电网基建项目全过程智能化监控技术

李芳亚，胡 雯，吴 优，杨 帆，欧阳俊杰

（国网湖北省电力有限公司孝感供电公司，湖北 孝感 432000）

1 电网基建项目全过程智能监控系统建设目标

电网基建项目全过程智能监控系统主动将数字化和智能化融入生产营销、产业协作等方面，并能有效构建科技成果及知识产权系统，提升企业核心竞争力[1]。在组建和培养了一批专项技术研发人员和运维服务人员，有效地提升了公司科技研发创新能力的同时，它从战略层面明确新型电力系统建设的基础设施、技术框架、演进路径等，推动电网高质量数字化转型。该系统的研究目标是深入推进智能化和信息化融合，以“互联网+”为基础，深化大数据、云计算、物联网、移动互联技术应用，提升制造环节的信息化支撑能力和产品智能化水平。该系统研究的内容主要是从下列2个大方向来进行。

一方面，针对输变配电运维场景不同，围绕辅助或代替人工开展重复烦琐、危险及人工无法实施的作业，研发不同的输变配电特种机器人系统及协同支持系统。在复杂的电网运行环境下，高空的高压输电是一个较难的操作问题。现有技术中，一般都是通过人工在高空中进行运维操作，难以保证安全。在夏季高温情况下，问题变得尤为突出。高空输电线路很长，人工操作存在很大的局限性，且观察到的问题信息也不是很全面，因此运用大数据及互联网技术支持，研发独立作业能力最强、功能完善的智能化机器模式，用以解决上述技术问题。

另一方面，运用大数据及互联网技术，研发融合综合监控信息平台及其测试系统。利用大数据技术，在输电线路上运行时自动预警判断。运用大数据及互联网技术，建立和研发融合综合监控信息平台，对采集的各项数据进行梳理和分析，指导和支持研发机器人及其测试系统的研究。

2 系统设计思路

2.1 设计思路

系统设计理念是通过智能监控系统将网络基础设施工程环境中的各种因素与各种环境控制措施有机结合起来，形成一个能够自我评估和自动评估的完整系统，并采取适当的环境控制措施，实现研究所生态实验的自动化，达到替代人工和降低运行成本的目的。系统智能感知以工业物联网为核心，结合大数据采集、数据分析和人工智能（Artificial Intelligence，AI）识别技术，自动获取电网基建项目综合环境及各子系统运行状态，自动识别电网基建项目异常情况检测机器人的设备[2]。

智能辅助监控系统主要包括设置在数据中心或调度中心的主站平台和设置在变电站、无线通信和电力管道的融合终端平台。环境质量类别主要包括温湿度控制器和空调开关、浸入式传感器和水泵、燃气、防凝露、烟雾和风扇连接器控制器、局部放电、无线测温、门锁、门禁、噪声和灯光警报、电池以及面部识别等[3]。视频量主要包括螺杆摄像机、球摄像机、检测机器人等。用电量类主要包括通信管理机、电能质量、电压以及电流等。

系统设计的基本架构如图1所示。

图1 系统设计的基本架构

2.2 系统功能分析

设计该电网基建项目的智能化监控系统，主要要实现以下几点功能目标。

（1）数据采集。环境数据有温湿度、水浸、噪声、烟感、SF6、臭氧、凝露等；设备数据有局放、无线测温、蓄电池、视频数据、机器人巡检数据等。设备数据实时采集要确保物联网中的节点和主机间能够实现有效的通信，需要借助相关技术优势来促进相关数据采集和聚合，实现互联网数据共享和交互。所以，设计中需要基于智能设备监控应用互联网，促进数据实时性不断提升。要做到快速有效地采集和传输数据，对于设备故障状态的及时判断和信息传输具有重要意义[4]。

（2）自动分析。地图定位、设备状态、环境信息分析、异常信息预警。

（3）系统联控策略。温湿度传感器引起的空调联动控制；SF6气体传感器及烟感器引起的风机联动控制；水位传感器引起的水泵联动控制；异物入侵、门禁等引起的灯光控制。

（4）人工智能识别。人员合规检测主要涉及人员身份识别、未戴安全帽识别、违规人数识别、越线识别、禁止作业区闯入识别、人员倒地识别、小动物闯入识别。

（5）设备状态识别。开关分合状态识别、指针式仪表识别、数字式仪表识别、工作指示灯识别、旋钮式仪表识别。

（6）地图定位。利用地理信息系统（Geographic Information System，GIS）地图，实现精确定位变配电所地理位置，显示重要的运行数据。

（7）大数据。基于大数据的关键设备故障分析与预判，定时分析各种数据是否变化、越线，以及是否可能引发设备安全问题[5]。

3 系统设计关键技术分析

3.1 全过程智能监控系统架构模型

开发电网基建项目全过程智能监控系统架构模型，分为感知层、传输层、应用层3层，具体如图2所示。传感层由各种传感设备组成，包括摄像头、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、机器对机器（Machine to Machine，M2M）传感器和终端、传感器网络以及传感门等。这些监控设备可以安装在监控区域或移动机器人上，主要进行目标检测和识别，收集和捕获不同使用场景产生的相关数据，并执行同时接收到的各种命令。

