变电站智能巡视技术研究

林在锦

（上海新能凯博实业有限公司 上海 201416）

变电站是对电力系统中的电压与电流进行交换处理，并完成电能接收与分配的场所。变电站内的一次设备与二次设备都需要作为高压电的载体，一旦出现故障问题，必将引发严重的安全事故，造成大量的经济损失，甚至危及人员生命安全，因此，相关电力企业需要做好变电站的智能巡视工作，利用先进的设备与技术，提高巡检效果，保证第一时间发现设备存在的相关问题。

1 变电站智能巡视技术实施必要性

以往的变电站巡视方法已经难以满足电力网络的发展需求，过于依赖巡视人员个人能力与工作经验的方法也无法保证巡视效率与质量。为了切实满足环境监管要求，符合数字经济发展形势，降低人为操作失误的可能性，需要促进巡视技术的智能化转变，完成电力网络的升级创新。当前，变电站智能巡视技术需要将特高压电网作为骨干网架，实现不同电压等级的电网协调发展，促进传感测量、信息通信、控制技术的融合与应用，达到强化设备运行管理水平的目的，及时检测设备的运行状况，明确设备运行规律与影响其正常使用的不利因素。但根据实际调查显示，当前，许多变电站尚未采用统一的管理系统，在巡视方面也存在一定的不足之处，例如：缺少规范的巡检标准与操作要求，没有对技术人员进行严格管理；变电站的试验轮换装置缺少针对性的信息管理手段；在日常巡检与特殊巡检方面，没有明确的界定，经常出现巡检人员难以第一时间赶赴变电站现场完成相关处理的状况；信息记录与查询功能不够完善，无法自动备份设备历史状态变化数据，不利于后期检修工作的开展。

随着我国技术水平的不断提高，硬件研发效率进一步提升，对变电站的巡视工作要求也会愈发严格。因此，为了满足信息时代的发展趋势，提高智能电网的建设质量，改变以往巡视过程中存在的不足之处，需要高效处理巡视数据，加强数据的上传速度，利用专门的程序系统，完成数据的分类与分析，以此及时消除潜在的安全隐患，预防危险事故的形成。

2 变电站智能巡视系统设计方法

变电站智能巡视系统能够为巡视人员提供安全、便捷的工作平台，其主要构成可分为以下两部分。

一是手持智能巡检仪。该装备能够实现人工特殊巡视及带电检测的智能化发展，可以与PMS2.0完成通信传输，也能与RFID 技术实现无缝连接，提高带电检测的准确性与效率，借助无线网络，将检测数据传递到智能云检系统当中，降低人工输入的工作量，同时，该设备内置标准数据记录模板可以与红外镜头有效结合，促进红外成像设备的小型化转变。

二是服务器管理软件及系统硬件平台。其主要采用B/S结构，需要建立在WEB平台上，利用ORACLE数据库完成信息存储，并通过网络操作系统及JAVA、ASP.NET 等开发工具进行编制，以此向手持设备传达巡视任务，之后，由巡视人员将巡检结果传递到服务器管理系统当中，帮助管理人员做好数据分析管理，判断变电站设备是否存在安全隐患或缺陷，这样不仅可以提高设备运行管理水平，还能防止出现巡检不到位的现象产生。同时，变电站智能巡视系统还能进一步推动管理规范化、手段信息化及分析科学化，能够将有关设备巡视、运行的制度落实，保证巡视工作有序开展，降低人为操作失误的可能性，提高巡视数据的真实性，通过将设备巡检工作划入到计算设备机管理当中，实现无纸化工作，促进与其他企业的信息共享。

3 变电站智能巡视技术应用路径分析

变电站智能巡视技术需要将计算机设备、网络通信技术作为依托，利用综合信息系统，实现变电站的自动运维。本文将以其中最典型的集中智能巡视技术作为主要分析对象。

3.1 RFID技术

RFID是指无线射频识别技术，属于自动识别方法的一种，能够借助无线射频的方式，实现非接触数据的双向通信，对记录媒体完成读写，以此达到目标识别及数据交换的目的。该技术的优势在于可以利用无线波快速进行信息交换与存储，通过数据访问技术，直接连接数据库系统，实现复杂系统的串联，不仅具有极强的适用性，可以无视粉尘、塑料、木材等障碍物建立连接，还具有一定的高效性、简易性及独一性，可以保持极高的读写速度，与产品形成一一对应的关系。同时，无线射频识别技术的信息存储量庞大、资料更新频率较高、安全性极佳，拥有极长的使用寿命，可以实现多目标同时识别。除此之外，由于无线射频识别技术是以封装形式投入到变电站的巡视工作中，因此能够保持良好的抗干扰性，不会被外界仿冒或入侵。

