35kV变电站自动巡检系统研究与应用

35kV变电站自动巡检系统研究与应用

张贻俊

（山东省黄金电力公司山东烟台261400）

摘要：目前国内现有的金矿变电站中，大都通过人工的方式定期对金矿变电站设备进行巡视检查或用红外测温手段对设备状态进行监视。巡视结果受工作人员的经验及技能水平影响较大，有可能存在检测不及时、漏检或者误判的情况。同时巡视结束后，人工无法对所得的大量数据进行科学智能的分析，对设备大量的历史数据无法进行综合全方位的比对，不能及时发现隐患而发生事故，对企业造成重大的经济损失。为此进行了自动巡检系统的研发。自动巡检系统预期具有图像识别、温度测量、视频监控、双向语音对讲、环境温湿度检测、数据报表自动生成及分析等功能，能够实现变电站室内外设备全方位、全自主智能巡检和监控，也可以人工操作，获取需要监测设备的重要信息。

关键词：35kV变电站；自动巡检系统；应用

1、35kV变电站自动巡检系统主要内容

1.1图像识别

图像识别软件可根据表计类型分别采用三种方式读取数据，并做相应处理。①指针类表计，读取指针对应数值，与正常数值范围比较，判别是否告警，并形成报表；②位置指示类表计，根据百分比设置上下限，若超限则告警；③数字类表计，直接读取表计数值，并形成报表。若因巡视路径变化，导致摄像头位置偏离，机器人拍摄的照片与正常照片无法比对时，机器人能自动报“未识别”或者“异常”，提示人工干预处理。机器人将每日保存表计巡视照片，跟踪表计数据发展变化，形成分析曲线，如发现明显突变的情况发出信号，运维人员将收到提示信息进行人工核对。

机器人采用三步定位法确定表计的拍摄机位：①利用机器人定位，并运动到表计所在区域；②利用球机的全向旋转性能，将摄像头转动到既定的角度，在三维空间中锁定设备，角度运动误差可控制在0.2°；③由于运动误差和云台误差累积造成的镜头对准偏差，造成表计偏离拍摄图片范围，因此采用视觉伺服技术进行校准，最终使表计位于照片范围的最中央，利用表计识别算法最终输出数字形式的读数。同时，以高清分辨率清晰地显示表计表盘，运维人员可以简便地核对数字输出读数。

1.2温度测量

巡检机器人可以在任何时间，通过红外热像仪对指定点或者全部点的运行设备接头的温度进行测量。当被检测设备超过设定温度值时，机器人能够自动报警，工作人员便可到故障地点实地查看，并采取相应措施。由于机器人灵活的移动性，温度采集的范围可覆盖整个变电站内的相关设备。该设备可对其他低档测温设备不能测量的点进行测量，从而降低运行成本，提高温度测量的灵活性。

在主控室的工作人员可设定巡检机器人的高温报警极限值，当巡检机器人在工作的过程中检测到某个点的温度超过限值后，立即报警，以防止发生事故，造成生命危险。并将这些信息存储到数据库中，为之后的事故处理提供依据。

1.3视频监控

在巡检过程中，巡检机器人通过自身携带的可见光摄像头，可对设备状态和周围环境进行视频图像的采集，并根据工作人员的需要将图像信息经无线网络传回主控室，同时自动记录拍摄地点和设备名称，在主控室的工作人员便可根据图像判断出高压室内的各种电力设备是否安全，及时读取记录相关仪表的参数。当发现高压室内的设备有异常情况，或仪表读数出现二义性时，工作人员可在第一时间查清问题原因，并采取相应措施。

1.4双向语音对讲

当高压室内设备发生复杂或者非常规问题时，现场工作人员不能解决时，通过轨道式巡检机器人的视频设备和语音设备可实现现场工作人员与远端专家的及时交互，由专家来指导和监督现场工作人员，实现正确规范的操作，有助于问题的现场解决。交互式对讲指挥功能采用双向对讲广播，支持双向对讲和录音回放，完全满足主控室和现场的音视频实时交流。

