基于视频监控的变电站智能巡检系统研究

辽宁大唐国际沈东热电有限责任公司 王洪松 闵广鑫 刘 磊

1 引言

变电站作为区域供电主要场所，其运行安全性直接影响供电质量。要想有效保持变电站运作稳定性，应当利用巡检工作针对变电站电气设备展开检查。常见设备包括断路、主变压器、隔离开关等。传统巡检工作多以人力为主，造成整体效率与巡检结果可靠性存在局限性。而在信息化时代背景下，加强变电站巡检系统智能改造，设计新型巡检系统，有利于优化变电站巡检效果。

2 变电站巡检工作需求

变电站巡检工作中，主要是对电气设备异响、异味以及油位油压等情况定期进行检查，并及时发现安全隐患，加强对过热现象、破损问题的实时解决，以便变电站电气设备保持良好的运行状态。尤其是对故障问题的解决，也是巡检工作中最主要的内容。根据相关研究成果，在变电站巡检工作中，巡检人员需要针对电气设备展开精准检测。

以断路器为例，需要在巡检作业中判断断路器是否存在漏气声或套管是否存在裂纹、支架接地是否完整、直流电源回路连接端子是否存在锈蚀等情况，自此给出对应的巡检结果，由检修员出具解决方案，为变电站持续稳定的供电服务创造有利条件。而本次研发的智能巡检系统，也是以满足工作需求为基准，借助视频监控技术，增加巡检结果的展示直观性，并且获取的视频数据也能直接在接口连接中，为变电站生产管理项目提供有用信息，最终在系统辅助下建立一个信息共享、联动管理的环境。基于此，针对变电站巡检工作设计智能巡检系统，是推动变电站信息化管理进程的关键目标[1]。

3 视频监控建设难题与系统设计原则

3.1 难题

在智能巡检系统设计过程中加强视频监控建设，是达成可视化巡检目标的重要途径。在实际建设期间有以下几点阻力：第一，建设标准不同。在全国范围内的变电站巡检作业中，关于视频监控建设事项未出具统一标准，尤其是媒体格式标准以及接口协议标准等，这样不利于实现信息的实时共享；第二，可行性差。考虑到各地区变电站运营业务多具有独立性特征，故此造成视频监控建设很难得到集成式管理；第三，重复性明显。关于视频监控建设产生的相关数据，其应用范围较小，促使视频监控功能处于反复研发状态，无法真正落实视频监控建设内容；第四，复杂性突出。视频监控多在独立组网模式下完成建设，此时组网复杂化，易形成网络资源损耗。因此，要想实现智能巡检系统的合理设计，应当打破难题，细化设计流程，自此为变电站巡检作业转型目标的实现给予助力。

3.2 原则

在本次研究中关于智能巡检系统的设计，理应遵循下列多项原则：其一，稳定性。要求设计后的系统在整体运行中保持稳态运作，以便在展示拓展巡视、全面监测、联动管理等功能时，可以保持一定的稳定性，以免因系统不稳，造成其实用性下降；其二，可扩展性。由于所设计的系统需要在多区域变电站场所表现出优势，故此要求对其兼容性进行拓展，使之同软件平台、数据库系统建立良好的互动关系，能够支持外在系统连接；其三，安全性。系统本身在运行中会获取巡检数据，此时应当具备自我防护性，避免遭遇黑客攻击、病毒侵害，致使变电站遭受信息风险。系统设计可以在连接电力调度系统时，实现系统的安全防范；其四，简便性。对于系统的维修也要追求简便性，因系统设计中涉及的部件数量较多，若检修难度大，反而会加剧变电站维修成本，干扰巡检工作进度。因此，应参照上述原则，为智能巡检系统的设计编制完善的设计方案，充分展示系统实用价值[2]。

4 基于视频监控的变电站智能巡检系统设计方法

4.1 加强系统架构设计

以视频监控技术设计变电站智能巡检系统时，需要先行对系统架构进行优化设计，而后对其细节功能加以完善，确保在整体架构导向下，能够为设计者提供明确思路。

首先，设计者在系统设计环节，需要划分不同层级，即接口层、服务层与应用层，而后构建相关模块，便于在流程进展中，确保系统在巡检作业中表现出显著优势。其中在接口层构建中，包含与视频监控系统、生产管理系统的有效连接，使其能够将巡检工作中采集的视频数据传递至系统中，进而在数据分析中发现电气设备异常问题。

