巡检技术在无人值守变电站中的应用

张胜会

（天津航天长征火箭制造有限公司，天津 300462）

0 引 言

无人值守变电站除了可视屏监控，还具有远程电脑桌面控制和屏幕录像等功能，能够满足用户的多方位需求，是发展的必然趋势。站在企业角度，无人值守变电站可帮助企业完成多项工作，如远程网络服务维护协助、远程办公以及资料信息获取等。还可以代替人工随时监控电网的安全，做好安防工作。

1 主要巡检技术

1.1 巡检机器人

巡检机器人能够进行可见光和红外定点定时拍照，保证对数字油位计和表计的快速识别，并在发现表计或油位计读数异常、设备发热以及存在缺陷时及时发出警报，同时自动生成异常记录。巡检后，智能巡检机器人还会自动归位，实现自动充电和保护功能，全程无需人工操作。利用智能巡检机器人可以提高巡检效率，切实保证巡检人员安全。

1.2 特高压绝缘子检测机器人

特高压绝缘子检修属于高空作业，危险性较大，员工无法实现带电检测。电网企业研制出特高压绝缘子检测机器人，利用探测针可以全面分析绝缘子异常故障，利用绝缘机械抓手沿着绝缘子钢帽不断上升，可以全面检测特高压绝缘子杆塔。特高压绝缘子检测机器人体积小、重量轻且待机时间长，充一次电能够检测1 500片绝缘子，可以精确记录各种数据，并将结果传输给数据库，利用后台软件即时分析。操作者只需利用手机或电脑进行远程遥控，即可实现自动巡检[1]。

1.3 无人机

很多高压线上经常会悬挂风筝、孔明灯以及垃圾袋等其他杂物，如果没有及时处理，很容易导致线路跳闸而引发故障。传统人工带电作业模式需要通过杆塔挂梯才能够清除异物，操作环境非常危险，作业时间长。利用无人机喷火消除异物的方式，能够有效取代员工带电操作，减少危险性。无人机喷火直接将汽油或酒精作为喷火燃料，在无人机上安装喷射火焰装置，精准控制喷油喷火位置、喷火量以及喷火时间，往往只需要几分钟就能够轻松去除垃圾、风筝以及孔明灯等异物。无人机喷火最高温度为400 ℃，而高压架空导线的熔点为600 ℃，因此不会对线路造成损伤。

无人机能够在冰雪、水灾、地震以及滑坡等自然灾害条件下开展巡线工作，及时检查输电线路本体缺陷和通道隐患，还能够应对各种复杂的地形地质条件和恶劣天气。利用无人机巡检技术能够及时快速准确获得市场信息，还能够代替人完成危险任务，即使出现飞行意外，也不会导致人员伤亡。电网企业研制的多旋翼无人机，能够在10 m距离捕捉2 cm的目标物实现远程遥控。利用红外热成像仪和机载相机，能够快速检查受灾杆塔和线路。无人机可实时传回图像，保证数据分析准确。此外，巡线员能够对线路设备进行测温，提高工作效率。

1.4 输电线路山火监测预警系统

很多高压架空线位于偏远山区，经常受到山火威胁而引发输电线路跳闸和停电等故障。电网企业研制的输电线路山火监测预警系统利用最先进的高精度卫星红外接收仪，能够实现轨道卫星和同步卫星的红外数据实时接收，快速展示山火路线。此外，还能够生成山火告警信息，实现告警短信快速发送、报警信息统计以及山火预报和展示等多重功能。

带电高扬程移动灭火平台能够直接将水雾化为400 μm的喷雾状，实现带电灭火。将灭火剂与水按1:15的比例混合，快速提高灭火效果。1 min内利用50 L灭火剂，能够扑灭上百平方米的山火，有效弥补了输电线路山火现场山高缺水的不足，使电网防火由被动转为主动。

