变电站智能巡视技术研究

南京国电南自软件工程有限公司 管晓静

改革开放以来，我国各个行业在市场化方面都得到不断推进，从而使供电企业从单一生产型企业进行转型，而人们对于供电安全性、用电质量等要求也在不断提高。为了使变电站得到有效管理，促进变电站经济效益得到提升，要使其能够在市场中具有更强的竞争力，就需要使其具有更多功能。由此是在变电站运行过程中，对于其安全可靠性提出了更高的要求。因此，在电力企业当中，就需要做好对变电站的巡视，而针对变电所智能化巡检技术的研究，也就极具现实价值。

1 研究变电站智能巡视技术的意义

随着我国改革的不断深入，数字经济得到不断发展，从而对于环境管理的要求也在不断加强，各个国家的能源政策在不断优化，电网和电力市场以及用户之间的关系变得更加密切。用户对电能质量需求的不断增长，使得传统电网很难再适应这种需求。为了使传统的电力系统得到更好地发展，智能电网被提上了议事日程。当前，世界各国对智能电网尚无统一的概念，但普遍认为，基于物理电网，是与现代先进的一些技术相融合，从而形成了“智能电网”。变电站智能化已成为电力系统的发展方向。而对变电站运行进行巡视是重要内容，其能有效检查设备运行状况，从而保障设备运行的安全性。现阶段，还有许多变电站并未实施统一管理，同时在巡视中还存在许多问题。第一，没有为每一座变电站的特定装置制订详细的巡视检查标准和作业规程。其次，各分站之间缺少对设备进行测试和更换的工作及信息管理。第二，在日常巡查、专项巡查、夜间巡查的管理方面，很难确保巡查值班人员真正到岗，按照规范进行作业。第三，不方便管理人员直观地、及时地管理变电站的运行状况以及巡视检查的状况。第四，纸面记录所采集到的数据信息缺乏一定的统计查询功能，无法实现对每一台设备运行情况的自动统计，从而为维修工作提供支持[1]。我国智能电网得到一定发展的同时，日常巡视中也逐渐暴露出一些问题，高效收集巡视的相关数据，并对其进行统计与分析，才能在一定时间内对故障进行排除，从而避免设备出现安全问题。

2 应用变电站智能巡检设备的必要性

传统的变电站巡检，多采用人工方法，即靠员工的经验，对自身工作情况进行判断。这种方法能够取得一定成果，但仍有工作强度大、巡查质量分散、巡查手段单一、巡查效率低等不足，且巡查时，容易因个人因素产生误差，从而导致巡检结果不准确，使得准确数据无法第一时间发送至MIS。此外，在日常巡检、专项巡检和夜间巡检管理中，传统巡检很难确保巡检人员真正到位，按照规范作业。现阶段由于无人值班模式的普及，在一定程度上使巡视人员的工作量加大，从而无法保障巡视准确率[2]。

为了确保人们用电的需要，在变电站中进行巡检，必须采用智能化的巡检装置。通过地面巡视和空中巡视，减少变电站维修人员的工作负担，实现无人值守、少人值守背景下，对变电设备进行巡视检测，从而能够及时发现设备中存在的问题，并自动进行报警，切实做到减少人工费用，增强巡视效果的作用，并能够促进变电站在无人值守的情况下得到更好发展。

3 简析变电站智能巡视系统设计的方法

第一，在变电站当中，为了加强巡视的安全性，可以通过设计智能巡视系统的方式，来给人们提供一个安全、便捷的巡视平台。智能巡视系统主要是由手持式智能监视器所组成的[3]。这个装备可以使人工巡视、带电检测等，朝着智能化方向进行发展，并且智能巡视系统还可以和PMS2.0进行信息传递，并与RFID 技术进行衔接，以此使带电检测的效率得到有效提升。

第二，智能巡视系统还可以利用无线网络，将监测数据传递到智能云检测系统当中，以此来实现全自动输入，避免人工输入的错误。智能巡视系统内置的标准数据记录模板，还可以与红外镜头进行结合，以此推动红外成像设备向小型化转变。

第三，设计智能巡视系统平台主要是采用 B/S结构，通过在WEB 平台上建立数据库，来进行数据的存储，并通过网络操作系统和开发等相关工具编制，向巡视设备传递巡视任务，再由巡视人员将巡视结果传递至平台管理系统当中，从而帮助管理人员做好数据分析工作，进而对变电设备是否存在隐患进行判断，以此来提高设备的运行管理质量，同时也能避免出现巡检不到位的问题。巡视系统还能促进巡视管理的规范化、科学化，并确保巡视制度得到落实，保障巡视任务能够有效进行，从而提高巡视数据的真实性。

第四，将巡视工作划入到设备管理过程中，能够实现无纸化管理，从而确保与其他部门的信息共享。如图1所示，为智能巡视过程。

图1 智能巡视过程图

4 变电站智能巡视技术研究

4.1 红外热图像处理技术

变电站的设备在运行时，会引起一些参数的变化，如负荷的变化、设备的压力的变化等[4]。很多时候，人工巡视设备是否发生故障，都是依据设备的工作状态来判断的，一般是观察设备工作时的温度。而智能巡视技术应用在变电站时，就需要将设备作为巡视工具，利用红外热图像处理技术，来监测设备温度的特征，其反应信息主要是以温度分布热成像图来进行体现。

