一种变电站智能联合巡检系统

吴俊杰

（国网福建省电力有限公司厦门供电公司，福建 厦门 361006）

传统的变电站巡检方式为运维人员驱车到目标地之后，在变电站设备下方巡视通道上用望远镜或红外测温仪实施检测，巡检费时费力，智能化、数字化水平较低，巡检耗时长，效率低；且设备区上方常存在巡视“死角、盲区”，人工巡视也存在故障异常响应速度慢等问题。针对人工巡检的痛点难点，通过在变电站配置高清视频、机器人、无人机3 类智能设备进行数据采集，构建变电站智能巡检系统，提升设备巡检智能化和数字化水平[1]。

1 系统组成

变电站智能联合巡检系统由高清视频、机器人、无人机等前端感知设备和变电站站端智能巡视主机组成，各变电站立体联合巡检系统统一接入智能巡检管理服务器，在智能巡检管理服务器中部署远程巡检系统并与PMS 系统和智能分析主机实现数据交互，运维人员可远程下发巡检任务，灵活调用各变电站前端感知设备实现立体联合巡检[2]。智能联合巡检系统如图1 所示。

图1 智能联合巡检系统组成

在变电站联合巡检中高清视频重点对观测目标间隔的中、低处区域设备外观进行巡检，自动进行开关刀闸位置、表计油位示数识别，自动判别飘浮物、鸟巢等异物。每个点位的拍照图谱和识别结果可以实时推送上窗，并对异常识别结果进行告警。

变电站内机器人主要负责对设备区各点位进行红外测温，同时补充高清视频的盲区并对拍摄效果不佳的表计、油位、设备外观等进行补充拍摄。巡检过程中机器人同样采用可见光和红外双镜头进行巡检，并对所采集的巡视图片和红外图谱温度进行自动识别。机器人红外成像功能也较为成熟，巡检过程中红外成像的温宽可以实现自动调节，画面可自动呈现最高温、最低温和平均温度，图片传至后台可自动对拍摄部位进行框图并自动读取红外温度。

无人机的角色主要是补充高清视频和机器人的可见光巡视和红外测温盲区，完成变电站内目标间隔的中高处设备部件自主巡检，重点包括高处引线接头、绝缘子、门型构架、半高层设备、主变顶部等站内设备和建筑物[3]。

原3 类前端感知设备分属3 个独立平台管理控制，通过系统资源整合，目前3 类远程智能巡视设备均已接入智能巡视管理服务器中部署的远程巡视系统。通过远程巡视系统调用变电站内不同的前端感知设备进行联合巡检，也实现了与PMS 系统的双向贯通。巡视过程中可以实时查看3 类智能巡视设备各自的巡视进度，每个点位的巡视结果可实时推送上窗，当巡视点位异常时可对异常实时查看，人工进行确认。

2 智能联合巡检策略

为提升智能联合巡检实用化程度，依据国家电网（运检/3）828—2017《国家电网公司变电运维管理规定（试行）》规程规定，结合设备运维实际，将设备巡视需求分为3 个类别，具体如下。

设备巡视需求类别Ⅰ类（以下简称Ⅰ类）：即设备异常风险性大、设备巡视需求高的设备。设备Ⅰ类点位列入每次例行巡视，机器巡检失败，应由人工确认（优先通过远程方式确认）。

设备巡视需求类别Ⅱ类（以下简称Ⅱ类）：即设备突发异常可能性低、异常风险性低，可采用差异化巡检周期，但须在特定时段开展专项巡视的设备。设备Ⅱ类点位在技术条件满足的情况下开展专项巡视，不列入例行巡视要求，机器巡检盲区或巡检失败点位，可由下次人工巡视时确认。

设备巡视需求类别Ⅲ类（以下简称Ⅲ类）：即设备异常发展可能性低或具备其他远方评价手段，可采用差异化巡视周期的设备。设备Ⅲ类点位智能巡视不做要求，由人工巡视时确认。

对于Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类巡视点位，变电站内Ⅰ类巡视点位应满足100%巡视覆盖；Ⅱ类巡视点位也应满足100%巡视覆盖，可结合现场实际情况对部分Ⅱ类巡视点位进行调整；Ⅲ类巡视点位在符合现场实际情况下应满足最大化巡视覆盖。

为满足巡视点位覆盖区要求，智能联合巡检点位设置综合考虑设备类型、巡视类型、现场设备和道路布置方式等因素，满足室内外一次设备、二次设备及辅助设施巡视全覆盖要求，包括设备外观、表计、状态指示、变压器（电抗器）声音、二次屏柜、设备及接头测温、变电站周界、出入口、主控室、蓄电池室、保护室、消防室、电缆层等。

依托智能联合巡检系统配备的3 类巡视点位，运维人员可根据不同巡视类别、不同巡视对象合理选择巡视点位，配置智能联合巡检方案，巡检方案包括例行巡视、专项巡视（充油设备巡视、SF6设备抄表专项巡视等）、特殊巡视（恶劣天气前后特巡、重要间隔保电特巡等）。

变电站各类智能联合巡检方案总体遵循“机巡为主、人巡为辅”的原则，考虑机器巡视各类终端（机器人、无人机、高清视频）特性，如天气适应性、续航能力、配属摄像头功能特性、自身工作稳定性、对运行设备安全影响等。联合巡检系统总体要求为：

