基于物联网的微型摄像头在运行巡检中的应用研究

刘连德 吴志刚 李凯强

内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司 内蒙古 呼和浩特 010051

引言

新一代电力系统所呈现出的多能源、多网络和多实体组合是能源行业的发展与新技术深度融合而形成的。与此同时，信息技术的快速发展，用电质量和服务响应速度要求也越来越高，在用电过程中用户有着更全面的信息知悉权。所以新一代的大数据、云计算、物联网以及移动互联网技术得到了国内外电力公司的青睐。移动互联网技术的发展在目前一些研究机构中成为一种可靠成熟的技术。随着新技术的进一步扩展，各个行业领域中都在普及大数据和云计算技术。然而在传统的产业中物联网技术还在初期的发展阶段。

在整个电力系统中，电能从生产、输送到分配再到使用的这一过程都是同时完成的，具有连续性，为了能够将电能安全可靠的传输给用户，系统中的每个设备都必须保证能够正确可靠实现其功能。因此，为确保其功能的可靠性，就必须对设备进行可靠巡检。现场人工巡检就是电站运行人员亲临在现场对各种设备进行巡检[1]，对现场运行中的所有设备开展简单定性的判断，最主要就是靠眼看、手触、耳听和鼻嗅等行为来实现。通过眼看的方法，运行人员主要查看注油设备是否存在渗漏的情况，设备运行的相关参数是否出现异常，夜间或昏暗环境下进行熄灯检查，查看设备是否存在发光和电晕的现象，了解设备绝缘情况以及设备有无放电的痕迹，雨雪天气，重点查看导体上的积雪是否已经溶化及雨水是否存在蒸发情况，刮风时应检查导线上是否存在异物及各导线间的摆动情况能否满足绝缘要求。通过用手触摸正在运行的设备的外壳（如电机和变压器），可以检查设备是否存在异常的振动和温升变化，并与日常状态比照，从而对设备的运行状况有所判断。当运行设备出现异常的放电声或振动声，往往是发生故障的前兆，如果能够及早听出这些声音中的信息，便能够及早发现故障。用鼻嗅也是运行巡视中很重要的一种巡检方法，因为运行设备的绝缘损坏通常都伴随有异味的出现，如能及时嗅到异味，便能及早发现绝缘破损。

以前电力系统设备进行有缺陷的检修或对设备进行例行检查[2]等定性状态信息一般都是采取纸质的手写记录，由于个人理解及书写习惯差异，经常使得记录不够全面准确，而且容易丢失，其中不乏一些严重缺陷，因为此种原因未能及时上报，错过处理时机，最终发展成了事故，造成巨大损失。同时，人工巡检存在着看不见、摸不着的情况，致使巡检工作的结果因人而异、参差不齐。因此，本文在满足电站巡检工作的前提下，提出一种基于物联网的微型摄像头在运行巡检中运用的技术与方法，以实现对电站设备的相应部位进行全方位的巡检。

1 物联网技术的发展现状

物联网（IoT）是一项新兴技术[3-5]。以互联网和通信技术为基础，通过各种智能硬件设备来感知和识别物理世界的物联网，是由硬件支撑和软件系统组合成一个整体，共同完成知识挖掘以及信息技术处理。物联网技术为我们提供了一种人与物之间的信息交互和信息流的传递，使得实时控制设备然后科学管理与决策变成了可能。在现代化发展的社会中电力有着重大的影响，生活中用电是必不可少的。但是，电力系统架构的设计在过去的几十年中已经形成，基于当时的社会情况而发展的电力系统架构逐渐不能满足当今社会日新月异的发展要求。随着“互联网+”和“电力互联网”时代的到来，迅速发展的物联网技术在电力生产和现实生活的多个领域得到了逐步的渗透。在电力系统中，物联网技术的引入可以有效整合、提高信息化水平，利用电力基础设施和设备交互设施，推动先进信息通信系统服务于电网系统。

最近几年，随着国家相关政策的引导和业内企业的不断助力，我国物联网产业正朝着良好的方向前进。不断完善的标准体系以及技术研发不断取得突破，市场化的应用正逐步走进大众视野。