同时，该设备可以将热成像图上传至管理平台，从而让相关人员将收集到的信息，进行针对化分析，进而对设备是否存在故障进行准确判断。由于变电站内的环境比较复杂，巡检设备很可能会受外界噪声的影响，进而影响到测试的精度。因此，要获得精确的巡检数据，必须消除外界的干扰，使仪器不受外界因素的影响，从而提高温度测量的精度。

第一，可将便携式摄像机用于智能巡视装置[5]。CCD 传感器用于获取野外巡逻信息，并对其进行适当的处理，而采用平滑、增强的方式对红外图像进行消除噪声处理，使其能够更加清晰，便于识别。

第二，对于已经进行了以上处理的红外图像进行分段、滤波处理，并对其进行分割，根据分割后的图像特征，对其进行相应的分类，并对其进行分析，进而对热成像图中的缺陷部位进行分析，使其在发送定位信息的同时，也能使警报信号一同被发送出去。

第三，需要对突发的事故进行保存并汇总，将其存入后台数据库之中。一般情况下，所得到的红外热图像信息并不能直接用于实际，而是要进一步处理。例如，可以将混沌神经网络应用于关联图像的融合与运算中，最大限度地发挥其作用。图2所示为红外热图像图。

图2 红外热图像图

4.2 视觉导航技术

视觉导航是指变电站的巡检设备按照规划好的路线，使用随身携带的CCD 摄像机，对其进行巡逻拍照，并提取道路图像，对巡逻路线进行识别，从而能够根据规划好的路径来完成巡视。由此，在该技术使用过程中，其实时性、稳定性是极为重要的，所以利用模糊逻辑来辅助视觉导航，由此在光线较强的前提下，就能获得良好的巡视结果。第一，在已有的检测路径上布设导向线，通过CCD 获取检测路径上的视频图像，对检测路径进行预处理和图像色彩分割。第二，利用形态学滤波对图像进行消噪，并利用B 样条曲进行拟合，从而得到引导线。第三，利用模糊控制方法，能够实现对导向线条的自动追踪，同时还可以根据视觉导航出现的参数变化，及时调整航线，以导引线作为巡视路径，沿预定路径完成机器人的巡视任务。

4.3 路径规划技术

根据巡视设备的规划目标，可以将路径规划分为两个模式，即全局、局部。在全局规划中，巡视设备需要根据任务信息，来选择最佳的路径，如路线最短、不需要爬坡等。局部规划是在全局路线规划的基础上，对巡视环境中的数据进行全面分析，并向巡视设备传递命令信息，使巡视设备上的摄像装置能够按照命令行驶。

4.4 无人机巡检技术

第一，无人驾驶飞机。搭载了移动照相机、驱鸟装置、红外线成像装置等，其核心部件包括马达、飞行控制模块、电子调制器、动力电池、全球定位系统模块、惯性测量器、云台等。

第二，地面站。其与无人机进行通信，以保证飞行按照规定的轨道和特定的时刻进行。利用地面接收站的有关软件，设计出一套详细的无人机飞行路线图，然后将其与飞行模块、GPS 模块和惯导模块进行组合，确定飞行路线。

第三，便携式摄像机。其主要工作是检测与变电所配置的内部断路器，隔离开关等对应的开关位置，以及设备的实际运行状况。该便携式摄像机有1200万像素，传输速度为30Mb/s，并采用AV 接口来传送数据。

第四，红外线成像器是利用红外成像的变压器进行工作，从设备温度，来判断设备绝缘、导电等状态。一般采用制冷型红外线成像仪，温度范围从-40℃～550℃，数据传送端口使用USB接口。

第五，驱鸟装置，主要是将停在变电所内的鸟儿赶走，以防止鸟窝和不同种类的鸟儿造成短路。可以使用多种方式的驱鸟机，一般有声光和超声两种方式。通过一个转换开关，可以在驱动方式上进行转换。用1.5V 的干电池作为驱鸟装置，通过支撑装置将驱鸟装置固定在无人机的机架上。

5 结语

总言之，智能巡视设备和传统人工巡视方式相比，智能巡视设备具有更强的灵活性，其还能减少巡查人员的工作量，并实现数据无纸化和信息化，还可以针对可能存在的安全隐患在第一时间进行处理。从某种意义上讲，通过运用智能巡检系统，其可以更好地保证安全，保障巡检的准确及有效，以防止意外的发生，还可以防止人为因素造成的影响，从而实现变电所运维一体化。还能加强巡视的客观与强制性，及时将故障排除，以此确保设备的安全与可靠，促进整个电力行业得到进一步提升。所以，相关部门需要加强对智能巡检的关注度，通过研究其技术，提高巡视的质量，促进巡视设备得到更好地发展。