器人该系统由基站层和机器人移动层两个层次构成。机器人移动层根据制定的路径、设备部位进行图像数据采集，基站层接收数据、对数据进行处理、与数据库内数据比对，并将巡检结果发送给调度端远程巡检主站。该系统还具有图像处理、模式识别等特点，能够对设备的故障进行自动识别和报警。移动台和基站之间的数据传送方式分为：无线网桥基站、网桥移动台、无线网络传输协议。该系统具有灵活的工作模式，在巡检时不会受到气候等因素的影响，同时将其非接触式监测与变电站一体化自动监测相结合，可实现变电站全方位、全自主智能监测，有效提高无人值班变电站设备巡检水平。巡检机器人的主要功能有：①检测功能：利用红外热成像仪探测一次装置的热故障。（测试内容为电流致热型、电压致热型装置的主体和连接件的红外温度测量，使用可视光摄像装置，检查装置表面有没有松脱，漏油，锈蚀，破损，异物等，检查断路器和隔离开关、接地开关的位置，观察仪表读数和油位计的位置。）②分析及报警：对设备的故障、缺陷进行智能分析、故障诊断、故障预警、设备巡检、红外测温、湿度等数据的自动录入，并提供红外图像。③控制功能：由设备巡检员在巡检后台进行手动巡检，实现了对智能巡检机器人的人工操作，实现了对现场实时的巡检，替代人工实现开关、刀闸操作后位置的校核。④特殊巡视功能：安装设备周边有安全隐患，或者天气情况恶劣，无法进行手工检查，或者有“死角”时，由巡检员操作机器人进行作业。与人工巡检相比，智能巡检机器人能够消除“死角”，减少人工巡检的工作量。同时，智能巡检机器人所具有的特殊数字化处理系统，能够有效地实现各种工作标准，达到标准化、智能化的目的。4.3智能巡检无人机在变电站配置巡检无人机、固定机场，无人机根据制定的巡检路径、巡检部位、巡检时间等进行巡检。无人机可完成自动起降、自主巡检、自动充电、数据上传、数据处理等工作，实现无人机值守的效果。无人机在变电站内可实现对线路构架、断路器、隔离开关、变压器、避雷器、避雷针、母线、表计等设备进行可见光和红外巡检。巡检无人机具有施工简单、施工过程中不会影响电气设备安全运行等特点。但不适合对户内设备进行巡检。因此往往需要结合摄像机或巡检机器人才能完成全站巡检。5.智能变电站巡检系统的效果①利用通信技术和数据库技术，实现了智能巡检数据的自动上传和存储，维护人员可以随时查询、打印巡检信息，具有真实性、准确性、有效性、可视化和安全性。②能够分析电力设备和自然环境的运行状态，并在第一时间向相关人员报告，如发现有物体着火，自动开启声光设备，拨打电话报警。智能变电站巡检系统是针对日益复杂的变电站设备，提高环境安全巡检与巡检工作的效率而开发的，它可以为电力工业带来低成本、高可视化、井然有序的电力设备和自然环境监测维护成果。③变电站的电磁环境十分复杂，如果没有经过专门的操作和防护，很容易发生安全事故。同时，通过设置区域的安全保护措施，使系统能够对人身的安全风险进行及时的检测。④与先进的人工智能技术相结合，使仪器具有较高的准确率和较高的准确度。机器人的运用，使其在恶劣的工作条件下仍能从容地进行维护，保卫设备的安全运行，24小时的不间断巡检。通过建立设备的健康数据，不断地监测设备的细微变化，及时采取措施，避免造成更大的损失，从而达到对设备安全的预测。⑤按每座变电站每月4次的人工到站巡检，一次巡查按1辆车2名工作人员1天的工作量来算，如果一个巡检中心管理20个变电站，那么一个月可以节约160个工作人员的工作量，而且可以节约车辆油费、车辆损耗、人员投资、外出费用等费用，将节省大约二十万元的运维成本，而通过智能巡检方式，此部分费用将大大减少；而且实现了设备的联机管理，有效地防止了设备的故障发生率，实现了降低变电站巡检费用的目的。结束语由于智能化变电站在实施过程中会出现许多的问题，所以提出智能化变电站改造的关键技术就显得尤为重要。随着我国科技的发展，人们生活水平的提高，对电力资源的需求也就随之增加，只有找出改造的关键技术才能提高工程质量，满足人类需求。由于问题解决的过程比较困难，所以就需要相关部门自上而下采取一系列的措施，针对问题，找出合理的解决办法，从而使智能变电站技术更加灵活先进。参考文献[1]孙鹏涛.浅谈大数据架构视域下的变电站设备智能化巡检系统设计分析[J].中国设备工程,2021(13):1