例如从视频监控系统运行中发现隔离开关接触点存在冒烟或者发热情况，断路器机构箱门出现破损状况，均可将其反馈至接口层中，以供系统用户直观地掌握变电站巡检范围内的险情。而在服务层中，多涵盖告警联动与管理服务、网络服务部分，在该层级中可以在联动技术干预下及时发出预警信息，便于用户结合预警结果，提前出具防范对策。至于应用层，它是显示系统使用功能的重要层级，在此系统设计阶段，多设有巡检结果展示、巡检执行管理与巡检联动管理以及巡检方案管理等具备管理职能的模块。经过层级的精准划分，即可达成系统安全运行目标，也能为视频数据的实时共享创造最佳条件。此外，在网络服务中，要以网络平台登录访问的方法，实现相关信息的准确查询。为了保证该系统于巡检工作中真正给出可靠的巡检数据，应当加强对每一个层级的细化处理。

其次，在系统架构设计中，也要根据视频监控技术应用期间产生的相关数据，建立对应的架构。除了实时掌握的视频数据外，还包括系统资源数据以及系统管理数据。视频实时数据主要是在系统开展巡检作业时，以时间点为依据采集的多方数据。如某一时刻断路器套管显示裂纹，此时会随着时间的后延，造成裂纹的扩散。经过系统的运行操作，能够记录不同时间点巡检结果，便于用户及时处理故障问题。

关于历史数据，因系统运行中，常需要对数据进行准确分析，或者实施巡检执行统计操作，而历史数据可充当凭证，对电气设备运行状态进行深入分析，而且形成的预警信息也常依靠历史数据的总结结果判定巡检中电气设备是否存在隐患。而资源数据以属性数据、线路巡检数据为主。管理数据在此系统中占有量较大，除了用户管理数据外，还包含生产管理、巡视任务管理、系统安全管理等管理功能中形成的综合数据。面对不同类型数据，理应理清数据关系，为其构建完整的架构方案。

最后，层级架构与数据架构之后，还应当依托系统的逻辑关系构建逻辑架构。通常在逻辑架构中具备码流采集与巡检方案、数据分析等层次。考虑到此系统是以视频监控技术为主体。因此，在系统运行时，应当设计交互层次、业务逻辑层次、数据源层次，便于运行中能够支撑系统各项功能。以交互层为例，要求系统可以根据用户实际需求执行巡检任务。如由用户自行设定巡检时间、巡检路线、巡检方案，借此提升系统的互动性。在业务逻辑层次中多具有巡检方案、数据分析、码流采集模块，而后通过对视频监控与变电站环境监测数据的转换，为用户给予可视化管理服务。

4.2 完善系统功能模块

本次研究中以视频监控技术设计的智能巡检系统，最关键的是借助系统功能，为传统巡检模式指明新路径。因此，系统设计期间，应当设置对应的功能模块。结合上述研究结果，可以将系统功能归纳为五大模块。

巡检方案管理功能。在开展变电站巡检工作时，需要针对变电站区域内的电气设备以及其他电缆室等空间进行智能巡检，这就要求用户需要对巡检方案进行准确设定，包括巡检范围、巡检目标等，而后在巡检方案中设定巡检路线以及巡检对象，既可以修改方案内容，又可以微调巡检顺序，甚至可以在视频监控设备巡视过程中，对每一处巡检时间段自行调节，由此增加系统的使用灵活性。例如在对主变压器进行巡视时，多以视频监控的“目视”方式，对油温、绝缘子、油色、运行声音、控制箱严密性等内容逐项巡视，而用户可在系统使用环节，对每一处巡视点的巡视时间进行差异化设定。特别是在隔离开关与主变压器巡视中，应尽量延长主变压器巡视时间，因其巡视内容较多，若过早撤离巡视装置，会造成巡视中产生的视频数据不够全面。

巡视模式管理功能。系统在执行巡视任务时，应当以自动巡视为主，但为了避免缺失交互性，还应当新增手动巡检模式。前者可以实现视频监控系统的全程监控，而且也可以自行执行巡检方案。后者可在巡检员远程操作下，对变电站区域进行巡检，而且在此种模式下，也可以设定预设功能，即提前3天告知用户启动巡检系统，而后在巡检档案中记录巡检结果。

巡检任务管理功能，此处与巡检方案管理具备对应关系，能够在此项功能辅助下落实巡检方案巡检内容。此处不予以赘述。

巡检结果管理功能。无论是对互感器还是变压器进行巡检作业，都需要获取最终的巡检结果，而后出具改进方案，避免异常现象出现加重情况。在此项功能中涵盖巡视记录清单，在巡视清单中能够完整地展示巡视范围、巡视时间等信息，而且还具备查询功能，协助用户在系统操作中全程掌控设备动态，而且该清单还能根据用户需求进行留档、打印处理。

巡检执行功能。在视频监控技术下，可以对巡检范围实时录像，并在智能巡检技术参与下，整理巡检结果，便于用户从巡检清单中知晓巡检进度。例如在某区域的变电站巡检工作中使用此系统，最终记录了包含开关刀闸开合异常、主变油温表计数错误在内的数十条预警信息，最终与传统人工巡检模式比较，整体巡检精度超出99%，验证此系统功能优良[3]。

