基于智能巡视终端的运维生产模式管理变革研究

王 磊 张礼波 付同福 谭小龙 周金桥

（1.贵州电网有限责任公司六盘水供电局 2.武汉映瑞电力科技有限公司）

0 引言

随着经济发展和人民生活水平的提高，社会用电量不断提升，电网覆盖面积逐渐扩大，国家对电网的投资金额也逐年增加，2022年已超过5000亿元，这对电网运行稳定性提出更高的要求，且对变电、输电、配电等电力系统各环节的巡检需求进一步提高。而电力系统的安全稳定对国民经济的发展起着无可替代的作用，任何一个环节发生事故，都可能带来连锁反应，造成大面积的停电、主设备损坏甚至全网崩溃的灾难性事故。由此可见，变电站作为连接主干网络和配电网的关键节点，应当保证其正常运行，并维护整个电力系统的安全稳定。目前，电力公司仍主要采用传统的人工巡检方式，即利用人的看、听、闻等感知手段，对电力设备运行状态进行巡视、查验和记录，此种方式存在着人力成本高、巡检手段单一、巡检数据主观性强、效率低、容易漏检错检等问题，逐渐无法满足准确、实时、高频率的电力设备巡检需求。加之继电保护自动化系统结构复杂、技术密集，变电二次系统的各类现场作业风险高、效率低下，且受限于现场作业人员的个人技术水平等条件，近年来继电保护及自动化系统的各类压板误投切、误接线事故频繁出现。人的原因是作业人员的操作失误，人机功效方面的原因是二次系统的设备信息不够明确，导致对作业人员的个人技术水平要求较高［1］。

目前计算机人工智能发展迅速，尤其是近年来图像处理和计算机视觉技术的突破性发展及机器深度学习算法的大规模实际应用，因此将图像处理技术与计算机视觉技术等人工智能技术应用到电力巡检中是智能电网的发展趋势之一。基于计算机视觉处理技术的电力系统二次巡检终端等新技术的应用，可解决人工巡检不足、机器人巡检普适性不高、成本高等问题，并结合计算机的视觉信息协同，可实现作业开工及恢复过程的安全风险管控机制，对继电保护二次安措作业风险控制效率低下、容易出错、执行及恢复过程缺乏多方校核等现象给予解决。

1 基于智能巡视终端运维模式概述

在基于智能巡视终端的运维模式中，主要包含有服务器、工作站、智能巡视终端等网络设备。其中服务器用于运行在线管理系统和数据库管理系统，实现在线业务运行管理和数据集中存储；工作站则用于实现业务系统的数据配置及管理；智能巡视终端用于现场作业，它支持两种作业模式，即在线模式和离线模式。在线模式下，在智能巡视终端进行的数据管理操作可即时提交到服务器，并将服务器响应在终端进行展示，在线模式适合于一些支持无线局域网鉴别和保密基础结构（Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure，WAPI）的变电站内；在不具备在线运行条件的环境下，智能巡视终端还支持离线模式运行，首先从服务器上将数据同步到本地，以离线方式存储，在现场作业时也将作业记录存储到本地，待有网络时将数据同步到服务器上，并同时将离线运行期间服务器上发生变化的数据同步到当前设备上。

作为开展智能运维生产模式管理的主要支撑设备，智能巡视终端主要用于电力系统二次运维作业的相关工作，不仅可以对设备的信息进行查找和收集，还能记录和检查系统中存在的故障，以便快速解决。同时可以帮助工作人员进行各项操作的查询以及维护等工作，因此在开展巡视终端系统的开发时，应要求其在使用上更加人性化与全面化，形成具备系统智能、操作简便、功能齐全、续航时间长、信息安全程度高以及用户友好等特点的巡视终端。

目前系统主要的组成包括数据同步模块、离线图像识别模块、二次安措及安全作业管控模块、二次设备全景可视化模块。其中数据同步模块负责在在线模式下按照一定的策略或者算法将服务器端的数据同步到智能巡视终端，再将智能巡视终端内的离线数据经过一定分析整理后同步到服务器端，以实现运维作业数据的安全集中管控；离线图像识别模块可以识别处理屏柜端子排接线图片和硬压板图片，形成实际数据，并与设计数据或策略数据进行比对；二次安措及安全作业管控模块能实现基于智能巡视终端的二次系统检修作业过程管控；二次设备全景可视化模块具有在智能巡视终端上全景展示变电站二次系统信息的功能，并支持扫码查询、关键字查询、图档资料查看等功能。

