案例詳情
淺談基于電氣高壓室機器人巡檢監控系統大數據分析的應用研究
日期：2024-09-23 12:33
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摘要：隨著電力設備運行的可靠性提高，開閉所高壓室設備運行時間越大，出現隱形缺陷的幾率越來越大，部分隱形缺陷巡視人員難以用眼睛發現，易造成大面積停電事故，運維人員又無法隨意進入高壓室巡視；論文研究**一種新的方法，通過機器人巡檢監控系統大數據采集、分析、4V特征判斷、云計算對設備實行24小時動態監測，準確確定設備隱蔽缺陷原因，及時處理，保證開閉所高壓室設備正常運行，大大提高帶電設備供電可靠性。
張娟
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：隨著電力設備運行的可靠性提高，開閉所高壓室設備運行時間越大，出現隱形缺陷的幾率越來越大，部分隱形缺陷巡視人員難以用眼睛發現，易造成大面積停電事故，運維人員又無法隨意進入高壓室巡視；論文研究**一種新的方法，通過機器人巡檢監控系統大數據采集、分析、4V特征判斷、云計算對設備實行24小時動態監測，準確確定設備隱蔽缺陷原因，及時處理，保證開閉所高壓室設備正常運行，大大提高帶電設備供電可靠性。
關鍵詞：變電所高壓室；機器人巡檢；大數據分析；應用研究
1 巡檢監控系統研發背景
（一）基于電氣高壓室機器人巡檢監控系統，包括機器人巡檢單元，與機器人巡檢單元無線通信連接的監控云平臺；云平臺與無線通信連接的移動終端，處理模塊與云平臺無線通信連接。
（二）云平臺包括服務器以及與服務器連接的附件設備及監控云平臺是機器人巡檢出來設備隱形缺陷大數據，大數據采集、分析、4V 特征判斷、云計算，使用無線通信傳輸到監控室內監控系統云平臺，繪制圖形；高壓室內云平臺由：斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器、電纜頭、母排六塊云平臺，以及附件設備包括輸入設備、顯示器以及報警器組成。
2 巡檢監控系統檢測模塊
（一）基于電氣高壓室機器人巡檢監控系統，檢測模塊包括距離傳感器和溫度探測器。
（二）處理模塊包括預處理電路、定位電路以及處理電路。預處理電路包括放大電路、濾波電路、模數轉換電路，處理模塊還包括與處理電路連接的存儲器。處理電路通過移動通信模塊或者以太網模塊與云平臺無線通信連接。
（三）基于電氣高壓室機器人巡檢監控系統表現為4 各方面，即所謂 4V 特征：
1. 數據量巨大（Volume）。一般超過 10TB 的數據為大數據。
2. 數據類型多（Variety）。通常將數據分為 : 結構化、半結構化、非結構化 3 類。結構化數據如數據庫；非結構化數據如文本、圖片、音頻和視頻等；半結構化數據如 HTML文檔含 1種以上數據存儲器結構既可認為類型多。
3. 數據變化快速（Variety）基于電氣高壓室設備交流電流隨時間成正弦變化速度，籠統指滿足“1s 定律”，既在秒級時間范圍內處理數據，為云計算獲得高價值信息。數據快速變化是電氣高壓室設備交流電的基本特征。
4. 數據價值密度低（Value）。隱藏在大數據背后的 有價值信息，只有通過有效挖掘提取才能發揮數據作用。 數據價值的非空性，是數據可被利用的表現。如果電氣 高壓室機器人巡檢控制系統無任何價值，研究電氣高壓 室機器人監測控制系統將失去意義。電氣高壓室機器人 監測控制系統，增設了廣域測量系統有效地填補 4V 特征 缺點，使得機器人發揮較大作用。
圖 1 為電氣高壓室機器人巡檢監控系統的結構框圖示意圖
圖 1 所示了一種電氣高壓室機器人巡檢監控系統，包括機器人巡檢單元，機器人巡檢單元包括機器人本體、設置于機器人本體的檢測模塊、設置于機器人本體并與檢測模塊連接的處理模塊，機器人本體能夠按照規定路線重復巡邏，還包括與機器人巡檢單元無線通信連接的云平臺以及與云平臺無線通信連接的移動終端。為此，云平臺各模塊的數據信息在移動終端經過大數據分析，準確分析設備隱患原因，并電腦或者手機上實現同步化顯示，便于工作人員對電氣高壓室的遠程監控。機器人本體包括行走機構和用于驅動行走機構動作的驅動電機。其中，行走機構在驅動電機的驅動下沿輸電線路行走，便于巡檢，當然驅動電機均由處理電路控制，并且行走機構均可采用現有技術實現。所述處理模塊與云平臺無線通信連接，云平臺包括服務器以及與服務器連接的附件設備，采集來各種數據，經過服務器對采集來的大數據處理、分析、云計算，設備隱蔽缺陷在云平臺顯示各類設備狀態曲線，直觀的看到設備隱蔽缺陷，及時處理。