1.5 北斗卫星系统

北斗卫星系统作为我国自主研制的全球卫星导航系统，由空间段、地面段以及用户段3部分组成，能够全天候为全球用户提供定位、导航以及授时服务。传统变电站巡检时，由于地处偏远且无公网覆盖区域面积较大、采集电能数据困难、配电网故障以及无人值守变电站与杆塔监测成本过高等问题，导致偏远地区电力供应效果不理想。将北斗卫星导航系统应用于电网领域，能够实现在线监测、车辆定位管理以及用电信息采集等功能，有效解决了偏远地区用电信息采集困难和设备监测困难等问题。利用北斗卫星通信和智能配电网管理系统，可以实现车辆和故障位置的实时监控，对故障的判别更加准确。此外，利用北斗卫星导航系统，配网故障的定位时间由小时级别提升至分钟级别，大大提升了配网效率，且无需专门建设基站和专用光缆，信息安全性能更高。还能够实现全时监控和GIS定位故障，合理规划抢修线路，有效缩短故障停电时间[2]。

2 智能巡检技术的主要功能介绍

目前，无人值守变电站智能巡检主要以智能巡检机器人为主，整合机器人技术、电力设备非接触检测技术、模块识别技术、多传感器融合技术、定位导航技术以及互联网技术等，能够实现全自主远程遥控。无人值守可以有效代替人工，对变电站实现巡检，为智能变电站和无人值守变电站提供技术检测的手段，推进变电站无人值守的快速发展。

在日常巡检时，智能巡检系统能够对变电站的设备和仪表进行定点拍摄，并将图像上传至互联网终端。红外巡检系统还能够实时采集和监控变压器、互感器、触头母线以及连接头等的温度，利用对比历史趋势分析等多种手段，判断设备是否出现异常状况。红外测温时，模块识别技术能够准确识别温度检测设备，提高温度检测的整体效果。在正常工作时间允许的情况下，智能巡检系统可以任意设定巡检时间，在到达时间后能够沿着预设轨道实现自动巡检，并最终停靠在预先设定的地点。利用感应器自动感应带电设备可以在所有检测完成后还能够实现自主充电。人工操作的模式下，智能巡检系统可以脱离预先设定的路线，运用键盘和鼠标对智能巡检机器人进行遥控，扩大巡检的范围。巡检完毕后，对信息采集和相关功能进行分析，全方位监控电站的运行状况，包括环境温度、风速以及声音采集，对巡检设备的历史数据自动生成报表。图1为无人值守变电站优化设备。

图1 无人值守变电站优化设备

在巡检过程中，可以查看历史事件，自动分析超温报警、温度曲线以及温差警报实现巡检作业的自动化管理。无人值守变电站可通过3种方式实现视频监控。第一，硬盘录像机以录像为主，支持IE浏览。第二，网络视频服务器前端不录像，可直接将影像传输到后台，即后台服务器录像。第三，网络摄像机以直接连接网络查看录像。视频监控的方式通常选择网络摄像机，便于随时随地查看，精准时段信息。无人值守变电站内部利用高清显示屏可直观清晰查看视频，且可多人同时查看视屏。

3 智能巡检技术在无人值守变电站中的应用及改进措施

3.1 智能巡检技术在无人值守变电站中的应用优势

智能巡检系统能够对无人值守变电站室外设备进行自动化巡视。但智能巡检机器人是新兴技术，在实际应用过程中难免存在不足，因此需要不断积累经验，从而不断完善与提升智能巡检系统的水平[3]。

与传统的人工巡视相比，智能巡检系统具有诸多优势。首先，智能巡检系统可以代替人工精确巡检室外设备。利用视觉伺服技术能够精准定位云台，明确故障巡查点。根据具体的巡查内容，客观、标准地完成检测作业，可有效改变人工巡检检测数据不客观等问题，保证变电站设备巡检更加精确。自动巡检能够有效节省运维人力，避免人员操作受到电磁辐射造成的影响。其次，智能巡检系统不受恶劣天气等影响。无论是大风、大雨还是冰雹、冰雪，都能够正常按计划行事，有效解决恶劣天气下人工巡检受阻的问题。再次，智能巡检系统不受巡视时间的限制。人工巡检通常在白天进行，而白天处于用电高峰阶段，无法实现停电检查。智能巡检系统可以在夜间的凌晨段或者3点段按照人工选择的路线进行巡检，保证电力系统稳定供应[4]。最后，智能巡检系统还能够实现红外巡视。通过自动设置测温点可以对故障设备进行红外测温，能够与人工测温数据进行对比，真正减轻人工测温的工作强度。利用数字图像处理技术，可以对相关设备进行历史温度曲线分析，使人工巡检更加精确。运用数据库技术自动升级软件系统，可保证变电站巡检系统能够正常稳定运行，还可以实现后台管理，设定日常巡视和特殊巡视，客观标准地完成各种作业。智能巡检系统按照传统人工巡检要求开展日常值班巡视，根据实际情况进行分析，保证数据更加精确。利用后台专家库能够长期科学管理和智能分析数据，自动生成巡查报告。在实现远程操控模式下，可以全时跟踪巡检设备的运行情况。

