变电站智能巡检设备关键技术探析

国网东北分部绿源水力发电公司太平湾发电厂 崔杰连 苏有权 孙皓晨

设备巡检属于日常进行变电运维的一个主要构成部分，旨在及时了解最新的变电站运行情况及安全隐患，从而为其运行安全提供保障。现阶段，迅速进步发展的电力信息系统进一步提高了变电站的智能化水平，最具代表性就是智能巡检设备，以此保证电力系统运行。

1 简析应用的必要性

电力系统能切实促进社会经济的高速发展，其中任何环节发生故障问题均会造成连锁反应，由此造成停电以及巨大的经济损失。变电站属于实现配电网连接主电网的一个核心设施，做好日常的维护及监控巡查工作能保障电力系统更加安全稳定地运行。以往电站采取的巡视及检查方式主要依靠人工，有关人员凭借自己的经验进行定性判断，由此对设备所处的运行状态展开分析。此方式可在一定程度上起到预期效果，但仍存在一定弊端，常见有较大劳动强度、相对分散的巡检工作、相较单一的巡检方法等，同时在具体进行检测时由于出现人为失误，导致存在不稳定性因素，检测数据难以精确、及时、地输送至信息系统中。

普及推广的无人值守方法，客观上巡检人员会增大工作量，无法有效保证巡检工作的精准率及到位率。同时山区、高原等区域的地理条件较为较恶劣，采取人工巡检的模式风险重重；针对暴雨、大风及暴雪等天气情况，很难保障及时进行变电站的巡检工作。出于填补传统巡检方法的不足、更好地满足供电需求，则应在巡检工作中有效运用智能设备，依托无人机、地面巡检设备等降低工作负担，这样在少人或无人值守的高压设备可甄别其中存在的缺陷及问题，在此基础上触发报警达到减员增效的效果。

2 简析设备主要功能

导航。通过发挥这一功能作用，关于该设备依据已设定的途径，凭借改变参数的方式实现设备状态的调整，让设备可执行行驶等一系列动作，同时依据路面的具体参照障碍位置规划最合适的行驶路径；检测。实现这一功能应有效运用传感设备、红外热像设备等，进而及时找出设备损伤或是发热等故障，同时充分发挥传感设备的作用，提供可靠的各类数据。

控制。指技术人员可在后台对设备实际运行情况实时监控，通过以手动方式实现设备主体的调控，并且调用各项设备功能，从而达到人机互动的目的；数据库。这一功能可把巡检工作中得到的信息及时存储，由此为技术人员后续的查询应用提供帮助；自动报警。当设备存在的故障问题被巡检设备找出，便会在第一时间发出警报。

障碍清除。现阶段无人机逐渐变成一种特殊性的巡检设备，一方面可将巡检空间拓展，另一方面会提高巡检工作的智能化水平。如，国内某些地区范围内的高压线，通常挂带孔明灯等各种杂物，要是不能及时处理很容易造成跳闸、短路等现象。以往采用的巡检清除手段会涉及一些高位作业例如登塔、出线等，清除时间相对较长且效率偏低，若能利用无人机设备的喷火消缺性能，便会在几分钟内清理垃圾。其对喷火的时间、位置精准控制，控制着火点为400℃，但高压线实际熔点超过600℃，因此短时间内不会由于燃烧而影响到高压线后续使用；自动充电。此类设备通常会配置车载蓄电池，一般情况下充电30min可工作5h左右，在电量临近警戒状态时会自动返回进行电能补充。

3 简析相关关键技术

3.1 视觉导航

这一技术是巡检设备在规划完成的路径范围，通过设备系统当中的CCD摄像头拍摄、实现视频图像的提取和有关路径的识别，从而引导设备依据规划好的突进行驶，出色完成具体的巡检工作任务。在技术使用过程中，实时稳定性针对巡检设备工作效果起到十分重要的影响。现阶段出现一种以模糊逻辑为基础的视觉导航技术，通过使用此方法在较大光照强的环境下也可起到理想导航目的：在预先规划的路线上完成导引线的铺设，通过CCD摄像机收集视频图像，同时依据这些信息通过色彩分割技术处理；通过有关算法将图像干扰消除，这样可科学检测导引线；通过以模糊逻辑为主的控制算法，辅助巡检设备对导引线进行自动跟踪，同时依据视觉导航出现变化的参数实针对运动状态及时调整，这样让其在导引线的科学引导下，依据已规定的路线开展巡检工作。

3.2 红外热图像处理

在设备具体运行中自然会出现一些参数变化，如压力值、负荷等的变化。在大部分情况下，借助设备所处的运行状态能判断有没有异常，通常是监测设备的运行温度加以明确。针对智能巡检设备进行巡检的过程中，通过这一关键技术处理现场设备，在仪器设备的帮助下得到温度特点信息，其体现方式为热成像分布图；在此基础上，巡检设备会把这些信息传输给终端设备，同时智能化处理分析相应信息，精确判断出存在的设备故障。因为变电站所处的现场环境条件相对复杂，在具体监测工作中设备很容易遭受外界干扰，这样会直接影响到灰度值的最终测量效果，很难保证计算的升温度值准确度。因此，若要将该问题有效改善、提升计算精确度，则要围绕热图像信息进行去燥及强化效果工作。

移动摄像机采集监控视频数据信息后处理热图像，首先对图像颜色加以校正，同时采取增强、平滑处理等相关算法来去噪处理，这样图像能更加清晰真实，方便工作人员识别；通过滤波和分割等相关算法，提取降噪处理完成的热图像，也就是首先对图像进行分割，其次提取图像的有关特征，最后依据特征进行分析并将具体的热缺陷位置明确，在将定位信息发送的同时提供报警；采集归纳有关事故信息后存入到数据库中，但不可直接使用红外图像信息，而要经过相应的处理。当前一些研究人员通过混沌神经网络融合计算图像信息，让其本有价值充分发挥。