3 巡檢監控系統現場應用
（一）機器人通過動態巡視利用超聲波局部放電和無線通信連接的移動終端，把采集來大數據傳輸到監控云平臺，經過服務器對大數據處理、分析，形成可視化的曲線圖，使用遙控器點擊云平臺設備顯示曲線，可以判斷設備隱形缺陷，因采取措施，確保設備隱形缺陷在
萌芽狀態處理，大大減少因設備隱蔽缺陷造成高壓室設備跳閘，影響用電客戶正常用電。
（二）電氣高壓室機器人巡檢控制系統經過大數據處理、分析、云計算，準確在云平臺上繪制設備隱蔽缺陷曲線圖，可在云平臺“一圖呈現”并可視化展示。
（三）處理模塊包括預處理電路、GPS 定位電路以及處理電路。預處理電路的輸入端與距離傳感器和溫度探測器的輸出端連接，輸出端和 GPS 定位電路分別與處理電路連接，處理電路與云平臺無線通信連接，對大數據進行分析、處理、云計算。處理電路采用現有的單片機。GPS 定位電路實現機器人本體的定位，實現高壓室設備在 24 小時內動態監測，確保高壓室設備可靠運行。
（四）處理電路通過移動通信模塊或者以太網模塊與云平臺無線通信連接。其中，移動通信模塊可以采用 GPRS 模塊、4G 模塊或 5G 模塊。機器人沿著電氣高壓室人行道尋測，紅外線測溫儀對電氣高壓室內開關、倒閘、電纜終端頭、變壓器、互感器、絕緣子進行溫度信息的檢測，檢測數據通過紅外線測溫儀傳送給處理電路，并與連接處理電路的存儲器中設定的參數作比較、分析，當溫度高于設定的**閾值，GPS 定位電路將當前的位置信息發送到處理電路，處理電路發送位置信息云平臺并對當前位置進行標記，移動終端也可以從云平臺接收到位置信息。若絕緣子溫度過高，那么有可能是積塵過多，存在污閃等現象，需要工作人員進行細致的排查。
4 安科瑞變電所電力運維云平臺介紹及選型
4.1 云平臺概述：
按照國家電網公司的統計，10kV及以上供電電壓等級的工商業用戶有200萬戶以上，此類“用戶側變配電所”產權歸電力用戶所有（工商企業、住宅小區、學校、醫院等），雖然數量眾多，但是日常的運行維護工作比較傳統，普遍存在以下痛點：
人工成本高：人工巡視、紙質記錄、電話溝通，缺乏智能化的手段
工作效率低：巡視頻率低、巡檢任務無法定位、巡檢過程不標準規范、巡檢缺陷缺乏閉環跟蹤；
**隱患：有些用電單位無專業維護電工、無法即時排查電氣隱患、隱蔽工程隱患檢查難等難題；
搶修時間長：變電所設備種類較多，在分布上也比較分散，無法即時識別和定位故障信息，需要用戶通知后到現場確認；
運行大數據缺少分析：有些用戶未有數據匯總分析平臺，甚至未安裝電力儀表導致運維人員對現場電力參數信息不了解，無法確定電力系統是否正常運行。
4.2 應用場所
4.3 云平臺架構
我司的運維平臺綜合運用綜合保護裝置、多功能電力儀表、母排及線纜測溫裝置、變壓器溫控儀、視頻攝像頭、水浸煙霧、溫濕度、門磁等多種傳感器統一接入變電所現場的邊緣計算網關，經邊緣計算網關將數據封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線上線下聯動；實現用戶側變配電所的24小時無人值守，**監測各配電回路運行狀態，即時定位故障，降低**風險。通過手機APP下發運維任務到指定人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執行過程。將企業集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理，提高運維效率、提高故障響應速度，即時發現運行缺陷并做消缺處理。為售電企業提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；響應泛在電力物聯網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備。