为了进一步提高RFID技术的巡视效果，还需要适当结合嵌入式数据库、网络、缺陷库、巡视数据等技术。嵌入式数据库可以消除客服机服务器配置的相关开销，运行时对内存的占用较低，通过采用精简代码的方式，进一步提高运行效率，利用SQL高效管理应用程序数据，可以在没有人工干预的情况下长时间稳定使用，并且数据库操作具有一定的可预测性，能够评估系统大小与性能，更好地满足个性化应用开发与管理需求。而缺陷库则主要负责工程经验的累积，能够对变电站设备进行缺陷状况的标准化描述，从而促进管理工作有序开展，并且缺陷库本身属于开放式结构，如果条件允许，可以对其内容进行适当修订，以此满足巡视现场需要。而巡视数据技术则是要求巡视系统可以依照既定程序与任务，遵循国电公司制定的作业指导书完成变电站现场巡视。

3.2 红外热图像技术

变电站设备在使用过程中会引发一系列数据参数的动态变化，如负载、压力值、温度等，为了确保设备稳定运行，需要及时检测设备的实际运行状态，判断其是否存在异常。此时，便可借助红外热图像处理技术及红外热像仪获取设备温度特征信息。首先，热红外遥感可以利用红外探测器收集与记录地物辐射出的热红外辐射信息，并将其准确识别与反演。当巡检装置接收到相关数据后，会将其上传至终端设备，之后，开展智能分析处理，进而判断变电站是否存在故障状况。由于变电场现场的信号干扰元素较多，容易影响红外热图像的测量效果，导致温度值计算出现偏差，因此，需要采取适当的控制手段，进一步强化效果处理质量。例如，在使用电荷耦合元件获取监控视频信息后，可借助平滑、增强处理等算法实现去噪处理，提高图像的清晰度与识别率，通过滤波算法，准确定位热缺陷位置，并发出定位信息与报警信号。而在数据整理方面，则可利用神经网元实现图像的融合计算，以此充分发挥数据的应用价值。

3.3 视觉导航技术

视觉导航技术是将变电站巡视设备安置在设计好的路径范围内，借助设备系统中的移动摄像机或者电荷耦合元件，进行道路视频图像的拍摄与提取，之后，完成相关路径的识别处理，并引导控制装置依照既定规划路径行驶，从而完成巡视任务。视觉导航技术可以通过传感器感知周边环境的信息，能够利用背景差法、光流法、边提取、贪婪算法进行特征状态的分析，借助卡尔曼滤波、人工神经网络，实现全景图像的分析，将图像变量添加到控制当中。视觉导航技术的优势在于可以依靠视觉提供的信息与GPS、惯性导航等数据有效融合，进一步提高导航精度，且摄像装置善于捕捉运动信息，因此具有极强的抗干扰性，不仅可以完成图像的去噪、二值化处理，准确保留边缘信息，还能将图像放置在序列中进行特征匹配。

为了确保智能巡视效果优良，在运用视觉导航技术时，可与模糊逻辑进行适当融合，这样即便是在光照强度较高的环境也能实现准确导航。首先，要在变电站现场预先规划好巡视线路，并设置导引线，之后，借助电荷耦合元件采集视频图像信息，围绕相关图像数据进行色彩分割与处理。其次，要使用滤波算法去除图像干扰，使用B 样条曲面拟合算法检测导引线。最后，利用模糊逻辑算法，引导巡视设备自动完成导引线跟踪，依照不断变化的视觉导航信息，完成设备的运动状态调整，确保巡视工作有序开展。

3.4 路径规划技术

路径规划技术的作用在于合理规划巡视设备的运动路径，以地图信息及任务数据作为参考标准，设计出最优引导路线，减少巡视距离、降低爬坡转弯次数，能够准确向设备发出操作指令，保证设备稳定行驶。路径规划技术在应用过程中，需要借助模拟退火算法、模糊逻辑算法、图形学算法、智能仿生学算法，用以解决离散区域范围内的遍历式最优路径、最短路径规划等问题。该技术在变电场现场的应用步骤可分为以下3点：一是进行环境建模，打造一个能够便于计算机完成路径规划的环境模型，运用抽象算法，将实际物理空间转换为抽象空间，并实现彼此的映射；二是路径搜索，是指在建立环境模型的基础上寻找行走路径，使预定性能函数可以取得最优值；三是路径平滑，是指利用相关算法找出一条运动体能够行走的路径，并进一步采取预处理与平滑操作，确保路径的可靠性。