图2 系统基本架构模型

3.2 远程监控设计

一是线路运行模式的设备管理。借助智能监控技术，为区域预留模拟线路正常运行所需的电压、功率、电流，并安装压力传感器对线路进行监控。当出现异常情况时，电网基建项目全过程智能监控系统可以通过传感器采集线路数据，帮助设备人员快速熟悉地面，精准定位故障。借助智能监控技术，用户可以分析区域内的设备并构建标准化的操作系统，并对无效部件提供修复建议。

二是智能监控技术监控设备的状态。借助智能监控，构建设备状态监控系统，在不同地点安装监控设备和传感器。这样可以及时采集设备主要部件的信息，一旦出现异常情况及时报警，第一时间提醒管理人员采取措施，排除和干预异常信号，提高设备的控制能力。一般的远程监控项目采用的主要技术是Red5视频监控技术。

而远程监控系统中，关键是需要利用一台连接互联网的计算机执行主控终端的远程功能，并且可以对另一台或多台具有被控终端主机功能的计算机实施监视和控制。当使用远程监控系统控制受控端计算机时，主控端计算机界面显示的桌面与受控端的桌面一致，且鼠标在受控端清晰可见。主控端计算机控制被控计算机的移动模式及相关功能。远程系统更改受控计算机的相应信息或功能后，上位机的信息和功能不会改变，并且更改仅在受控计算机上有效。远程监控系统的组成主要包括3个方面，即前端设备、图像处理和传输设备、网络客户端。前端设备由摄像机、云台、解码器、防护罩、支架、报警探测器以及拾音器等组成，负责视频信号、音频信号和报警信号的采集。

3.3 自动识别技术

智能监控本体采用射频识别技术从设备表面的电子标签中采集信息，可以通过内置的电子标签芯片记录设备各部分的信息并进行扫描。系统恢复芯片上的数据并自动识别物体，如监控设备的状态、相关监控设备的运行状态数据、位置数据以及温度数据等。可安装不同功能的传感器和报警装置，进行精确的动态监测。例如，在设备使用过程中，监测加热部分的温度。当温度超过正常范围时，系统会自动发出报警信号，提醒用户存在隐患，以便相关管理人员进行处理。传感器装置和定位系统可以动态监测设备车内的电压、电流及相关控制参数，为电网基建工程全过程智能监控奠定了基础，便于统一管理，提高设备的使用效率。

3.4 传感器网络技术

如今，无线网络技术得到广泛应用。无线传感器网络使用大量静态或移动的传感器，采用自组装和多跳的方法构建无线网络。在无线传感器网络中，传感器节点通常位于被监控区域。就网络系统结构而言，它主要由4个部分组成，分别是传感器节点（Sensor node）、汇聚节点（Sink node）、基础设施网络（互联网或卫星）以及管理节点（Management node）。

从工作空间来看，测控设备在观测区域或监控对象周围有多个传感器节点，通过组织形成传感器网络，传输和处理采集到的信息，并传递和收集意见。

4 项目运行情况

构建电网基建项目全过程智能化监控系统，要从理论模型搭建、项目实施和理论差距分析以及典型案例实证等方面出发，基于理论曲线进行模型构建，为项目投资完成后的理论分析提供标准，实现现实和理论的对比分析，结合实际业务情况，确定进度预警范围，完成投资后的智能化监控模型构建，分析系统动态，查找数据问题，分析其中的风险因素，为项目异常情况提供建议，确保项目投资的有效性和准确性，为项目管控提供有力支持。通过论证分析，验证了电网基建项目全过程智能监控系统切实可行，将其应用到电网基建项目监控中，使用效益突出，值得应用推广。

5 结 论

针对电力企业而言，随着目前市场对于电力需求的不断增大，要求电网服务效率不断提升，使得电网规模空前扩大。而传统的电网基建项目监管模式已经无法满足现阶段快速发展的电网监管实际需要，因此需要加快构建电网基建项目全过程智能监控系统，通过有效的技术整合和应用，实现监控系统的智能化监测功能，为电网基建项目管理、运营和相关业务工作开展提供技术支持。在工作面推进的过程中，系统在施工现场要结合施工进度和具体的项目运行情况来调整，确保能够有效满足电力工程的实际监管需要，为建设智慧电网工程助力。