張勝會(huì)

（天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司，天津 300462）

0 引 言

無(wú)人值守變電站除了可視屏監(jiān)控，還具有遠(yuǎn)程電腦桌面控制和屏幕錄像等功能，能夠滿足用戶的多方位需求，是發(fā)展的必然趨勢(shì)。站在企業(yè)角度，無(wú)人值守變電站可幫助企業(yè)完成多項(xiàng)工作，如遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)服務(wù)維護(hù)協(xié)助、遠(yuǎn)程辦公以及資料信息獲取等。還可以代替人工隨時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)的安全，做好安防工作。

1 主要巡檢技術(shù)

1.1 巡檢機(jī)器人

巡檢機(jī)器人能夠進(jìn)行可見光和紅外定點(diǎn)定時(shí)拍照，保證對(duì)數(shù)字油位計(jì)和表計(jì)的快速識(shí)別，并在發(fā)現(xiàn)表計(jì)或油位計(jì)讀數(shù)異常、設(shè)備發(fā)熱以及存在缺陷時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)自動(dòng)生成異常記錄。巡檢后，智能巡檢機(jī)器人還會(huì)自動(dòng)歸位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電和保護(hù)功能，全程無(wú)需人工操作。利用智能巡檢機(jī)器人可以提高巡檢效率，切實(shí)保證巡檢人員安全。

1.2 特高壓絕緣子檢測(cè)機(jī)器人

特高壓絕緣子檢修屬于高空作業(yè)，危險(xiǎn)性較大，員工無(wú)法實(shí)現(xiàn)帶電檢測(cè)。電網(wǎng)企業(yè)研制出特高壓絕緣子檢測(cè)機(jī)器人，利用探測(cè)針可以全面分析絕緣子異常故障，利用絕緣機(jī)械抓手沿著絕緣子鋼帽不斷上升，可以全面檢測(cè)特高壓絕緣子桿塔。特高壓絕緣子檢測(cè)機(jī)器人體積小、重量輕且待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，充一次電能夠檢測(cè)1 500片絕緣子，可以精確記錄各種數(shù)據(jù)，并將結(jié)果傳輸給數(shù)據(jù)庫(kù)，利用后臺(tái)軟件即時(shí)分析。操作者只需利用手機(jī)或電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢[1]。

1.3 無(wú)人機(jī)

很多高壓線上經(jīng)常會(huì)懸掛風(fēng)箏、孔明燈以及垃圾袋等其他雜物，如果沒(méi)有及時(shí)處理，很容易導(dǎo)致線路跳閘而引發(fā)故障。傳統(tǒng)人工帶電作業(yè)模式需要通過(guò)桿塔掛梯才能夠清除異物，操作環(huán)境非常危險(xiǎn)，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)。利用無(wú)人機(jī)噴火消除異物的方式，能夠有效取代員工帶電操作，減少危險(xiǎn)性。無(wú)人機(jī)噴火直接將汽油或酒精作為噴火燃料，在無(wú)人機(jī)上安裝噴射火焰裝置，精準(zhǔn)控制噴油噴火位置、噴火量以及噴火時(shí)間，往往只需要幾分鐘就能夠輕松去除垃圾、風(fēng)箏以及孔明燈等異物。無(wú)人機(jī)噴火最高溫度為400 ℃，而高壓架空導(dǎo)線的熔點(diǎn)為600 ℃，因此不會(huì)對(duì)線路造成損傷。

無(wú)人機(jī)能夠在冰雪、水災(zāi)、地震以及滑坡等自然災(zāi)害條件下開展巡線工作，及時(shí)檢查輸電線路本體缺陷和通道隱患，還能夠應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的地形地質(zhì)條件和惡劣天氣。利用無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)能夠及時(shí)快速準(zhǔn)確獲得市場(chǎng)信息，還能夠代替人完成危險(xiǎn)任務(wù)，即使出現(xiàn)飛行意外，也不會(huì)導(dǎo)致人員傷亡。電網(wǎng)企業(yè)研制的多旋翼無(wú)人機(jī)，能夠在10 m距離捕捉2 cm的目標(biāo)物實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。利用紅外熱成像儀和機(jī)載相機(jī)，能夠快速檢查受災(zāi)桿塔和線路。無(wú)人機(jī)可實(shí)時(shí)傳回圖像，保證數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確。此外，巡線員能夠?qū)€路設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫，提高工作效率。