3.5 无人巡视技术

变电站智能巡视技术的应用目标即是实现无人巡视，进一步解放工作人员的工作压力，提高巡视效果与精确性。因此，为了上述智能巡视技术得到有效运用，需要根据不同的现场环境特征选取适合的无人巡视设备，完成变电站内设备外观、状态的准确识别，提高局部放电、温度变化的检测效率，并规划好巡视周期。例如：在高压场地，可配置轮式巡视机器人，并配置视频与热成像系统，搭载双镜头摄像装置，以此完成高压场地开关、避雷器、导线等装置的外观、温度、位置的信息识别；在继保室及高压室，则可配置挂轨巡视机器人，实现保护装置的灯光、压板、发热等信息的自动识别；在狭窄区域，需使用机器蜘蛛，该装置配有仿生触角，可以准确探测地形与障碍，且机器蜘蛛体积极小，直立高度仅为18cm；在高空避雷针出现锈蚀的情况下，可使用站内无人机替代运行人员进行巡视，并保证设备具备可见光、红外探头，能够进行可见光视频的录制与传输，准确识别表计读数与刀闸位置，并对过热状态进行报警，同时，无人机还要具备定位及声音识别功能，能够完成设备异响识别，进行巡视数据的记录。

为了更好地提高无人机巡视效果，保证变电站电力系统的安全可靠，还需要从以下几方面进行优化处理。

一是丰富无人设备的搭载系统，加强设备工作状态与物理变量的监测效果，帮助维修人员了解维修时机。例如：图像检测系统可以搭载在摄影装置中，将不同位置的图像数据传送到主控室，用以辅助设备服务器借助视频编码装置完成图像处理，并显示在显示屏上；智慧消防系统需要设置在探查装置当中，用以第一时间发现可能出现的火灾事故，并及时发出报警信号，达到降低火灾影响的目的；环境监测系统是指借助温度传感器、湿度传感器、PM测量设备，第一时间掌握变电站环境，进一步提高工作效率，通过安装多个环境监测点，满足变电站环境监测需求，并在设备室配备处理单元。

二是实现技术改造。一方面要进行硬件改造，完成移动机器人性能的升级与固定视频监控的配置优化，为移动机器人搭载激光雷达、高清镜头及图像识别算法，使移动机器人可以完成自动避障、路线定位、仪表设备的检查及声音识别。而对于固定视频监控，则要配备红外测温及图像识别功能，利用数据互联网，将监测信息上传到指挥中心，实现交叉覆盖巡视，进一步提高巡视范围，并采用布置监控云台的方式，为移动机器人配备高清识别镜头，确保变电站识别能够得到全方位监控。另一方面要做好软件改造，不仅要拓展终端数据内容，将可见光、红外线等图像图片包含在内，及时收集传感器监测到的声谱频谱等信息，还要做好数字化传输设备的数据获取，并保证变电站接口数据格式规范统一。

4 变电站智能巡视技术的应用价值

变电站智能巡视技术需要以巡视数据库及巡视管理系统作为应用基础，能够集位置编码、通信技术、信息处理等先进的软件技术与硬件设备于一身。通过设计科学、合理的巡视线路为巡视设备规划行驶路线，提高巡检效率，之后，通过传输适配器，将巡视指令传递给巡视装置，并在巡检完成后将信息返回至计算机，以供管理人员进行分析使用，这样不仅可以保证变电运行的安全性与稳定性，也能降低电力系统的能量损耗，实现经济效益的进一步增长。同时，变电站智能巡视系统的设计更加人性化与智能化，可以完成快捷选取与手写输入，这样即便作业人员的技术水平有限，也能迅速掌握系统的使用方法。

5 结语

综上所述，通过对变电站智能巡视技术实施必要性进行分析讨论，阐述变电站智能巡视系统设计方法，并提出RFID技术、红外热图像技术、视觉导航技术、路径规划技术、无人巡视技术等变电站智能巡视过程中使用的巡检方法，以此提高巡视效率与质量，确保变电站设备的运行状态、数据参数得到及时反馈，帮助后续维修人员做好故障处理工作，促进变电站设备管理水平的大幅度提升，推动电力企业的可持续发展。