在应用巡检技术时，用户可以利用键盘和鼠标等方式确保程序正常运行。所有的信息都被外设驱动程序截获，想要分析这些数据，只有将外设操作加入系统内部，才能够使应用程序快速处理所获取的信息数据，确保应用程序能够从窗口消息队列中获得相关的应用。但是，部分应用程序不具备这种功能，无法提供外设输入，必须自行模拟外设信息将各种系统消息纳入到消息队列中。巡检技术系统设计涉及的内容多，会影响计算机网络无人值守变电站的正常工作。利用巡检技术能够帮助技术人员第一时间获得最关键的数据线索，还能够提高监控系统的维护水平。因此，全面设计并改进监控系统操作界面，按照人机工程学的要求进行判断，以保证人机界面更加直观清晰。

3.2 智能巡检机器人巡视应用的主要不足及改进建议

目前，巡检系统没有明确的巡视规范，导致验收时缺乏参考，许多具体功能无法实现。例如，最优路径规划功能只在变电站5个以下巡视点位才能够实现，超过5个以上巡视点位系统就会崩溃。利用仪表读取功能可以在白天进行自动读取，仪表读取仅具备拍照功能，无法将数据自动转换成报表，缺乏对工况的准确判断与分析，极大地影响了巡检系统的实用性。因此，变电站需要及时制定变电站巡检系统的验收大纲，并不断提高大纲的可操作性，根据变电站的实际情况完善巡检系统的相关功能。

在施工阶段没有充分考虑巡检系统的环境适应性问题，很容易导致在施工期间智能巡检机器人系统运行与实际不相符的问题。在设计阶段，应当加强巡检系统的路面适应能力，充分考虑巡检路线的路面是否设计合理，提高设备的整体爬坡能力。此外，要充分考虑台风和冰雪等自然灾害因素，合理设置充电桩。智能巡检机器人如图2所示。在智能机器人应用的过程中，由于软硬件系统的影响，巡检过程中会出现各种意外。很多情况下，最优路径规划、声音采集语音通话以及仪表读取等功能无法实现，或者只有个别设备能实现。声音采集过程中很容易受到干扰，仪表读取也容易受到巡视位置分辨率等因素的影响，无法实现正面读取。此外，程序设计也可能存在问题，与系统不相匹配出现自行退出等，从而无法实现远程视频监控。巡检过程中若受到严重的电磁干扰，也很容易导致设备出轨而从巡检线路上掉落，造成设备自身损坏或者碰坏其他设备。巡检机器人底座高度设计不够合理很容易导致涉水能力不够，运行速度慢，影响整个巡视效率[5]。

图2 智能巡检机器人

针对现存的软硬件问题，巡检系统需要增加蓄电池的整体容量，确保巡检设备的整体运行能力，有效缩短巡视时间，提高机器人的整体抗干扰能力，增强巡检设备电磁感应灵敏度，设计出可调节的底座，以满足不同地域的巡检功能要求，加强对巡检仪表的自动读取识别能力。要对数据信息进行自动修正和自动导出，及时发现设备异常物检测，提高设备拍摄的整体像素。

4 结 论

智能巡检系统能够有效弥补人工巡检存在的各种安全隐患，既可以有效节省宝贵的人力资源，又能够准确评测数据信息。通过长时间的科学管理，自动生成巡检报告，为设备的自动化运行提供可靠的基础数据，在巡视功能方面可以起到应有的效果。随着智能巡检技术的不断发展，可以及时弥补现有的各种缺陷，提高智能巡检的整体效果，满足无人值守变电站的发展需要。