变电站巡检系统

尚春虎 田立国 高豪钒 任星侠 杨国春 赵帆

摘  要：变电站智能巡检机器人系统用于替代人工进行变电站巡检，能够实现变电站强电磁环境下的全自主，全方位和全天候巡检，将巡检人员从危险、恶劣的作业环境和繁重的作业任务中解放出来，智能读表、图像识别等核心技术为一体，对输变电站设备进行全天候巡检、数据采集、视频监控、温湿度检测等提高输变电站内设备的安全运行程度，开创了一种全新的变电站巡检作业模式。

关键词：QT;数据监测;远程监控;磁循迹

中图分类号：TM63 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）32-0034-02

Abstract： The intelligent inspection robot system of substation is used to replace manual inspection of substation， which can realize fully autonomous， omni-directional and round-the-clock inspection in strong electromagnetic environment of substation. The inspection personnel will be liberated from the dangerous， harsh working environment and heavy tasks， and the core technologies such as intelligent meter reading and image recognition will be integrated. The safe operation degree of the equipment in the transmission substation is improved by carrying out round-the-clock inspection， data acquisition， video surveillance and temperature and humidity detection of the transmission substation equipment， and a new substation patrol operation mode is created.

Keywords： QT; data monitoring; remote monitoring; magnetic tracking

1 概述

隨着社会经济的发展，居民区变电站的数量不断增多，其地理位置越来越分散，这给周期性巡视带来了一定的困难。不仅农网中居民区变电站的维护存在很多问题，而且城市土地的紧张、居民区现代化高层建筑大量涌现，导致越来越多的居民区变电站建在潮湿的地下，运行环境的优劣直接影响到电气设备的正常运行。

本系统针对室外变电站运行监测研究的实际需求，研制基于机器人的自主巡检监测平台，设备包括：自动巡航模块、图像信息采集模块、图像处理模块、无线通信、智能预处理报警模块等主要部分，实现“智能、自动、实时”为管控目标，通过搭建监控平台，构建“现场-监控平台-报警”多层联动的自巡检测报警一体化工作模式，全面提升变电站设备状态检测效率以及安防水平，确保设备的正常运行以及变电站的安全运行。

2 系统总体设计

该变电站巡检系统主要由监控控制系统、数据采集系统和数据储存系统构成。

2.1 监控控制系统的设计

巡检控制界面依托于海康威视的萤石云视频平台，使用萤石云提供的SDK源码进行二次开发，集成到软件中，此实时视频监控是整个项目中的实现的难点所在之处，在此之前使用了多种方法进行实现，遇到的最大问题就是视频延迟较高，最终使用SDK源码进行编写后，视频延迟的问题降低了5倍，在4G网络良好的情况下视频延迟在1秒以内，可以达到对巡检机器人的实时监控要求。

此外，可以对多个视频进行操作，视频清晰度可切换。也达到了监控平台的集中管控的目的。

2.2 数据采集系统的设计

数据采集系统主要用于传感器将采集到的参数进行汇总处理，然后通过移动网、WiFi等通信方式将数据上传到电脑端进行数据的分析处理。

2.3 数据储存系统的设计

利用阿里云的数据库来储存具体数据的信息。数据库可云端自动备份，减少因数据库丢失而带来的不必要的损失。

3 系统硬件设计

3.1 控制模块

体感交互运动系统的控制器模块选择嵌入式ST公司的32位ARM处理器STM32F103ZET6，该微处理器具有较高的工作频率，丰富的I/O外设接口，支持多种通信接口，自带AD转换功能，满足了本系统的性能需求。

3.2 传感器模块

通过电压、电流、火焰、温湿度等模块采集变电站的一些重要数据传给上位机进行监测。

3.3 无线通信主控

通信主控采用的ESP8266模组，利用MQTT协议将模块与巡检机器人与PC进行组网原理框图如图1所示。

4 系统软件设计

整个系统的通讯框架以TCP/IP与MQTT协议为基础。

MQTT协议（消息队列遥测传输）是基于TCP/IP协议栈而构建的，因为MQTT是一种轻量级的、灵活的网络协议，所以它已经成为IoT通信的标准。我们使用中国移动Onenet云平台作为协议的Broker，而我们的电站监测装置、遥控、巡检机器人等作为信息发布者，经过不同的订阅进行数据分级与交换，QT上位机的订阅权限则为最高级，可以监控下位所有信息，收到数据后会将数据进行处理显示，以更加直观的方式呈现到用户面前。如图2所示。

考虑到常用组态软件在网络通信以及实时性等方面的局限性，该监控系统采用可视化集成开发工具QT5进行开发。

利用基于C++编程语言的QT框架编写上位监控软件，采用DSC分布式控制集中管理的系统结构，软件主要完成对整个系统的集中管控、监控、数据采集、视频巡查、数据存储等功能。以用萤石云、阿里云、Onenet三大云平台进行整合集中，融合了云视频监控功能，可进行远程监控，使用MQTT遥信消息队列传输协议作为整个系统的核心通讯协议，并使用阿里云数据自动储存、备份数据，极大的增加了数据的可靠性。界面如图3所示。

5 结束语

本文提出一种智能变电站巡检系统，综合运用上位机、物联网、嵌入式、传感器等技术，巡检机器人可代替或辅助人工完成变电站设备的巡检作业。通过各传感器模块采集的数据以及巡检机器人的实时监控，将数据传送到上位机软件进行数据的储存和查询以及对数据的可视化操作和周围环境监控。当出现异常数据时会及时的发出报警，实现了巡检机器人在对变电站巡检过程中的实时监测。

参考文献：

[1]杨旭东，黄玉柱，李继刚，等.变电站巡检机器人研究现状综述[J].山东电力技术，2015，2（1）：30-34.

[2]惠晓东.智能变电站设计配置化技术分析[J].科学技术创新，2017（34）：47-48.

[3]梁永强.智能巡检机器人应用现状及问题探析[J].山东电力技术，2018（2）：31-34.

[4]杨森，董吉文，鲁守银.变电站设备巡检机器人视觉导航方法[J].电网技术，2009，33（05）：11-16.

[5]孙国凯，韩刚，等.变电站巡检方式对比及智能巡检机器人[J].农村电气化，2008，04（24）：30-33.

[6]王东辉，张玉亮，宋彦军.变电站智能巡检机器人的应用研究[J].电工技术：理论与实践，2015（6）：128-129.