1.5环境温湿度检测

高压室内设备对于工作环境温度有较高的要求，温、湿度等都会对设备能否正常工作及使用寿命产生巨大的影响。轨道式巡检机器人自身携带环境温湿度检测模块，可以随时对高压室内的空气环境与温湿度进行分析并得出结果，也可人工设置报警的限值，包括低温、高温报警限值，湿度报警限值，超过限值后立即报警。

2、35kV变电站自动巡检关键技术

2.1图像识别技术研究

对检测装置采集到的表计图像，需要应用到图像识别技术，对表计的读数（指针式或者数字式）进行自动采集识别，并判断是否存在异常运行情况，自动记录和判断，发出报警。图像识别视觉算法使用SuroSearchMax技术对图像中的目标区域进行配准与提取，而后通过模式识别技术对仪表进行识别与读数判别。

2.2数据分析技术研究

①以智能检测硬件装置为基础，用于采集设备的各项运行数据和环境数据。②以数据处理和分析为手段，提供变电站设备数据运行中实时数据的存储与计算、实时数据与处理数据交换、数据可视化等。③以建立设备运行数据平台为目标，提供实时数据和历史归档功能，可快速查询到系统中所有信息点的当前状态，依据过程数据特点对历史数据进行压缩，并储存在归档中，供应用快速调用。通过以上三种方式实现对变电站全面的数据分析和管理。

3、35kV变电站自动巡检系统组成

系统由集成系统（后台及外围设备）及智能轨道式巡检机器人组成，而智能轨道式巡检机器人主要由控制中心、电机驱动、轨道总成、升降机构等四大部分组成。

3.1硬件开发

①控制中心是本系统的核心单元，由高性能嵌入式CPU、存储单元、通讯接口、控制输出单元、数据采集单元等组成，实现控制输出、信号采集、数据通讯、状态存储、程序智能等功能。②电机驱动分为步进电机控制电路和直流电机控制电路两种，都分为水平移动电机控制和垂直升降电机控制两部分，实现电机正反转控制、速度控制、定位控制等功能。③轨道总成是实现轨道机运行轨迹的载体，可以实现轨道机直线运行、转弯变道、无缆供电、通讯传输等功能。④升降机构是可选部件，实现挂载设备垂直运动，实现更大范围和更高精度的定位。⑤接口控制箱是作为供电输入、通讯接口用，主要实现无线有线传输、供电接入等功能，是后台系统与本系统的接入设备，实现本系统接入第三方系统的电气连接和协议转换等功能。⑥电源模块是作为整台设备及挂载设备供电的单元，可提供各种要求的电源输出，如AC220V、AC48V、AC24V、DC24V、DC18V、DC12V等。⑦挂载板是提供挂载设备安装的接口板，适应不同设备的安装挂载。

3.2软件开发

系统后台软件包括图像识别软件、红外温度测量软件、温湿度监测、机器人控制软件等。本系统可以作为一台智能设备接入智能集成平台，通过网络TCP/IP协议或RS485PTZ协议控制运行，通过挂载不同的设备实现不同巡检功能要求，如云台摄像机、半球摄像机、智能球机、360度鹰眼摄像机或多台摄像机等。

结语

自动巡检系统在金矿35kV变电站高压室的推广使用，可有效提高工作效率、降低工作成本、加强作业安全性，并具有可观的经济效益和社会效益。①自动巡检系统可替代人工完成金矿变电站高压室的巡视工作，从而减轻了巡检人员的工作强度，降低企业的人力资源成本投入。②自动巡检系统可减少因人员疏忽、漏检等带来的设备损失，降低了由于生产运行人员的整体素质的差异导致的安全生产运行风险。在发生故障时，能快速预警，为事故处理提供初步参考信息，有效保障设备安全可靠运行，提高安全生产工作效率和质量。

参考文献：

[1]张贺军.面向状态检修的变电站智能巡检系统研究[D].华北电力大学，2013.

[2]赵登洋.输电线路智能巡检系统的开发及应用窥探[J].科技风，2013，23：102.