4.3 注重联动技术应用

视频监控技术应用于智能巡检系统设计中，还应与之建立联动关系。通常需要实现以下三个部分的联动设计：第一个部分是与电气设备状态保持联动，在此系统运行中需要同变电站现已引进的在线监测平台实现联动处理，而后经过对监测信息的反馈，逐渐扩大巡视范围。例如在运行中可以从在线监测平台辅助下，增加对开关柜的巡视清晰度，在监测信息采集环节，为本系统的可视化巡视服务提供依据，就此改善巡检现状，以免因部分盲区或者死角处受视频监控装置局限性的影响，出现漏检情况；第二个部分是实现报警远程监控平台的联动设计，若单纯以此系统的视频监控数据为依托，需要在接收预警信息后安排人力前往现场处理问题，而在联动操作中，即可达到远程管理的目的，经过对监控平台的联合处理，能够对变电站常出现的门禁系统异常状况、火灾报警装置实施远程管理，最大化提高巡检效率；第三个部分是联动前端数据采集装置，该装置若与此系统保持连接关系，能够自动化处理异常问题。好比巡检员从视频监控中发现油温异常，能够在联动装置下，自动开启散热器，而在潮湿环境下，能够自动启动空调排湿功能，以此缩短了视频监控数据的响应时间。与单独运行此系统的方式比较，整体运行效率更高，而且也能减轻后续故障处理负担。因此，在视频监控技术指引下设计智能巡检系统，还应当同变电站内部多个系统保持联动关系，以便在联动技术实践应用中，为系统稳定性、可操作性的提升给予辅助服务。

4.4 实现信息实时传递

智能巡检系统在设计期间，需要借助视频监控技术采集变电站巡检区域内的设备状态等视频数据，而巡检的最终目的是维护变电站设备运行安全，而非单纯获取巡检结果，故此要求对于视频数据的传递应当以实时传递的方式，将其反馈至管理中心，以供管理者联合巡检员切实完善变电站设备功能，防止出现异常情况，影响变电站运行秩序。于信息实时传递设计中需要依据通信传输技术，为系统提供信息传输服务。

首先，需要先行确定通讯模式，以Client-Sever 模式为主，保持信息的高效传输，而且还应当搭配Report-Sink 模式，它能够在巡视中遇到的突发事件实施非周期性信息传递，便于相关人员及早知晓突发情况，以免在时间延误的情况下，造成变电站遭遇重大事故。此外，还应当设计C/S 通讯接口，能够在此接口助力下，对数据信息完成修改、获取、响应任务。通常情况下，此模块需要设置在应用层之前，确保采集的视频数据顺利输送至应用层中，借此达成高效传输目的，也能在其运行中对视频数据进行共享操作，便于变电站其他人员能够从在线监测平台等其余系统中掌控巡检数据，进而积极应对重复获取数据的繁琐风险。尤其对于从事电气设备维修作业的企业而言，从监控数据的传送中，能够为其提供可靠的排障信息，最终经过电气设备的检修操作，促使变电站始终拥有稳定持久的运行状态[4]。

4.5 优化系统检测效果

智能巡检系统的成功研发，能够为电气设备检修企业提供便捷服务。为了保证该系统具备可操作性，应当积极展开检测操作，凭借对检测结果的分析整理，验证系统研发设计的可行性。此次研究中专门选定110kV 变电站与220kV 变电站，而后在视频监控技术辅助下，对系统实际使用效果进行研究。在此系统运行中设有远程监控录像装置，并且能够对巡视范围内的设备状态进行跟进处理，而后联合视频数据确定设备是否需要维修，并且在运行中，此系统可以自外而内的地设备进行全景巡视，协助巡检员深层次了解设备实际情况。同时，还将系统与大屏幕进行联动设计，将视频资源传递到大屏幕上，全面观察设备的可疑动作。经过分析后，在该变电站实操环境下，从此系统视频监控中发现主变压器两端因日积月累出现了灰尘积攒的情况，而后判定此处巡视结果属于危险因素，需要及时对其展开清扫，便于设备检修人员立即对变压器性能加以检测。视频监控作为直观展示设备异常状态的重要依据，能够为巡检员乃至检修员带来更可靠的工作依据。于此次检测中发现该系统在变电站巡检作业中，能够有效执行巡检任务，而且设备检修员也能快速地从视频展示中辨明故障可能原因，其应用效果突出。

综上所述，在设计变电站智能巡检系统时，若能结合视频监控技术，明确系统优化设计思路，能够切实增强系统的可操作性。据此，应参照具体的系统设计原则，从系统架构、功能模块、联动技术、实时传递、系统检测等方面着手，促使变电站巡检工作能在智能巡检系统辅助下，达成提质增效目标，满足新时代巡检作业要求，为我国变电站运行安全与供电稳定性的提升带来可靠保障。