基于AR技术的变电站智能巡检系统设计与实现

张聪斌 国网天津电力城南供电公司

智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备分层组成，能够在变电站中有效共享电气设备相关信息，构建具有简单操作特点的变电站。智能变电站能够及时收集和掌握供电设施的数据，更科学地维护管理供电网络，提升了电力供应的速度，优化了供电性能。

一、变电站智能巡检技术

城轨变电站中主要的供配电设备安装传感器等在线监测设备，在设备运行状况下，可实时多通道连续采集能够反映电力设备绝缘状态的运行状态数据，根据其数值大小及变化趋势，实现对地铁供电设备状态的综合数据分析与诊断，一旦发现异常状况可以通过多种分析方法佐证故障的类型和状态，从而给出准确的预判信息，为保证设备的正常运行、故障运行、超负荷运行等情况提供强有力的数据支持。智能巡检系统采用分层分布式系统结构，考虑系统整体的兼容性，地铁供电设备智能巡检系统采用总线式的分层、分布、开放式设计，整体结构分为4层，分别为就地设备层、间隔层、站控层和线控层，层与层之间相对独立。智能巡检系统由两大部分组成，一部分是在设备现场安装的在线监测采集装置；另一部分是在线监测系统后台，该部分由后台采集模块组成。①供电设备终端监测设备。线监测设备包括交直流断路器动作特性监测装置，干式变压器局放监测装置，35kV开关柜SF6气体压力监测装置，交直流开关柜温度监测装置，电缆局放在线监测等数据采集装置，各采集装置在功能上相互独立，直接在被监测设备运行现场附近就地安装，监测到的各种信号现场就地数字化处理。②在线监测系统平台。在线监测系统平台由安装在站控层的监控主机及在线监测系统软件组成。系统平台预留与上一级远程监控平台的接口，以及与变电站综自系统的接口，对变电站所有就地智能监测单元的测量控制、通信管理、数据收集、显示、处理、存储进行控制，并可将监测结果和设备状态传输到上一级系统。

二、AR技术的变电站智能巡检系统设计与实现

（一）AR眼镜

AR（Augmented Reality）是利用计算机生成一种逼真的视、听、力、触和动等感觉的虚拟环境，通过各种传感设备使用户“沉浸”到该环境中，他是一种全新的人机交互技术，利用这样一种技术，可以实现现场厂家与虚拟场景的叠加，形成一个全新的虚拟世界。AR的优越性体现在实现虚拟实物和真实环境的结合，让真实世界和虚拟物体共存，同时它实现了虚拟世界和真实世界的实时同步，满足用户在现实世界中真实地感受虚拟空间中模拟的事物，增强了使用的互动性。一个完整的AR系统包括计算机系统、视频输入转换系统、人机交互系统、动作捕获跟踪系统、视频显示系统、语音识别、图像处理、网络连接。AR眼镜是一个高度集成的一体化AR设备，处理具备AR的基本功能外，还需要在轻便、易操作等各方面进行优化提升。

（二）远程协助的详细工作流程

①作业人员携带AR眼镜到现场作业，当碰到问题需要协助时，可以呼叫专家远程协助，呼叫请求发送到远程协助服务器。②如果有专家在线，专家会看到现场工作人员的请求，可以进入远程协助，一个专家可以同时为多个。③专家进入远程协助后，可以直接查看通过AR眼镜传回的现场实景，从而可以很方便地知晓当前作业的站、设备及现场问题信息。④专家可以通过文字、语音、或视频通话方式与现场人员进行实时交流，了解故障详细信息或者给出故障处理指导意见。专家可以通过设备运行信息库，查询设备的基本信息、设备运行历史数据及设备关联的技术文档等信息，以这些信息加速故障定位及处理方法；专家可以通过专家知识库，通过检索方式检索与现场故障类似的信息，寻找故障处理方法。⑤专家通过综合现场传回的实时信息及后端知识库和运行库的信息，给出处理方法和操作步骤，以文字、图片、语音、视频的方式发送给AR眼镜。⑥现场人员，根据专家给出的处理方法和步骤进行处理，现场操作可通过视频实时传回专家终端，此时专家还可远程监视现场人员的操作，如发现作业人员误操作或操作后的结果不符合预期。可立即指示终止现有操作，进行进一步分析并给出更有效的处理办法。

（三）轨道避障

智能巡检机器人前端装有激光扫描障碍物系统。当智能巡检机器人原地旋转转向时，激光扫描指向路边，倘若路边有20cm以上的杂草或其他物品，智能巡检机器人就会认为有障碍物而停在原地。解决方法如下。①修改转向运动避障算法。在智能巡检机器人原地旋转转向时，关闭避障判断，在完成转向后再打开避障判断，这样就既可以避免转向点附近杂物的影响，又可以确保直线前进时路上若有障碍物，可及时停车避让。②修改直线运动避障算法。在直线运动时，若扫描到前方有障碍物，发信给运维人员，通知运维人员清理障碍或者人工控制避开障碍物。③加强智能巡检机器人运行轨迹附近的环境维护。及时除去轨道附近过高的杂草，避免在轨道上堆积物品。若巡视路线上有检修工作，在巡视任务中将该路段设为检修区域，避免机器人进入检修区域。

三、结束语

本文介绍了基于AR技术的变电站智能巡检远程协助系统，说明了系统的组网结构及阐述了远程协助系统在变电站智能巡检中的应用。基于AR技术的远程协助系统，充分利用专家知识库、运行信息库及专家自身丰富的专业经验，为现场作业人员实时提供解决问题的思路和方法，并可监视现场的每一步操作，可减少无操作的可能性。通过远程协助系统大大提升了变电站巡检的工作效率和降低安全事故发生的概率，从而节省了大量的人力成本。