國網(wǎng)溫州供電公司 葛志超 趙壽生 朱如察 吳尊飛 薛向陽

當(dāng)前，隨著智能化的快速發(fā)展大多數(shù)變電站巡檢和工作都開始趨向無人化，國家電網(wǎng)提出聯(lián)合巡檢系統(tǒng)投建，其技術(shù)要點(diǎn)主要包含設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備自動(dòng)巡檢、智能識(shí)別、系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)等。在全國各地進(jìn)行了試點(diǎn)投建的推進(jìn)，新的技術(shù)和智能化的改進(jìn)，減輕運(yùn)維人員的壓力和提高了工作效率，同時(shí)還保證了變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。智能聯(lián)合巡檢系統(tǒng)的建設(shè)主要以四足機(jī)器人、輪式機(jī)器人、無人機(jī)的自動(dòng)定位巡視技術(shù)、視頻的智能識(shí)別技術(shù)、熱成像技術(shù)等智能感知設(shè)備為信息采集主體，兼具其他智能巡檢設(shè)備接入進(jìn)行的聯(lián)合巡檢。該聯(lián)合巡檢系統(tǒng)應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)以下功能：

實(shí)現(xiàn)以機(jī)器替代人工作業(yè)。通過一鍵輪巡實(shí)現(xiàn)報(bào)表數(shù)據(jù)自動(dòng)生成或者無需人工抄表、實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)工況在線實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)工作減輕運(yùn)維人員工作量和降低運(yùn)維人員的危險(xiǎn)性；通過智能在線輔控系統(tǒng)功能得到進(jìn)一步加強(qiáng)和完善，對(duì)變電站所有的儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的監(jiān)控和讀取，并能根據(jù)視頻圖像進(jìn)行智能分析，對(duì)儀表讀數(shù)超過警戒值時(shí)智能報(bào)警[1]。能夠有效對(duì)變電站各種斷路器和隔離開關(guān)的分合指示狀態(tài)進(jìn)行智能分析和判別；通過四足機(jī)器人、輪式機(jī)器人、無人機(jī)的自動(dòng)定位巡視技術(shù)、視頻的智能識(shí)別技術(shù)、熱成像技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)表計(jì)識(shí)別、設(shè)備測溫、設(shè)備外觀巡檢、開關(guān)指示識(shí)別、設(shè)備缺陷識(shí)別、和環(huán)境檢測等基礎(chǔ)常規(guī)功能。此外，可基于就地應(yīng)用情況再通過后臺(tái)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)深計(jì)算、趨勢分析與故障預(yù)判等功能，來逐步完善專家系統(tǒng)。

1 聯(lián)合巡檢系統(tǒng)基礎(chǔ)感知層功能的建設(shè)

1.1 網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)與安全防護(hù)的建設(shè)

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)建設(shè)

該結(jié)構(gòu)主要由巡視系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、四足巡檢系統(tǒng)、三維系統(tǒng)、巡檢機(jī)器人系統(tǒng)、無人機(jī)巡檢系統(tǒng)等組成，基于四足機(jī)器人、巡檢機(jī)器人和視頻監(jiān)控系統(tǒng)并依靠系統(tǒng)內(nèi)智能識(shí)別算法開展室內(nèi)外設(shè)備聯(lián)合巡檢。同時(shí)具備對(duì)外接口，支持以IEC104規(guī)約與第三方系統(tǒng)對(duì)接；無人機(jī)主機(jī)系統(tǒng)在該變電站需要高精度定位所以連接的是因特網(wǎng)外網(wǎng)[2]，目前狀態(tài)是該網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)獨(dú)立運(yùn)行；主站視頻系統(tǒng)還是利用站端視頻服務(wù)器接收原有的視頻錄像機(jī)。其中該聯(lián)合巡檢系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架圖如1。

