水电厂智能化远程巡检系统的实践探索及思考

毛 琦，刘 宇

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.五凌电力近尾洲水电厂，湖南 衡阳 421127）

随着智能电厂的逐步推广，通过先进的传感器测量装置及网络通信技术，实现对电厂生产全方位监测和感知需求也逐步加大。目前国内智能化巡检在水电厂方面还处于摸索及初步应用阶段，大部分电厂还是采用工业电视监控及人工定时定点巡视和信息手工录入的方式。为有计划推进智能化巡检设备的应用，将人工巡检和信息手工录入提高到智能巡检的水平，将使各级生产维护人员能够直观及时共享电厂各类设备的运行工况，及时发现和处理设备运行中出现的异常、缺陷和其它安全隐患，减少现场运维巡检强度，本文从实际需求角度出发，阐述智能化巡检应具备的功能和主要实现技术手段。再以某电厂实际巡检情况为例，探讨采用人工巡检模式的电厂推进实现智能巡检系统主要需努力的方向。

1 智能化巡检系统的主要功能

1.1 按时性及精确性

系统保障全天候工作，按照固定巡检路线，对固定设备进行定点巡检，相对人工按天、按周、按月的定期巡检方式，巡检时长及效率大幅提升。

1.2 数据实时性及可查询性

系统实时采集各巡检设备环境参数，检测是否存在漏水、漏油、尘埃数值、温湿度、臭氧、SF6、氧气等参数的变化，并及时记录及存储。供运行人员打印，查询及分析。系统具备自动诊断风机、空调等环境调节设备的运行状态，对于运行异常现象提出建议性结论。

1.3 系统数据具备诊断功能

系统根据采集实施数据自动分析电力设备、机械设备以及自然环境的动态数值是否处于故障、异常的状态，并能快速通知有关人员，如遇物体燃烧起火、设备漏水、漏油等现象，自动启动声光设备并拨打电话进行相应通知。

1.4 系统对外通信功能

为满足智能化电厂对于数据传输性能的要求，系统应具备对外接口，能够满足常用TCP/IP、IEC104等常用协议，具备对外传输数据功能

2 智能化巡检系统结构

智能化巡检系统主要包含中央决策系统、数据采集单元、报警系统、数据存储系统、对外数据传输系统等。其主要结构如图1。

图1 智能化巡检系统结构

2.1 中央决策系统

中央决策系统主要对各数据采集单元采集的图像、声音及各温湿度、臭氧、SF6、氧气等现场数据进行数据处理、传输。能够根据图像信息判断现场设备运行状态，是否存在漏水、漏油、起火等情况。能够根据温湿度判断现场空调、风机等运行状态。能够根据臭氧、SF6等气体检测数据判断是否存在放电、SF6泄露等情况。

2.2 数据采集单元

现场数据采集单元主要是采用智能化传感器、智能机器人、智能无人机、工业电视等方式进行现场数据采集。

智能无人机主要进行发电机主厂房及大坝等开阔地带巡检，无人机需配备红外摄像头，具备夜间巡检能力，通过GPS定位按照规划路线进行巡检，具备自动启停功能，带有无线信号传输功能，能够自动将数据传输给中央决策系统。

智能机器人主要巡检范围为各设备控制间隔，巡检各设备运行状态及各设备间隔环境变量。机器人应具备红外摄像头，具备夜间巡检能力，通过固定导轨按照规划路线进行巡检，具备自动启停功能，带有无线信号传输功能，能够自动将数据传输给中央决策系统。

其他智能机器人无法到达的狭窄空间，如灯泡头等采用智能传感器和红外摄像头等方式采集环境数据和图像数据，通过固定线路将数据传送至中央决策系统。

2.3 数据存储单元

数据存储单元主要功能为数据存储，还包含报表查询、打印、数据查询等功能，方便运行维护。

2.4 报警单元

报警单元主要功能为在中央决策系统发出报警命令时，能够驱动声光报警，提醒运行人员注意，并具备向特定手机号码发送报警短信，拨打报警电话等功能。

2.5 对外数据传输单元

对外数据传输单元主要功能为接收中央决策系统实时数据，具备对外接口，能够对外发送智能巡检系统实施数据，满足智能化电厂建设要求。

3 某电厂设备巡检现状

某贯流式电厂日常巡检包含运行和专业组巡检两大部分，主要分布于主厂房1～5楼各空间、区域，包含设备间、灯泡头、灯泡体、各廊道、主变场等场所，主要依靠现场人员巡检的方式开展日常巡检工作，运行人员需对管辖的设备进行定时定点巡检，巡检工作繁重。为此采用其他技术手段减少巡检工作量，并做了以下探索。

3.1 使用传感器进行数据采集

利用仪器、仪表数字化改造方式来替代部分现场巡检项目，使之能通过监控系统数据接入实现在线观测，表1是相关应用提升的清单。

表1

3.2 变压器局放监测装置

变压器局放监测采用油阀式特高频局放传感器，通过变压器底部的放油阀将局放信号传感器装入变压器内部，传感器获取到的信号通过特高频电缆接入主变在线监测现地柜内的局放监测单元。