恶劣天气减少机器人参与巡视频率，杜绝无人机参与巡视，夜间巡视应尽量减少无人机巡视；

红外测温以机器人巡视为主，无人机为辅；

常规可见光巡视以高清视频为主，无人机、机器人为辅；

主变区域、站内高处架构、一次设备顶端、站内高视角全景巡视等以无人机为主（具体以各电压等级变电站实际情况而定）；

高清视频、机器人巡视按点位匹配，无人机巡视按完整或部分区域做连贯匹配；

有条件的变电站，应适当考虑重点部分巡视同时匹配一主一备2 种机巡点位作为互补，互补原则为视频系统>机器人>无人机；

各站须根据实际情况，梳理机巡盲区，并具体明确人工巡视具体补充点位；

为了最大限度地实现机巡，减少人工巡视工作量，人机协同巡视应遵循人工巡视应在机巡任务完成后启动开展的原则，人工巡视内容及点位应包括机巡盲区、机巡异常点位、机巡缺陷及告警复核等。

3 应用成效

3.1 变电站巡视由人工巡视向机器巡检方式改变

运检队伍面临总量缺员和结构性缺员并存的严峻形势，人员老龄化严重，设备规模持续增长与巡检人员相对不足之间的矛盾日益突出；传统人工巡检作业受地形条件、环境因素、人员素质等多方面因素制约，存在巡检效率低、巡视范围不全面等问题。通过变电站智能联合巡检替代目前人工例行巡视、特殊巡视，改变以人工巡检为主的电网运检模式，这样运维人员可将更多精力投入到现场安全管控、精益运维、分析诊断等全业务核心班组建设工作中，也缓解了设备规模持续增长与巡检人员相对不足之间的矛盾。

3.2 提升变电站巡视效率

传统的变电站巡视流程为运维人员驱车到达变电站后在变电站设备下方巡视通道上利用人眼、望远镜或红外测温仪实施检测，巡视结束后回到主站进行巡视记录登记、缺陷填报，实现巡视流程闭环。整个巡视流程复杂、耗时长，利用变电站智能联合巡检，不仅可节约人员来回路程，还能同时调用多个高清摄像头、机器人和无人机对不同设备同时开展巡视，巡视效率得到显著提升。从2022 年9 月开始，厦门供电公司利用变电站立体联合巡检进行变电站例行巡视，统计表明，220 kV 变电站的巡视时间由原来人工巡视123 min 下降到43 min，节省时间80 min；110 kV 变电站的巡视时间由原来人工巡视72 min 下降到27 min，节省时间45 min。

3.3 避免人工巡检盲区

人工巡检时人员主要在巡视通道上对设备进行检测，受限于检测距离、角度等因素，人工巡检时对于部分设备部件常存在“死角、盲区”，特别是变电站上方主变附属平台、半高层设备、龙门架悬式绝缘子等高处设备。变电站立体联合巡检可调用无人机针对人工、机器人等地面巡视手段无法检测清楚的点位检测，立体联合巡检还能针对地面巡视薄弱点开展避雷针、绝缘子、半高层等站内高处设备顶部周期性巡视和红外测温等。

3.4 打破系统壁垒，实现巡视全流程数据贯通

高清摄像头、机器人、无人机3 类智能巡视设备原先都有各自的一套巡检系统，PMS 系统与高清摄像头、机器人、无人机这3 类智能巡视系统存在技术壁垒，系统之间各自为战，巡检效率低。变电站智能联合巡检系统引入智能巡视管理服务器作为数据中转站，实现与PMS 系统的双向数据贯通，3类智能巡视通过局域网交换机接入远程智能巡视主机。智能联合巡检体系实现PMS 系统、辅控系统、机器人系统、无人机系统多系统横向数据贯通，具备变电站智能巡视任务全流程闭环管控能力，如图2 所示。

图2 巡视全流程数据贯通

3.5 构建图像样本库，提升图像识别率

原变电站图像智能识别率较低，通过搭建图像分析服务器收集各变电站巡视可见光和红外测温图谱，构建图像样本库，不断迭代智能识别算法，提高设备缺陷等识别精度和研判水平，提升智能识别准确率。对于变电站内油位、SF6表计等识别率低的点位可配置多机型同时巡检进行非同源冗余识别。目前，变电站内巡检设备整体的图像识别率由原来的50%提升至80%以上，鸟窝、飘浮物、外观损坏、渗漏油等设备外观缺陷识别准确率90%以上，如图3 所示。

3.6 提升变电站设备巡视覆盖率

原变电站智能巡视系统通常只采用高清摄像头进行巡检，受高清摄像头安装数量、位置的影响，变电站内Ⅰ类点位及部分重要的Ⅱ类无法智能巡检全覆盖。为提升变电站内智能巡检覆盖面，智能联合巡检配置高清摄像头、机器人和无人机3 类智能巡视设备，通过可见光和红外2 类传感器，对变电站Ⅰ类及部分Ⅱ类重要巡视点位能实现非同源冗余巡视进行多角度覆盖，提升巡视点位识别精准度。目前厦门供电公司立体联合巡视系统均能实现Ⅰ类100%覆盖，Ⅱ类点位80%覆盖。运维人员可根据站内高清摄像头、机器人、无人机的不同拍摄特点，明确各系统的巡检优势和巡检盲区，建立变电站设备巡视点位表。在有重叠的巡视区域，则按照高清摄像头、机器人、无人机的优先顺序配置点位，形成高效、智能的巡检方案。

4 结束语

变电站智能联合巡检是未来变电站的发展方向，利用变电站智能联合巡检系统开展巡视，能大大缩短巡检时间，提高巡检效率，减少人工成本，提高现场工作安全性、供电可靠性，切实保证现场工作安全可靠，提升供电服务质量和公司形象，具有良好的社会效益。