1.4 輸電線路山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

很多高壓架空線位于偏遠(yuǎn)山區(qū)，經(jīng)常受到山火威脅而引發(fā)輸電線路跳閘和停電等故障。電網(wǎng)企業(yè)研制的輸電線路山火監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)利用最先進(jìn)的高精度衛(wèi)星紅外接收儀，能夠?qū)崿F(xiàn)軌道衛(wèi)星和同步衛(wèi)星的紅外數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收，快速展示山火路線。此外，還能夠生成山火告警信息，實(shí)現(xiàn)告警短信快速發(fā)送、報(bào)警信息統(tǒng)計(jì)以及山火預(yù)報(bào)和展示等多重功能。

帶電高揚(yáng)程移動(dòng)滅火平臺(tái)能夠直接將水霧化為400 μm的噴霧狀，實(shí)現(xiàn)帶電滅火。將滅火劑與水按1:15的比例混合，快速提高滅火效果。1 min內(nèi)利用50 L滅火劑，能夠撲滅上百平方米的山火，有效彌補(bǔ)了輸電線路山火現(xiàn)場(chǎng)山高缺水的不足，使電網(wǎng)防火由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)。

1.5 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)作為我國(guó)自主研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由空間段、地面段以及用戶段3部分組成，能夠全天候?yàn)槿蛴脩籼峁┒ㄎ?、?dǎo)航以及授時(shí)服務(wù)。傳統(tǒng)變電站巡檢時(shí)，由于地處偏遠(yuǎn)且無(wú)公網(wǎng)覆蓋區(qū)域面積較大、采集電能數(shù)據(jù)困難、配電網(wǎng)故障以及無(wú)人值守變電站與桿塔監(jiān)測(cè)成本過(guò)高等問(wèn)題，導(dǎo)致偏遠(yuǎn)地區(qū)電力供應(yīng)效果不理想。將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)領(lǐng)域，能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、車輛定位管理以及用電信息采集等功能，有效解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)用電信息采集困難和設(shè)備監(jiān)測(cè)困難等問(wèn)題。利用北斗衛(wèi)星通信和智能配電網(wǎng)管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)車輛和故障位置的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)故障的判別更加準(zhǔn)確。此外，利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，配網(wǎng)故障的定位時(shí)間由小時(shí)級(jí)別提升至分鐘級(jí)別，大大提升了配網(wǎng)效率，且無(wú)需專門建設(shè)基站和專用光纜，信息安全性能更高。還能夠?qū)崿F(xiàn)全時(shí)監(jiān)控和GIS定位故障，合理規(guī)劃搶修線路，有效縮短故障停電時(shí)間[2]。

2 智能巡檢技術(shù)的主要功能介紹

目前，無(wú)人值守變電站智能巡檢主要以智能巡檢機(jī)器人為主，整合機(jī)器人技術(shù)、電力設(shè)備非接觸檢測(cè)技術(shù)、模塊識(shí)別技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、定位導(dǎo)航技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)全自主遠(yuǎn)程遙控。無(wú)人值守可以有效代替人工，對(duì)變電站實(shí)現(xiàn)巡檢，為智能變電站和無(wú)人值守變電站提供技術(shù)檢測(cè)的手段，推進(jìn)變電站無(wú)人值守的快速發(fā)展。

在日常巡檢時(shí)，智能巡檢系統(tǒng)能夠?qū)ψ冸娬镜脑O(shè)備和儀表進(jìn)行定點(diǎn)拍攝，并將圖像上傳至互聯(lián)網(wǎng)終端。紅外巡檢系統(tǒng)還能夠?qū)崟r(shí)采集和監(jiān)控變壓器、互感器、觸頭母線以及連接頭等的溫度，利用對(duì)比歷史趨勢(shì)分析等多種手段，判斷設(shè)備是否出現(xiàn)異常狀況。紅外測(cè)溫時(shí)，模塊識(shí)別技術(shù)能夠準(zhǔn)確識(shí)別溫度檢測(cè)設(shè)備，提高溫度檢測(cè)的整體效果。在正常工作時(shí)間允許的情況下，智能巡檢系統(tǒng)可以任意設(shè)定巡檢時(shí)間，在到達(dá)時(shí)間后能夠沿著預(yù)設(shè)軌道實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢，并最終停靠在預(yù)先設(shè)定的地點(diǎn)。利用感應(yīng)器自動(dòng)感應(yīng)帶電設(shè)備可以在所有檢測(cè)完成后還能夠?qū)崿F(xiàn)自主充電。人工操作的模式下，智能巡檢系統(tǒng)可以脫離預(yù)先設(shè)定的路線，運(yùn)用鍵盤和鼠標(biāo)對(duì)智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行遙控，擴(kuò)大巡檢的范圍。巡檢完畢后，對(duì)信息采集和相關(guān)功能進(jìn)行分析，全方位監(jiān)控電站的運(yùn)行狀況，包括環(huán)境溫度、風(fēng)速以及聲音采集，對(duì)巡檢設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)生成報(bào)表。圖1為無(wú)人值守變電站優(yōu)化設(shè)備。

