蔣帆 劉曉露

摘? 要：隨著電力系統(tǒng)智能化的發(fā)展需求，針對(duì)現(xiàn)有的紅外熱像儀在電力巡檢中出現(xiàn)無法聯(lián)網(wǎng)，操作繁瑣，安全性能不高等弊端，研究設(shè)計(jì)了應(yīng)用于電力設(shè)備和裝置的智能紅外巡檢裝置。智能巡檢裝置具有通過移動(dòng)邊緣計(jì)算遠(yuǎn)程控制變電站設(shè)備進(jìn)行預(yù)算的能力，能對(duì)變電站測(cè)溫發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行預(yù)判。相對(duì)于傳統(tǒng)的紅外熱像儀，智能巡檢裝置增加了在智能導(dǎo)航、紅外測(cè)溫和遠(yuǎn)程監(jiān)控等方面的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：智能巡檢;移動(dòng)邊緣計(jì)算;紅外成像;變電站

中圖分類號(hào)：TP274? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）32-0019-02

Abstract： With the development of intelligent power system， the existing infrared thermal imager can not be connected to the network， the operation is tedious， the security performance is not high and so on. An intelligent infrared inspection device applied to power equipment and devices is studied and designed. The intelligent inspection device has the ability to remotely control the substation equipment budget through the moving edge calculation， and can analyze the problems found in the substation temperature measurement， so that the problems can be found in time and the equipment defects can be predicted. Compared with the traditional infrared thermal imager， the intelligent inspection device increases the field application ability in intelligent navigation， infrared temperature measurement and remote monitoring.

Keywords： intelligent patrol inspection; moving edge computing; infrared imaging; substation

引言

變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全和效益。隨著變電站電壓等級(jí)提高、運(yùn)行環(huán)境愈加復(fù)雜以及變電運(yùn)檢要求的不斷提高，使得變電站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的巡視范圍和工作量變大，而通常采用的紅外成像技術(shù)作為一門成熟應(yīng)用的技術(shù)，在電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)中有著無比的優(yōu)越性[1]。紅外成像是以設(shè)備的熱狀態(tài)分布為依據(jù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好與否進(jìn)行診斷，它具有不停運(yùn)、不接觸、遠(yuǎn)距離、快速、直觀地對(duì)設(shè)備的熱狀態(tài)進(jìn)行成像的能力[2]。傳統(tǒng)紅外成像儀的檢測(cè)結(jié)果是存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)設(shè)備中，調(diào)用和查詢都比較復(fù)雜。同時(shí)，如果電力設(shè)備出現(xiàn)故障，也無法在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)設(shè)備性能的判斷具有延時(shí)和滯后性。因此，研究開發(fā)適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化水平的變電站智能巡檢系統(tǒng)已迫在眉睫。

1 移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)

1.1 MEC網(wǎng)絡(luò)框架

移動(dòng)邊緣計(jì)算（mobile edge computing， 簡(jiǎn)稱MEC）最早是由卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Mahadev等人在2009年提出的。[3]2014年歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）對(duì)MEC進(jìn)行了詳細(xì)定義：MEC技術(shù)是通過網(wǎng)絡(luò)邊緣部署帶有計(jì)算、存儲(chǔ)能力的服務(wù)器，為靠近移動(dòng)用戶的無線接入網(wǎng)提供IT及云計(jì)算能力。[4]在MEC網(wǎng)絡(luò)框架中，計(jì)算、存儲(chǔ)及業(yè)務(wù)服務(wù)能力被下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣的MEC設(shè)備中，云端設(shè)備將部分業(yè)務(wù)下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)，通過本地化處理，大大提升云端設(shè)備處理速度。此外，本地處理可以讓業(yè)務(wù)更接近用戶本身，從而提升用戶網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

1.2 智能巡檢裝置應(yīng)用MEC網(wǎng)絡(luò)框架

當(dāng)用戶使用自動(dòng)巡檢應(yīng)用時(shí)，首先利用帶有紅外成像功能的智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后該應(yīng)用將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至處理中心執(zhí)行電力設(shè)備檢測(cè)、投影和數(shù)據(jù)庫搜索等操作來獲取電力設(shè)備巡檢結(jié)果。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，為了減少業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)延，引入了MEC技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理電力設(shè)備檢測(cè)和投影等計(jì)算密集型操作。具體應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)框架如圖1所示。

2 智能巡檢裝置硬件構(gòu)成

2.1 智能巡檢裝置的構(gòu)成

智能巡檢裝置系統(tǒng)是集“遙控、遙調(diào)、遙測(cè)、遙信和遙視”功能于一體，廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備和裝置中，能真正實(shí)現(xiàn)變電站智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)無人值守。[6-7]智能巡檢裝置是在原有紅外成像儀的基礎(chǔ)上，增加多智能模塊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢功能。