巡視系統(tǒng)：保持與上級(jí)系統(tǒng)的通信狀態(tài)，同時(shí)還接收下達(dá)的巡檢、控制指令，上傳巡檢數(shù)據(jù)和結(jié)果等。下一級(jí)再與機(jī)器人主機(jī)等智能設(shè)備進(jìn)行通信，下達(dá)巡檢、控制指令，接收巡檢數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、視頻錄像等數(shù)據(jù)；與新建視頻錄像機(jī)通信，下達(dá)預(yù)置位控制指令、圖像抓拍指令，接收巡檢數(shù)據(jù)圖片、視頻錄像等數(shù)據(jù)；巡檢機(jī)器人系統(tǒng)：由機(jī)器人主機(jī)本體系統(tǒng)和外巡檢機(jī)器人組成，巡檢機(jī)器人上搭載數(shù)據(jù)采集裝置如：可見光攝像機(jī)、紅外線熱，成像儀、對(duì)講系統(tǒng)等，在接收到指令后進(jìn)行執(zhí)行設(shè)備巡檢工作并上傳巡檢采集到的數(shù)據(jù)、機(jī)器人工作實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)、視頻錄像等數(shù)據(jù)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)：由視頻監(jiān)控主機(jī)、硬盤錄像機(jī)及各類攝像機(jī)等組成。硬盤錄像機(jī)接入進(jìn)行存儲(chǔ)各類攝像機(jī)拍攝到的視頻信息并將視頻數(shù)據(jù)上送至視頻監(jiān)控主機(jī)，視頻監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)視頻預(yù)覽、控制、管理、聯(lián)動(dòng)和上傳功能；三維系統(tǒng)：由三維主機(jī)和三維管理平臺(tái)組成。通過激光點(diǎn)云掃描和實(shí)時(shí)取景的三維結(jié)構(gòu)搭建，實(shí)現(xiàn)直觀及融合的220千伏磐石變電站三維實(shí)景圖智能可視化管控；無人機(jī)巡檢系統(tǒng)：由無人機(jī)主機(jī)主體、無人機(jī)、機(jī)巢等組成，無人機(jī)搭載可見光攝像機(jī)、紅外熱成像等設(shè)備，接收指令開展巡檢并上傳巡視結(jié)果；四足機(jī)器人巡檢系統(tǒng)：由主機(jī)和四足機(jī)器人組成，四足機(jī)器人搭載可見光攝像機(jī)、紅外熱成像等設(shè)備，接收指令開展巡檢并上傳巡視結(jié)果。

1.1.2 安全防護(hù)建設(shè)

針對(duì)安全防護(hù)建設(shè)主要采用內(nèi)網(wǎng)聯(lián)接，其具體安全措施如下：使用物理專線建設(shè)專用信息網(wǎng)絡(luò)，借助物理線路的封閉性保護(hù)內(nèi)部數(shù)據(jù)；使用安全模塊與安全接入平臺(tái)，對(duì)室內(nèi)輪式機(jī)器人、室外輪式機(jī)器人、四足機(jī)器人等使用無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，在無線發(fā)射前通過安全模塊加密，在接收端匯集后通過安全接入平臺(tái)解密，構(gòu)建以加密技術(shù)、訪問控制技術(shù)為主體的專用網(wǎng)絡(luò)；安全防護(hù)建設(shè)采用獨(dú)立專用和帶防火墻的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)無人機(jī)平臺(tái)需聯(lián)接因特網(wǎng)的設(shè)備實(shí)行單獨(dú)運(yùn)行機(jī)制，徹底斷開與內(nèi)網(wǎng)的聯(lián)接[3]。

1.2 變電站機(jī)器人功能的建設(shè)

該220千伏磐石變電站機(jī)器人主要以室內(nèi)、室外、四足機(jī)器人為主構(gòu)建，其具體功能建設(shè)如下：

室外機(jī)器人系統(tǒng)建設(shè)：室外巡檢機(jī)器人是采用的一款智能無軌化導(dǎo)航機(jī)器人，其主要搭載紅外線熱成像儀、可見光高清攝像機(jī)、交互式實(shí)時(shí)對(duì)講平臺(tái)、供電停障系統(tǒng)等。該系統(tǒng)采用自主研發(fā)可配置軟硬件平臺(tái)控制，包含輪式巡檢機(jī)器人本體、四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)四轉(zhuǎn)越野底盤、磷酸鐵鋰電池供電單元、傳感單元、控制單元及定位導(dǎo)航單元共同組成。四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)越野底盤驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，負(fù)載能力高，可適應(yīng)不同路況并能攀越陡坡；供電單元輸送智能巡檢機(jī)器人各功能模塊所需電源電壓及電流，確保智能巡檢機(jī)器人正常工作；傳感單元系統(tǒng)包括工業(yè)級(jí)高清晰彩色攝像機(jī)、非致冷焦平面紅外線熱像儀和室外全方位數(shù)字云臺(tái)，實(shí)現(xiàn)原人工巡檢中查看表計(jì)、觸頭溫度、變壓器聲音等業(yè)務(wù)功能；控制單元是智能巡檢機(jī)器人的中控控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)各傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理、運(yùn)算及對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制；導(dǎo)航單元采用3D 激光雷達(dá)進(jìn)行360°定位導(dǎo)航，分別通過3D 激光雷達(dá)裝置獲取到的移動(dòng)平臺(tái)周邊實(shí)時(shí)環(huán)境的三維數(shù)據(jù)、通過慣性測量裝置獲取到的所述移動(dòng)平臺(tái)的慣性數(shù)據(jù)、通過里程計(jì)裝置獲取到的所述移動(dòng)平臺(tái)的距離數(shù)據(jù)，生成三維激光點(diǎn)云實(shí)景地圖[4]；根據(jù)所述三維激光點(diǎn)云實(shí)景地圖計(jì)算出當(dāng)前移動(dòng)平臺(tái)的坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)更精確的無軌化導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)方式。