圖1 無(wú)人值守變電站優(yōu)化設(shè)備

在巡檢過(guò)程中，可以查看歷史事件，自動(dòng)分析超溫報(bào)警、溫度曲線以及溫差警報(bào)實(shí)現(xiàn)巡檢作業(yè)的自動(dòng)化管理。無(wú)人值守變電站可通過(guò)3種方式實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控。第一，硬盤錄像機(jī)以錄像為主，支持IE瀏覽。第二，網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器前端不錄像，可直接將影像傳輸?shù)胶笈_(tái)，即后臺(tái)服務(wù)器錄像。第三，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)以直接連接網(wǎng)絡(luò)查看錄像。視頻監(jiān)控的方式通常選擇網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，便于隨時(shí)隨地查看，精準(zhǔn)時(shí)段信息。無(wú)人值守變電站內(nèi)部利用高清顯示屏可直觀清晰查看視頻，且可多人同時(shí)查看視屏。

3 智能巡檢技術(shù)在無(wú)人值守變電站中的應(yīng)用及改進(jìn)措施

3.1 智能巡檢技術(shù)在無(wú)人值守變電站中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

智能巡檢系統(tǒng)能夠?qū)o(wú)人值守變電站室外設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化巡視。但智能巡檢機(jī)器人是新興技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中難免存在不足，因此需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，從而不斷完善與提升智能巡檢系統(tǒng)的水平[3]。

與傳統(tǒng)的人工巡視相比，智能巡檢系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢(shì)。首先，智能巡檢系統(tǒng)可以代替人工精確巡檢室外設(shè)備。利用視覺(jué)伺服技術(shù)能夠精準(zhǔn)定位云臺(tái)，明確故障巡查點(diǎn)。根據(jù)具體的巡查內(nèi)容，客觀、標(biāo)準(zhǔn)地完成檢測(cè)作業(yè)，可有效改變?nèi)斯ぱ矙z檢測(cè)數(shù)據(jù)不客觀等問(wèn)題，保證變電站設(shè)備巡檢更加精確。自動(dòng)巡檢能夠有效節(jié)省運(yùn)維人力，避免人員操作受到電磁輻射造成的影響。其次，智能巡檢系統(tǒng)不受惡劣天氣等影響。無(wú)論是大風(fēng)、大雨還是冰雹、冰雪，都能夠正常按計(jì)劃行事，有效解決惡劣天氣下人工巡檢受阻的問(wèn)題。再次，智能巡檢系統(tǒng)不受巡視時(shí)間的限制。人工巡檢通常在白天進(jìn)行，而白天處于用電高峰階段，無(wú)法實(shí)現(xiàn)停電檢查。智能巡檢系統(tǒng)可以在夜間的凌晨段或者3點(diǎn)段按照人工選擇的路線進(jìn)行巡檢，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定供應(yīng)[4]。最后，智能巡檢系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)紅外巡視。通過(guò)自動(dòng)設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)可以對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫，能夠與人工測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，真正減輕人工測(cè)溫的工作強(qiáng)度。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，可以對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行歷史溫度曲線分析，使人工巡檢更加精確。運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)自動(dòng)升級(jí)軟件系統(tǒng)，可保證變電站巡檢系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行，還可以實(shí)現(xiàn)后臺(tái)管理，設(shè)定日常巡視和特殊巡視，客觀標(biāo)準(zhǔn)地完成各種作業(yè)。智能巡檢系統(tǒng)按照傳統(tǒng)人工巡檢要求開展日常值班巡視，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，保證數(shù)據(jù)更加精確。利用后臺(tái)專家?guī)炷軌蜷L(zhǎng)期科學(xué)管理和智能分析數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成巡查報(bào)告。在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控模式下，可以全時(shí)跟蹤巡檢設(shè)備的運(yùn)行情況。

在應(yīng)用巡檢技術(shù)時(shí)，用戶可以利用鍵盤和鼠標(biāo)等方式確保程序正常運(yùn)行。所有的信息都被外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序截獲，想要分析這些數(shù)據(jù)，只有將外設(shè)操作加入系統(tǒng)內(nèi)部，才能夠使應(yīng)用程序快速處理所獲取的信息數(shù)據(jù)，確保應(yīng)用程序能夠從窗口消息隊(duì)列中獲得相關(guān)的應(yīng)用。但是，部分應(yīng)用程序不具備這種功能，無(wú)法提供外設(shè)輸入，必須自行模擬外設(shè)信息將各種系統(tǒng)消息納入到消息隊(duì)列中。巡檢技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容多，會(huì)影響計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)無(wú)人值守變電站的正常工作。利用巡檢技術(shù)能夠幫助技術(shù)人員第一時(shí)間獲得最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)線索，還能夠提高監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)水平。因此，全面設(shè)計(jì)并改進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)操作界面，按照人機(jī)工程學(xué)的要求進(jìn)行判斷，以保證人機(jī)界面更加直觀清晰。

