淺談基于電氣高壓室機器人巡檢監(jiān)控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析的應用研究
更新時間：2021-12-21
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淮亞利
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(xiàn)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(fā)現(xiàn)，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；論文研究創(chuàng)新一種新的方法，通過機器人巡檢監(jiān)控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)采集、分析、4V特征判斷、云計算對設備實行24小時動態(tài)監(jiān)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(shù)據(jù)分析；應用研究
1 巡檢監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)背景
（一）基于電氣高壓室機器人巡檢監(jiān)控系統(tǒng)，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(jiān)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(jiān)控云平臺是機器人巡檢出來設備隱形缺陷大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)采集、分析、4V 特征判斷、云計算，使用無線通信傳輸?shù)奖O(jiān)控室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)云平臺，繪制圖形；高壓室內(nèi)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(jiān)控系統(tǒng)檢測模塊
（一）基于電氣高壓室機器人巡檢監(jiān)控系統(tǒng)，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(shù)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(wǎng)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(jiān)控系統(tǒng)表現(xiàn)為4 各方面，即所謂 4V 特征：
1. 數(shù)據(jù)量巨大（Volume）。一般超過 10TB 的數(shù)據(jù)為大數(shù)據(jù)。
2. 數(shù)據(jù)類型多（Variety）。通常將數(shù)據(jù)分為 : 結構化、半結構化、非結構化 3 類。結構化數(shù)據(jù)如數(shù)據(jù)庫；非結構化數(shù)據(jù)如文本、圖片、音頻和視頻等；半結構化數(shù)據(jù)如 HTML文檔含 1種以上數(shù)據(jù)存儲器結構既可認為類型多。
3. 數(shù)據(jù)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(tǒng)指滿足“1s 定律”，既在秒級時間范圍內(nèi)處理數(shù)據(jù)，為云計算獲得高價值信息。數(shù)據(jù)快速變化是電氣高壓室設備交流電的基本特征。
4. 數(shù)據(jù)價值密度低（Value）。隱藏在大數(shù)據(jù)背后的 有價值信息，只有通過有效挖掘提取才能發(fā)揮數(shù)據(jù)作用。 數(shù)據(jù)價值的非空性，是數(shù)據(jù)可被利用的表現(xiàn)。如果電氣 高壓室機器人巡檢控制系統(tǒng)無任何價值，研究電氣高壓 室機器人監(jiān)測控制系統(tǒng)將失去意義。電氣高壓室機器人 監(jiān)測控制系統(tǒng)，增設了廣域測量系統(tǒng)有效地填補 4V 特征 缺點，使得機器人發(fā)揮較大作用。
圖 1 為電氣高壓室機器人巡檢監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)，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(guī)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(shù)據(jù)信息在移動終端經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析，準確分析設備隱患原因，并電腦或者手機上實現(xiàn)同步化顯示，便于工作人員對電氣高壓室的遠程監(jiān)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(xiàn)有技術實現(xiàn)。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(shù)據(jù)，經(jīng)過服務器對采集來的大數(shù)據(jù)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(tài)曲線，直觀的看到設備隱蔽缺陷，及時處理。
3 巡檢監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場應用
（一）機器人通過動態(tài)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(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控云平臺，經(jīng)過服務器對大數(shù)據(jù)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(tài)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(tǒng)經(jīng)過大數(shù)據(jù)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(xiàn)”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(shù)據(jù)進行分析、處理、云計算。處理電路采用現(xiàn)有的單片機。GPS 定位電路實現(xiàn)機器人本體的定位，實現(xiàn)高壓室設備在 24 小時內(nèi)動態(tài)監(jiān)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(wǎng)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(nèi)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(shù)據(jù)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(shù)作比較、分析，當溫度高于設定的安全閾值，GPS 定位電路將當前的位置信息發(fā)送到處理電路，處理電路發(fā)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(xiàn)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：
按照電網(wǎng)公司的統(tǒng)計，10kV及以上供電電壓等級的工商業(yè)用戶有200萬戶以上，此類“用戶側變配電所”產(chǎn)權歸電力用戶所有（工商企業(yè)、住宅小區(qū)、學校、醫(yī)院等），雖然數(shù)量眾多，但是日常的運行維護工作比較傳統(tǒng)，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(guī)范、巡檢缺陷缺乏閉環(huán)跟蹤；
安全隱患：有些用電單位無專業(yè)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(xiàn)場確認；