4.4云平臺功能
4.5云平臺配置方案
4.6產品介紹
AM5SE系列微機綜合保護裝置
功能
保護功能：主變差動保護功能、主變后備保護、三段式過流帶方向帶電壓閉鎖、三段式過流、零序電流保護、過電壓；
低電壓保護、大功率電機保護、高壓電動機綜合保護、PT并列功能、非電量保護、并網逆功率保護、檢同期功能；
測量功能：保護電流、測量電流、零序電流、母線電壓、零序電壓4-20MA輸出、直流測量；
通訊功能：提供RS485通訊接口，RS232維護接口，IRIG-B對時接口、USB升級接口，RJ45網口接口；
故障錄波功能：保護動作時觸發錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數據；
控制回路：自帶操作回路，防跳功能；
GPS校時功能：提供時鐘同步接口，接收GPS校時信號。
應用
35kV及以下電壓等級的變配電站及設備的保護測控功能，至少包括35kV進線/主變壓器（一般容量2000kVA以上）/PT/母聯、10kV進線/饋線/配電變壓器（一般容量2000kVA以下）/高壓電動機/高壓電容器/母聯/PT等設備的保護和自動控制功能。
ASD300系列智能操控裝置
功能
一次動態模擬圖指示及自檢帶電顯示、閉鎖及自檢；
核相、強制加熱、強制照明；
語音防誤提示；
人體感應及柜內照明、已帶電語音播報；
分合閘、遠方就地、儲能轉換開關；
分合閘回路完好指示/電壓測量；
預分預合閃光指示；
斷路器分合次數統計；
RS485串行通訊接口；
開關柜節點無線測溫；
全電參量測量。
應用
35KV高壓及以下中置柜，手車柜，環網柜。
ARTM-Pn無線測溫裝置
功能
接收60個ATE100/200/300/400；
3U3I電參量測量；
實時測溫功能；
RS485通訊接口，通過標準的MODBUS RTU協議實現組網功能；
具備自檢功能；
超溫、高溫、相間溫差報警、溫度突變量告警功能。
應用
變電站、配電室、箱變等。
APM810系列多功能電力儀表
功能
準確度等級：有功電能0.5S級，無功電能2級；
測量功能：三相電壓、三相電流、分相及總有功功率、分相及總無功功率、分相及總視在功率、分相及總功率因數、頻率、需量；
電能計量：分相及總雙向電能、四象限無功電能；
電能質量監測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數、電話波峰因子、電流K系數測量；
輸入輸出：2路開關量輸出（選配MD82模塊可擴至8路）；
及2路開關量輸入（選配MD82模塊可擴至26路），開關量輸出；
可配置為報警輸出或遠程遙控，DO用作報警輸出時可自由關聯報警內容；
SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數據定時存儲，波形存儲等功能。
應用
適用于電力系統、工礦企業、公用設施、智能大廈等需要電力監控的場合。
DTSD1352導軌式電能表
功能
測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無功電能統計；
準確級精度：有功0.5S；
電流信號接入：直接接入10（80)A 經CT接入1（6）A；
電壓信號：100V 380V；
通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通訊協議。
應用
適用于政府機關和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業單位作電能管理考核。
ADW300無線智能儀表
功能
測量功能：三相電流、電壓、功率、頻率、總正反向有功電能統計、總正反向無功電能統計；
電能質量：電壓、電流不平衡度，電壓、電流總諧波及2-31分次諧波；
需量：電流、功率需量及實時電流，功率需量；
準確級精度：0.5s級 ADW300外置互感器型1級；
電流信號規格：100A輸入 ，經互感器輸入，二次互感接入；
通訊方式：RS485、 LORA無線通訊、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊。