室內(nèi)輪式機(jī)器人：室內(nèi)輪式機(jī)器人配置機(jī)械伸縮臂，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)GIS 室設(shè)備、柜體高出位置的可見光和紅外圖像巡檢，并統(tǒng)一接入智能巡檢機(jī)器人與高清視頻聯(lián)合巡檢系統(tǒng)。室內(nèi)輪式智能巡檢機(jī)器人基于2D 激光導(dǎo)航技術(shù)和運(yùn)動(dòng)兩驅(qū)底盤，并集先進(jìn)的信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等多種高科技技術(shù)為一體，包含安全防護(hù)單元、底盤及驅(qū)動(dòng)單元、供電單元、主控單元、通訊單元、云臺(tái)業(yè)務(wù)模塊單元等模塊，具備智能化、集群化、耐高寒與高溫、運(yùn)行時(shí)長的優(yōu)勢[5]。智能巡檢機(jī)器人主要有自主巡檢、遙控巡檢、高清可見光視頻監(jiān)控、紅外測溫、室內(nèi)環(huán)境聲音采集、SF6泄露檢測、可見光圖像智能判別、巡檢報(bào)表分析與歷史數(shù)據(jù)分析等功能，在無人值守的環(huán)境中代替工作人員來完成室內(nèi)的巡檢任務(wù)。能夠識(shí)別表計(jì)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的熱故障。

四足機(jī)器人系統(tǒng)建設(shè)：四足機(jī)器人由四足肢體和身體框架結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分。四足肢體部分是每只足有3個(gè)關(guān)節(jié)共計(jì)12個(gè)關(guān)節(jié)，其中關(guān)節(jié)由大功率直流電動(dòng)機(jī)、精密減速箱機(jī)構(gòu)和絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器等組成，作用就是可提供強(qiáng)大的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能力、較佳的力量控性以及高準(zhǔn)確性的角度反饋信息，滿足各種動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)控制和步態(tài)規(guī)劃開發(fā)的需要如：爬行、行走、跑、跳等。身體部分由本體框架、電氣-傳感系統(tǒng)（嵌入式工控機(jī)PICO-WHU4）、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（嵌入式工控機(jī)PICO-KBU4）、視覺感知系統(tǒng)（包括激光雷達(dá)、一體化云臺(tái)、可見光攝像儀、紅外熱像儀）、高速網(wǎng)絡(luò)通訊系等部分組成，滿足各種感知伺服算法開發(fā)的硬件條件需要。而四足機(jī)器人系統(tǒng)建設(shè)其主要功能又包含視頻監(jiān)控、紅外測溫功能、無人化自主充電、常規(guī)及特殊巡檢、設(shè)備狀態(tài)查詢及歷史數(shù)據(jù)分析、機(jī)器人管控、站內(nèi)設(shè)備管控、協(xié)助應(yīng)急事故處理、實(shí)時(shí)巡檢信息、輔助功能等。

1.3 變電站視頻監(jiān)控功能的建設(shè)