運行大數(shù)據(jù)缺少分析：有些用戶未有數(shù)據(jù)匯總分析平臺，甚至未安裝電力儀表導致運維人員對現(xiàn)場電力參數(shù)信息不了解，無法確定電力系統(tǒng)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(tǒng)一接入變電所現(xiàn)場的邊緣計算網(wǎng)關，經(jīng)邊緣計算網(wǎng)關將數(shù)據(jù)封裝、壓縮、加密后上傳至云平臺。實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動；實現(xiàn)用戶側變配電所的24小時無人值守，全面監(jiān)測各配電回路運行狀態(tài)，即時定位故障，降低安全風險。通過手機APP下發(fā)運維任務到zhi定人員手機上，并通過GPS跟蹤運維執(zhí)行過程。將企業(yè)集團/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應速度，即時發(fā)現(xiàn)運行缺陷并做消缺處理。為售電企業(yè)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(lián)網(wǎng)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(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)口接口；
故障錄波功能：保護動作時觸發(fā)錄波，可以記錄故障前8個周波后四個周波的數(shù)據(jù)；
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(lián)、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(lián)/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(tài)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(nèi)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(shù)統(tǒng)計；
RS485串行通訊接口；
開關柜節(jié)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(huán)網(wǎng)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(xié)議實現(xiàn)組網(wǎng)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(shù)、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(jiān)測：2-63次分次諧波、總（奇、偶）諧波測量、電壓波峰系數(shù)、電話波峰因子、電流K系數(shù)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(lián)報警內(nèi)容；
SD卡存儲功能：用于電參量、電能、諧波等數(shù)據(jù)定時存儲，波形存儲等功能。
應用
適用于電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈等需要電力監(jiān)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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)計；
準確級精度：有功0.5S；
電流信號接入：直接接入10（80)A 經(jīng)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(xié)議。
應用
適用于政府和大型公建中對電能的分項計量，也可用于企事業(yè)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(tǒng)計、總正反向無功電能統(tǒng)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(guī)格：100A輸入 ，經(jīng)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(jiān)測、集抄和管理，可靈活安裝在配電箱中，可用于電力運維、環(huán)保監(jiān)管等在線監(jiān)測類平臺中。
ARCM300系列電氣火災監(jiān)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(shù)、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(yè)、消防單位以及石油化工、文教衛(wèi)生、金融、電信等領域。
ANET智能網(wǎng)關
功能
數(shù)據(jù)采集（支持串口、以太網(wǎng)，只需配置即可兼容支持標準電力規(guī)約的各類儀表）；
數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)）；
邊緣計算（靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數(shù)據(jù)合并計算、斷點續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密、4G路由）；
遠程管理（遠程配置、遠程升級、遠程監(jiān)視）。
應用
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能耗系統(tǒng)平臺、電力需求側管理平臺、第三方云平臺、預付費系統(tǒng)、運維系統(tǒng)平臺、電力監(jiān)控平臺、能源綜合管理平臺。
4.7云平臺現(xiàn)場應用圖片
展廳現(xiàn)場 運維團隊 采集箱內(nèi)部圖
高配現(xiàn)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(yè)提供線上運維服務平臺，實時集中監(jiān)測所有變電所用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動。
將企業(yè)集團/高等院校內(nèi)廣泛分布的變電所集中統(tǒng)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(lián)網(wǎng)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(yè)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(jiān)控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)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(nèi)電氣設備實行 24 小時動態(tài)監(jiān)測，對設備隱蔽缺陷經(jīng)過大數(shù)據(jù)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(jiān)控系統(tǒng)中電氣元件連接處接觸不良，把采集來大數(shù)據(jù)分析、處理在云平臺可視化顯示溫度讀數(shù) , 及時處理，節(jié)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(jīng)價值工程理論 [1] 來看，一定范圍內(nèi)設備的生產(chǎn)成本與使用及維護成本存在消彼長關系。經(jīng)過電氣高壓室使用電氣高壓室機器人巡檢監(jiān)控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分。析，高壓室設備平均使用成本低處于 F0，經(jīng)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(jiān)控系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析的應用研究，大大的提高高壓室?guī)щ娫O備供電可靠性。
（四）電氣高壓室機器人巡檢監(jiān)控系統(tǒng)利用云平臺將通過大數(shù)據(jù)“一鍵分析”“一圖呈現(xiàn)”實現(xiàn)電氣高壓室內(nèi)設備的隱蔽缺陷實時監(jiān)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(shù)據(jù)特征分析及應用策略[J].電網(wǎng)技術,2017,41(1):157-163.
[2]張國清.基于電氣高壓室機器人巡檢監(jiān)控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析的應用研究[J].信息系統(tǒng)工程,2020(7):28-29.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介
淮亞利，女，現(xiàn)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。