應用
ADW300方便用戶進行用電監測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、環保監管等在線監測類平臺中。
ARCM300系列電氣火災監控儀表
功能
測量：單回路剩余電流、4路溫度、電壓、電流、功率、頻率、功率因數、視在電能、四象限電能；
保護：剩余電流、溫度、過流等；
報警：聲光報警，支持消音、復位操作；
開關量：1路繼電器輸出、4路開關量輸入；
通訊方式：RS485、NB-IOT無線通訊、4G無線通訊。
應用
適用于智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業、國家消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。
ANET智能網關
功能
數據采集（支持串口、以太網，只需配置即可兼容支持標準電力規約的各類儀表）；
數據上傳（支持往上海分類分項能耗平臺、寧夏電力需求側平臺、江蘇電力運維平臺、浙江電力運維平臺上傳數據）；
邊緣計算（靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數據合并計算、斷點續傳、數據加密、4G路由）；
遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監視）。
應用
泛在電力物聯網、能耗系統平臺、電力需求側管理平臺、第三方云平臺、預付費系統、運維系統平臺、電力監控平臺、能源綜合管理平臺。
4.7云平臺現場應用圖片
展廳現場 運維團隊 采集箱內部圖
高配現場 門磁安裝 煙感安裝
槍機安裝 漏水檢測安裝 低壓柜儀表
4.8平臺價值
為電力運維企業提供線上運維服務平臺，實時集中監測所有變電所用電情況、統一調度運維巡檢安排，線上線下聯動。
將企業集團/高等院校內廣泛分布的變電所集中統一管理，提高運維效率、提高故障響應速度；
響應泛在電力物聯網的政策，增加客戶粘性，為后期的增值服務開展做準備；
為售電企業提供電能集抄服務，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核。
4.9訪問方式
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4.10 典型案例
5 結語
（一）電氣高壓室機器人巡檢監控系統大數據分析，成本低、操作便捷、維護簡單、易于推廣，可對電氣高壓室內電氣設備實行 24 小時動態監測，對設備隱蔽缺陷經過大數據分析、處理繪制圖形，可視化展示。
（二）電氣高壓室機器人巡檢監控系統中電氣元件連接處接觸**，把采集來大數據分析、處理在云平臺可視化顯示溫度讀數 , 及時處理，節省勞動量，提高高壓室設備自然壽命和技術壽命。
（三）從設備的經價值工程理論 [1] 來看，一定范圍內設備的生產成本與使用及維護成本存在消彼長關系。經過電氣高壓室使用電氣高壓室機器人巡檢監控系統大數據分。析，高壓室設備平均使用成本低處于 F0，經濟效益好，高壓室設備使用成本處于較低值。因此采用電氣高壓室機器人巡檢監控系統的大數據分析的應用研究，大大的提高高壓室帶電設備供電可靠性。
（四）電氣高壓室機器人巡檢監控系統利用云平臺將通過大數據“一鍵分析”“一圖呈現”實現電氣高壓室內設備的隱蔽缺陷實時監測與分析策略管理，解決制約電力設備隱蔽缺陷“剩余后一公里”問題，提高設備運行能力。
參考文獻
[1]宋墩文,溫渤嬰,楊學濤,劉道偉,劉英志,馬世英,李柏青.廣域量測信息大數據特征分析及應用策略[J].電網技術,2017,41(1):157-163.
[2]張國清.基于電氣高壓室機器人巡檢監控系統大數據分析的應用研究[J].信息系統工程,2020(7):28-29.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介
張娟，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為變電所電力運維云平臺。