該變電站主要采用三種形式攝像機(jī)分別為：熱成像雙光譜網(wǎng)絡(luò)智能球形攝像機(jī)、智能半球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、紅外雙光卡片式攝像機(jī)。在視頻監(jiān)控設(shè)備通信組網(wǎng)方案如下：在攝像頭布置較為集中的點(diǎn)位，采用工業(yè)用交換機(jī)及普通以太網(wǎng)交換機(jī)集中接入。工業(yè)用交換機(jī)主要應(yīng)用于戶外一些設(shè)備裝置區(qū)的攝像頭網(wǎng)線的接入，而普通以太網(wǎng)交換機(jī)主要用于室內(nèi)一些設(shè)備裝置監(jiān)控?cái)z像頭網(wǎng)線的接入。工業(yè)交換機(jī)上行口通過千兆SFP 光模塊連接多種模塊光纜接入，現(xiàn)位于主控室的新增核心交換機(jī)千兆SFP 光模塊內(nèi)；在攝像頭布置較為分散的點(diǎn)位，通過多種模塊光纜接入主控室內(nèi)，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊接入到視頻交換機(jī)中，實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換功能；對(duì)于系統(tǒng)新增巡檢服務(wù)器、視頻服務(wù)器、微型安全接入網(wǎng)關(guān)等采用統(tǒng)一接入到核心交換機(jī)。

1.4 變電站無人機(jī)功能的建設(shè)

該變電站無人機(jī)采用全自動(dòng)分析的智能系統(tǒng)包含無線傳輸技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、圖像分析技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)等其它先進(jìn)技術(shù)于一體的智能巡檢系統(tǒng)，可以不依賴于現(xiàn)場人工操作，即可完成無人機(jī)自動(dòng)巡檢工作或者下達(dá)的指令。該系統(tǒng)組成主要由中心系統(tǒng)、固定機(jī)場、無人機(jī)及其掛載三大部分組成，其主要功能包含用戶管理、資源管理、任務(wù)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 聯(lián)合巡檢軟件功能及對(duì)外接口的建設(shè)

聯(lián)合巡檢軟件功能建設(shè)內(nèi)包含安全中心、數(shù)據(jù)中心、任務(wù)中心、配置管理、臺(tái)賬管理、統(tǒng)計(jì)中心、監(jiān)控中心等部分，在根據(jù)巡檢業(yè)務(wù)需要形成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、任務(wù)管理、巡視監(jiān)控、巡視結(jié)果確認(rèn)、巡視結(jié)果分析、智能聯(lián)動(dòng)、臺(tái)賬管理、配置管理九大功能模塊。

同時(shí)該軟件系統(tǒng)具備高擴(kuò)展性：通過TCP 與FTPS 接口協(xié)議，支持接入各種智能巡視設(shè)備，實(shí)現(xiàn)巡視設(shè)備的控制與巡視數(shù)據(jù)的傳輸；通過TCP 與FTPS 接口協(xié)議與上層系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)施任務(wù)與巡視結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸；通過UDP 協(xié)議與第三方系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)的接入。系統(tǒng)內(nèi)含圖像識(shí)別算法,實(shí)現(xiàn)表計(jì)讀數(shù)、開關(guān)類設(shè)備位置指示以及壓板、空開、把手、指示燈等設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)鳥窩、風(fēng)飄物、箱門未關(guān)、未戴安全帽等缺陷類與安全風(fēng)險(xiǎn)類識(shí)別。系統(tǒng)亦支持對(duì)接聲紋識(shí)別、氣體分析等各種智能算法，擴(kuò)展系統(tǒng)智能分析能力[6]。接入三維實(shí)景主機(jī)后，可實(shí)現(xiàn)巡視作業(yè)可視。

物理接口：巡檢主機(jī)與主站、智能巡檢設(shè)備間通信采用100M/1000M 自適應(yīng)以太網(wǎng)電口物理介質(zhì)的通信接口；接口協(xié)議：巡檢采集的可見光拍攝的照片、紅外線成像儀的圖譜、音頻交換等文件傳輸，都遵照FTPS 安全文件傳輸規(guī)范執(zhí)行；控制指令、查詢指令、巡檢結(jié)果數(shù)據(jù)、機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)、微氣象狀態(tài)數(shù)據(jù)等傳輸通信遵循TCP 傳輸協(xié)議；巡視主機(jī)與第三方系統(tǒng)支持以IEC104規(guī)約對(duì)接。

3 結(jié)語

智能聯(lián)合巡檢在220千伏磐石變電站的運(yùn)用后實(shí)現(xiàn)變電站工作現(xiàn)場無人化巡檢、智能化告警、可視化管理，避免人工巡檢時(shí)出現(xiàn)的不及時(shí)、不到位、不準(zhǔn)確等各種人為缺陷，降低人工巡檢和維護(hù)的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量，避免巡檢運(yùn)維人員在惡劣氣體環(huán)境下長時(shí)間工作，提升綜合管廊運(yùn)行的安全性和運(yùn)維效率。