智能电网是细分行业中较早开展物联网体系建设的细分领域之一。物联网技术广泛应用在电网体系建设、电网安全管控、运行维护、信息数据采集、计量及用户交互等各个方面，不仅将电力系统的智能化程度提高了，还能对智能电网各环节的信息感知深度、广度以及密度进行全面提高，这就促进了“信息流、业务流、电力流的高度融合”[6]。其中电网终端使用侧的数据信息采集，在智能电网中有着广泛的应用空间[7]，是实现电力行业物联网化过程中的重要组成部分。

我国物联网整体应用还没有普及，物联网的高端传感器、智能硬件和核心芯片还与发达国家存在一定的差距[8]，网络与信息安全存在较多隐患[9]。因此，需要加强对物联网关键技术的攻克，积极推动自主技术国际化水平，加快核心标准研制，培育一批影响力大、带动性强的企业，构建有效的服务于一体的灵活机制，提升物联网信息安全的保障能力。

2 系统结构方案分析研究

基于物联网的微型摄像头系统包括摄像头、电源开关、电源模块、数据处理器、数据传输模块、AP热点和多媒体终端。摄像头采用高清摄像头，在巡检过程中图像的清晰度无疑已经成为一种优势，因为图像越清晰在细节表现上就越明显，辨识效果才能达到最佳的状态，在同一环境下，高清摄像头可以提供更清晰细腻的图像，能够更为细致的展现图像的细节，使得巡检目标如在眼前一般，为智能巡检深入应用到实际工作中奠定了更好的基础。摄像头将获取的视频数据经数据处理器处理后，发送给数据传输模块，并由其传送到多媒体终端便于人员查看。在本系统设计中还应用了AP热点进行图像数据传输，当现场不具备有线连接方式时可以打开设备自带的AP热点功能，发出无线信号，在信号范围内，使用多媒体终端接收连接到这个无线信号进行图像数据传输，在巡检中更加灵活方便。

3 关键硬件技术设计实现

3.1 供电系统

电源模块主要是为摄像头、数据处理器、数据传输模块和AP热点等进行供电，是保证巡检中图像传输记录正常进行的前提。电源管理模块基本组成包括电源监测、电压转换、电源管控、电源保护等。本文所设计使用的电源模块采用新一代锂电池，可通过锂电池的充-放电特性曲线以及当前电量来获取电源剩余电量，还可以根据电源模块当前剩余电量的多少实现电量低报警。

3.2 数据传输

图像数据传输通过USB有线和AP热点两种方式与多媒体终端进行数据传输。其中AP热点传输方式大致由摄像头采集端、无线传输网络和多媒体终端组成。如图1所示。摄像头采集端是设备集成一颗微型摄像头，主要是用于视频信号的采集、预览、拍照等；视频信号采集后，通过对应的视频编码技术加以处理，将数据通过无线传输网络传输到多媒体终端进行实时显示和播放；多媒体终端可以是PC机也可以是一台手持PDA，安装图像播放软件后，摄像头采集端获取的视频画面支持实时播放并保存。

4 现场巡检实际应用

为验证基于物联网的微型摄像头在运行巡检中的有效性，在国内某抽水蓄能电站现场进行了可视化巡检功能的应用，针对现场环境进行了巡检功能测试，对应环境位置下的设备巡检测试结果如下所示：

上述现场应用测试结果表明，基于物联网的微型摄像头在运行巡检中能够根据现场环境及设备位置的不同完成对看不到、摸不着的设备进行巡检，通过微型摄像头传回的图像来识别设备是否有异常，此应用有效提高了设备运行巡检的可靠性。

5 结束语

随着物联网技术的发展，电站巡检也从主要依靠人工“眼看、耳听、手摸、鼻嗅”作为巡检过程中的传统办法逐步向电子化发展，在当前的工作巡检中，仍然存在着看不见、摸不着的情况，本文针对目前的电站巡检现状，提出了一种基于物联网的微型摄像头在运行巡检中的应用，使巡检工作更加规范化、全面化，为整个电厂的安全可靠运行提供了强有力的技术保障。电站巡检自动化水平的提高，将进一步提升运行人员的工作效率和巡检质量。