（1）安全芯片

普通型紅外熱像儀由于沒有集成安全加密芯片，巡檢數(shù)據(jù)只能本地處理，不能接入國網(wǎng)平臺(tái)，使得巡檢數(shù)據(jù)的分析具有片面性、局限性。紅外智能巡檢裝置通過集成國網(wǎng)ESAM芯片，在用戶側(cè)以硬加密的形式，保證數(shù)據(jù)安全，并可以安全接入國網(wǎng)平臺(tái)，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題和對(duì)設(shè)備缺陷做出更優(yōu)的預(yù)判。

（2）RFID

傳統(tǒng)的以紙質(zhì)為主的人工巡檢方式，巡檢信息收集、人員管理均通過紙質(zhì)報(bào)表完成，該方式受人為因素影響較大，易出現(xiàn)漏檢、錯(cuò)檢現(xiàn)象，且效率較低下，無法適用電力系統(tǒng)信息化、網(wǎng)絡(luò)化的需求。紅外智能巡檢裝置通過讀取設(shè)備RFID標(biāo)簽獲取標(biāo)簽中的信息，具有非接觸性識(shí)別、保密性強(qiáng)、抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。

（3）GPS/北斗定位

GPS/北斗模塊可獲取時(shí)間信息，更新巡檢裝置的本地時(shí)鐘。同時(shí)，自動(dòng)把地理位置信息附加到拍攝的電力設(shè)備圖片中，上傳給管理系統(tǒng)，從而輔助判定對(duì)設(shè)備的身份唯一性識(shí)別。

（4）多傳感

智能巡檢裝置集成了多種傳感器，用于收集巡檢現(xiàn)場(chǎng)的磁場(chǎng)、電場(chǎng)及溫濕度數(shù)據(jù)，同時(shí)預(yù)備了通用接口用于擴(kuò)展各類傳感器應(yīng)用。當(dāng)巡檢現(xiàn)場(chǎng)的磁場(chǎng)或電場(chǎng)強(qiáng)度高于警界值時(shí)，及時(shí)安全告警。

2.2 紅外成像儀智能化關(guān)鍵技術(shù)

（1）基于“RFID+圖像”的裝置身份唯一性識(shí)別技術(shù)

對(duì)電力設(shè)備身份識(shí)別在RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上，并以二維碼、圖像識(shí)別、北斗定位、語音識(shí)別等多種技術(shù)進(jìn)行輔助判別，確保設(shè)備身份識(shí)別可操作性和唯一性。另外，在前期主站側(cè)設(shè)備臺(tái)賬建立時(shí)，所有類型設(shè)備輪廓基圖保存在數(shù)據(jù)庫，巡檢任務(wù)下載時(shí)包含本次需要檢測(cè)設(shè)備RFID及對(duì)應(yīng)的輪廓基圖，在拍攝紅外圖像過程中，通過與輪廓基圖的比對(duì)進(jìn)一步保證了圖片自動(dòng)歸檔準(zhǔn)確性。

（2）基于“國密算法”視頻安全加密技術(shù)

安全芯片硬件集成有算法單元、隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、電壓和頻率檢測(cè)等多種安全性保護(hù)機(jī)制，可有效保證傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。芯片具有防監(jiān)測(cè)、抗攻擊的安全特性。

（3）基于“智能安全盒”的存量設(shè)備智能化升級(jí)方案

傳統(tǒng)紅外攝像儀一般提供WiFi或USB通訊接口，智能巡檢裝置集成了豐富的通用接口，可與紅外熱像儀鏈接。巡檢時(shí)，紅外熱像儀只需將檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至裝置即可，裝置內(nèi)置大數(shù)據(jù)分析軟件，實(shí)時(shí)提供故障判斷告警。熱像儀只需升級(jí)軟件系統(tǒng)，無需改動(dòng)硬件，就可與智能巡檢裝置兼容。

3 結(jié)束語

紅外智能巡檢裝置是對(duì)傳統(tǒng)型紅外熱像儀的升級(jí)和改善，解決了存量紅外熱像儀巡檢數(shù)據(jù)無法接入國網(wǎng)系統(tǒng)，設(shè)備缺陷無法及時(shí)預(yù)判告警的問題，提高了站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的安全性;減少了變電站運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率及運(yùn)維水平。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：浙江省教育廳一般科研項(xiàng)目（編號(hào)：Y201737549）

作者簡(jiǎn)介：蔣帆（1984-），女，碩士，講師，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)及電力現(xiàn)代化裝備;劉曉露（1983-），男，碩士，工程師，研究方向：電力通訊技術(shù)。