3.2 智能巡檢機(jī)器人巡視應(yīng)用的主要不足及改進(jìn)建議

目前，巡檢系統(tǒng)沒(méi)有明確的巡視規(guī)范，導(dǎo)致驗(yàn)收時(shí)缺乏參考，許多具體功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。例如，最優(yōu)路徑規(guī)劃功能只在變電站5個(gè)以下巡視點(diǎn)位才能夠?qū)崿F(xiàn)，超過(guò)5個(gè)以上巡視點(diǎn)位系統(tǒng)就會(huì)崩潰。利用儀表讀取功能可以在白天進(jìn)行自動(dòng)讀取，儀表讀取僅具備拍照功能，無(wú)法將數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成報(bào)表，缺乏對(duì)工況的準(zhǔn)確判斷與分析，極大地影響了巡檢系統(tǒng)的實(shí)用性。因此，變電站需要及時(shí)制定變電站巡檢系統(tǒng)的驗(yàn)收大綱，并不斷提高大綱的可操作性，根據(jù)變電站的實(shí)際情況完善巡檢系統(tǒng)的相關(guān)功能。

在施工階段沒(méi)有充分考慮巡檢系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，很容易導(dǎo)致在施工期間智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行與實(shí)際不相符的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)巡檢系統(tǒng)的路面適應(yīng)能力，充分考慮巡檢路線的路面是否設(shè)計(jì)合理，提高設(shè)備的整體爬坡能力。此外，要充分考慮臺(tái)風(fēng)和冰雪等自然災(zāi)害因素，合理設(shè)置充電樁。智能巡檢機(jī)器人如圖2所示。在智能機(jī)器人應(yīng)用的過(guò)程中，由于軟硬件系統(tǒng)的影響，巡檢過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種意外。很多情況下，最優(yōu)路徑規(guī)劃、聲音采集語(yǔ)音通話以及儀表讀取等功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，或者只有個(gè)別設(shè)備能實(shí)現(xiàn)。聲音采集過(guò)程中很容易受到干擾，儀表讀取也容易受到巡視位置分辨率等因素的影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正面讀取。此外，程序設(shè)計(jì)也可能存在問(wèn)題，與系統(tǒng)不相匹配出現(xiàn)自行退出等，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。巡檢過(guò)程中若受到嚴(yán)重的電磁干擾，也很容易導(dǎo)致設(shè)備出軌而從巡檢線路上掉落，造成設(shè)備自身?yè)p壞或者碰壞其他設(shè)備。巡檢機(jī)器人底座高度設(shè)計(jì)不夠合理很容易導(dǎo)致涉水能力不夠，運(yùn)行速度慢，影響整個(gè)巡視效率[5]。

圖2 智能巡檢機(jī)器人

針對(duì)現(xiàn)存的軟硬件問(wèn)題，巡檢系統(tǒng)需要增加蓄電池的整體容量，確保巡檢設(shè)備的整體運(yùn)行能力，有效縮短巡視時(shí)間，提高機(jī)器人的整體抗干擾能力，增強(qiáng)巡檢設(shè)備電磁感應(yīng)靈敏度，設(shè)計(jì)出可調(diào)節(jié)的底座，以滿足不同地域的巡檢功能要求，加強(qiáng)對(duì)巡檢儀表的自動(dòng)讀取識(shí)別能力。要對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)修正和自動(dòng)導(dǎo)出，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常物檢測(cè)，提高設(shè)備拍攝的整體像素。

4 結(jié) 論

智能巡檢系統(tǒng)能夠有效彌補(bǔ)人工巡檢存在的各種安全隱患，既可以有效節(jié)省寶貴的人力資源，又能夠準(zhǔn)確評(píng)測(cè)數(shù)據(jù)信息。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的科學(xué)管理，自動(dòng)生成巡檢報(bào)告，為設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在巡視功能方面可以起到應(yīng)有的效果。隨著智能巡檢技術(shù)的不斷發(fā)展，可以及時(shí)彌補(bǔ)現(xiàn)有的各種缺陷，提高智能巡檢的整體效果，滿足無(wú)人值守變電站的發(fā)展需要。