图2 变压器局部监测装置

3.3 变压器套管监测装置

在对变压器套管进行在线监测时，首先需要在套管末屏抽头上安装配套设计的末屏适配器，并就近加装防开路保护装置，以便可靠地获取套管末屏的接地电流信号。然后通过双绞屏蔽电缆，把末屏信号引入主变在线监测现地柜，通过现地柜内安装的套管在线监测单元，准确获取套管末屏接地电流信号的幅度及相位信息，并进行相应的处理，求得其与同母线PT二次电压信号的相位差值和幅度比值，从而获得该套管的电容量及介损值。

变压器铁心及夹件接地电流采用穿心式电流传感器进行取样，取样传感器安装与铁心及夹件接地线上，传感器与主变铁心监测单元之间采用信号电缆连接。

图3 变压器套管监测装置

3.4 机组调速器油颗粒度在线监测系统

利用汽轮机油颗粒度智能在线监测系统监测机组调速器系统油颗粒度，柜式机安装在60米层测温屏旁，通过管道与调速器油系统相连，监测数据上传至智能决策平台。

3.5 GIS局放监测装置

局放监测技术采用特高频检测法，通过应用宽带高频天线（300 MHz～1.5 GHz传感器）监测GIS内部局部放电流激发的电磁波信号，从而反应GIS内部局部放电的类型及位置。

图4 局部放电位置检测原理图

3.6 GIS SF6在线监测装置

通过威卡定制的四通阀，实现能源局要求的免拆卸校验密度继电器功能，同时加装密度温度微水传感器，威卡的独特设计，确保了威卡的微水、密度、温度、压力在线监测。无线单元与SF6气体传感器之间采用RS485总线通信，无线单元通过GPRS网络发送至服务器，再由服务器传送至远程运维平台。

3.7 主变低压侧刀闸无线测温装置

在线监测项目：监测主变低压侧刀闸上、下端A、B、C三相温度。高压设备温度监测变送器由三个功能部分组成：一是感应取电；二是温度测量；三是数据通信。温度变送器安装在高压设备的被测点上，采用双组份导热导电粘结剂将变送器底部金属板粘合在高压设备本体上，而温度传感器就紧靠着底部金属板，温度测量模块利用成熟的接触式测温方式测得高压设备被测点的温度值。数据无线通信模块负责将测得的温度值进行编码变换处理后，发送给温度监控装置。

图5 无线测温装置原理图

3.8 直流系统蓄电池监测系统

在线监测项目：监测直流蓄电池单体单压、单体绝缘、内阻等数据。改造范围：直流2组蓄电池（每组104个），监控2组UPS蓄电池（每组18个）在线数据监测，并接入远程巡检平台。

3.9 电调在线监测功能开发

在线监测项目：电调事故追忆曲线、信息一览表、故障一览表等接入远程巡检平台。

3.10 智能化工业电视巡检系统

工业电视系统增设电厂远程巡检所需的可视“天网”功能，具备智能分析油、水、气泄露功能和火焰感知能力，且能对视频测温实施收集分析、预警。将原有视频摄像头进行改造，全部替换为具有夜视功能高清摄像头。采集位置分别为GIS室、出线平台、主变层及楼道、主厂房及设备间层、渗漏排水泵房、发电机层以及水轮机操作廊道层。

4 目前智能巡检应用状况及思考

目前无人巡检手段多应用于电网公司，如利用无人机巡检架空线路，智能机器人巡检变电站、高压配电柜等实例，但经过前期调研及咨询，无人机极易受电磁干扰和卫星定位信号制约，现阶段机器人越层巡检困难等弊端，仅有少部分电厂利用机器人进行局部设备巡检，若利用现有手段替代人工巡检方式，耗费人力、物力巨大，且设备间独立陈设，防火门隔断，灯泡头、灯泡体区域空间狭小，存在较大安全风险，且布设设备点多面广，短时间内很难利用无人机、机器人巡检方式全面替代。

为稳步推进远程巡检系统的运维试点，对巡检内容逐项梳理，优先考虑通过自动化元件改造手段将实时数据接入监控系统的方式对部分巡检内容进行替代，其次考虑利用在线监测技术对主机、主变等设备的巡检项目进行覆盖，最后考虑布设智能化工业电视系统和少量无人机、机器人的方式进行远程视频巡检，综合应用达到无人巡检的目的。

远程巡检技术的发展要求电厂管理随之创新，使技术进步发挥更大的作用 。远程巡检管理层应从全局观点出发，顶层设计，做好规划，开展尝试，积极稳步地推广。

切实加强相关组织结构，形成有效的建设工作机制。保障必要的资金投入，深化智能远程巡检理论与技术研究，有效推进新技术、新理论在建设中的实践。积极开展电力行业关于远程巡检建设经验交流，不断提升智能感知建设水平。

新技术的突破应用，要求更新管理观念，要贯彻管控一体化，电厂常规、重复的工作，尽量由机械、计算机自动完成；远程巡检管理过程要注重结果管理，实现全过程管控；要把分散、离散的管理，过渡到集中、实时管理。

5 结束语

远程巡检系统的建设涉及电厂的方方面面，是一项综合性、全局性、长期性的系统工程。必须切实加强协调，调动包括电厂各方面的积极性、形成强大的工作合力，才能不断增强建设的实效性、高效性，提高智能电厂远程巡检建设的水平。