3.3 巡检无人机

巡检无人机主要构成部分如下：

地面站。其和无人机进行实时通信，确保依据预先设计的航迹和时间飞行。通过地面站的有关程序便能制定具体的无人机巡检策略，同时结合其所配备的GPS、飞行模块和测量单元等，实现设备航行路线的设定；无人机。主要负责装载驱鸟器、摄像机和红外成像设备等，部件主要包含电池、电机、云台以及飞控模块等；红外成像设备。针对变电设备进行红外成像处理，通过设备温度对设备具体运行情况进行判断，例如导电性与绝缘性等。一般会使用致冷型红外成像设备，由此控制测量范围是-40～550℃，且将USB接口用于传输数据的端口。

运动摄像机。用于检查配备内部的隔离开关、断路器设备等，且判断具体的设备运行情况，像素为1200万、传输效率为30Mb/s、传输数据端口是AV接口；驱鸟设备。主要驱赶变电站范围内的鸟类，防止鸟类与鸟巢引发短路事故。通过有效利用驱鸟设备，如采取声光或超声模式，其通过开关的切换便能转变驱鸟模式。该设备使用1.5V干电池，同时以支架将其固定在机架上。

3.4 巡检机器人

巡检机器人属电力机器人中的一类，能取代由人工进行检测过程中的难、急、险等工作。其拥有可见光CCD摄像机等相关采集设备，并通过遥控或者是自主方式来巡检少人或无人值守的高压设备。相比人工巡检机器人做到了互联网技术和人工智能有机结合，这在一定程度上提高了变电站管理工作的智能化水平。与此同时，引入机器人能大幅度提升检测和管理工作的安全性、智能性，能处理人工巡检存在的低效率、较大劳动强度等问题。此外，运用机器手臂技术，能在一定程度上降低人工带电工作中的安全隐患，避免因不谨慎操作而造成的伤亡事故。

另外，巡检机器人能进行“无轨”巡检，也就是在巡检工作中能和轨道相脱离，进一步扩大巡检范围，从而减少人工巡检造成的误差。关于信息的高度保密性，有必要在设备终端以及通信终端安设加密系统，从而避免位置遭到泄露。依托加密系统，能大幅度提升信息数据的保密性。通过巡检机器人更好地辅助巡视工作，能及时将设备存在的热缺陷等异常清楚找到，降低设备运行中出现的隐患，切实提升巡视质量及效率，达到减员增效的效果。

巡检系统的主要组成部分为：应用层。基站防、火防盗监控，设备运行环境监控，领导远程巡视，其他业务应用；控制层。变电站巡检管理平台（各类控制与操控设备、存储设备、显示设备等）；网络层。IP网络传输（网络设备+传输介质）设备层。智能巡检机器人、视频监控设备、安全防范设备。

导航定位。此类机器人是一种地面机器人，在关键技术的相关研究中处在核心位置应是导航定位技术，其是实现自由移动、高度智能化的关键技术。因变电站环境会受到电磁波的干扰，出于让机器人更好地完成巡检任务目的，则应拥有较高可靠性，较强抗干扰能力。现阶段巡检机器人主要采取的导航方式是磁轨、激光等导航技术。如激光导航，主要是因激光具备的不发散性，精确定位当前机器人的位置及航向，然后借助相关运算实现导航。突出优势为不易遭受电磁干扰，实现精确定位，灵活的路径选择等；主要缺陷是较高成本，较为严苛的环境要求，很容易受到天气情况影响，难以有效运用到室外环境。针对磁轨导航而言，将磁性材料安装在路面，利用机器人的磁传设备进行位置偏移检测，由此让机器人依据设定的路线行驶。主要优势为原理可靠简单，较高定位精度，不足之处是较大的铺设量而且路径缺少灵活性。

检测功能。在具体工作过程中，通过不同类型的检测技术进行检测结果的有机融合，在此基础上分析一次用电设备的实际运行情况。当中最关键的技术便是红外热系统，能通过探测设备接收来自物体发出的红外线，用于对物体实时热像的感知，这样能将物体运行状态实时反馈出来。至于其中的摄像设备能收集外观照片，让其同系统分析获得的图像有机结合，这样便可将发生故障的位置精准找到，关于声音收集设备，得到设备在运行中的声音，通过人工智能将其特征向量提取出来，通过科学分析后能判断设备所处的运行状态。

控制功能。一般控制功主要分为自动与手动这两种控制方式。其中的手动控制指的是，利用计算机控制端实现云端操作从而对移动路径进行控制，这样机器人能巡视设定的设备；前者指在正式工作前需进行巡检路径的设置，机器人依据具体路径便能进行自动巡检、识别等。本文认为巡检机器人的未来发展趋势如下：拥有更加灵活的移动平台。由于变电站所处位置复杂的地面情况，移动平台应提高越障与驱动能力，进一步提升设备的执行效率，同时还应深入研究组合导航技术，旨在让机器人可合理规划巡视路径；更加智能的数据分析。不断提升以现有模板为基础的识别算法的科学性，旨在让模式识别具备更高的成功率，另外还应进行以设备纹理、形状特征为基础的技术研究，让机器依据设备类型进行针对性学习。

综上，对比以往采取的人工巡检法，当前使用的智能巡检具有较高灵活性，在一定程度上降低运行工作压力，避免发生不必要的安全事故，防止人为失误造成的影响，也有利于对变电站进行一体化的运行维护。基于此应高度重视智能巡检设备，与此同时加大优化创新其关键技术的研究力度，从而提升巡视工作质量，促进国内变电站的建设发展。