2 智能巡视终端的运维生产模式发展现状和应用优势

2.1 发展现状

针对电力二次系统运维巡检及改扩建验收作业的发展现状，多数电力公司要求改变目前过度依赖于个人经验、责任心的作业方式和人工上报、汇通统计分析的管理分析方式，充分利用 “大、云、物、移、智”等现代信息技术和先进通信技术，并开发出智能软件系统，帮助电力公司实现基于智能终端的作业及运行信息的收集与分析。在使用智能巡视终端的运维生产管理过程中，也可实现数据的安全性以及运行全面性，对用户的登录进行验证和加密，构建全方位的个人信息数据库，帮助电力公司开展实时的数据运行和数据发送，形成可视化信息网络，以此加强智能巡视终端的运行与管理［2］。与此同时，在对终端的检查过程中，工作人员也可将需要检查的内容放置在智能终端内，使业务开展更加具备逻辑性与方便性，并构建合理的工作方式，提高内部运行效率和工作质量。在检查工作完成后，工作人员也可在智能巡视终端中找到所需提取的数据信息，最终实现快速与高效的技术支持。除此之外，智能巡视设备也应当对潜在的安全威胁进行实时监督，通过设备对运行数据进行分析，避免终端中的数据被非法泄露，从而提高终端运行的安全性。

2.2 应用优势

智能巡视终端可充分提高电力公司的运维巡检效率和质量，并使后续的维护工作实现无纸化、一体化与自动化发展。在传统的运维生产模式下，需要更多的运维检修人员及远程技术支持，从而浪费较多的时间和人力，而智能巡视终端具备即时以及全面的智能检修辅助模块，可以帮助运维人员在较为复杂的环境中开展运维检修等工作，充分提高工作质量以及工作效率，有效解决传统条件下检修时间过长等问题，从而获得更好的服务支持［3］。同时，智能巡视终端的运维生产模式可对电力公司的运行与发展提供重要帮助，使其形成自动化的信息储存和管理机制，便捷地完成数据共享和交换，并支持多源数据的统计与分析，提高电力公司的工作效率，充分降低人力资源成本，使电力公司内部资源分配更加合理，形成多样化和系统性的发展格局，为新形势下变电站继电保护及自动化系统典型检修作业、变电运行继电保护装置压板周期性巡视工作、新建（扩建）及技改工程的继电保护及自动化验收工作提供参考。

3 新时期智能巡视终端开展管理变革的具体内容

3.1 基于机器视觉技术的图像离线识别

随着人工智能技术的发展，深度学习算法已在计算机视觉领域得到了广泛采用，但目前大多数基于计算机视觉的应用都是使用服务器端对物体进行识别，然后将识别结果发送到请求方，这种方式需要双方使用网络进行通讯。在本研究中采用了离线的方式，即将识别算法置于智能巡视终端内，智能巡视终端拍照后在本地进行识别，减少了对网络的依赖，提高了响应速度。智能变电站屏柜端子接线的巡检可以通过机器视觉识别来完成，把屏柜端子排接线标签、屏柜端子排号、屏柜端子排分组标签等信息在获取的图片中识别出来，并与数据库中的端子排接线信息进行对比校核，生成端子排接线校核报告。变电站屏柜硬压板状态巡检可先通过采集屏柜压板的图片，再通过机器视觉识别获取到压板的状态信息、压板的名称等，然后使用专家策略库对压板状态进行校核，最终给出压板状态的校核报告［4］。

机器视觉识别技术研究的技术路线为：机器视觉识别算法、识别算法小型化收敛以及移动端识别应用。基于机器视觉技术的图像离线识别路线如图1所示。

图1 机器视觉识别技术路线

3.2 专家策略库的变电站二次安全措施及安全作业风险管理

变电站二次系统检修安全措施作为运行设备与检修设备之间的安全防线，对变电站二次系统检修期间保障智能变电站的安全运行具有重要作用。当变电站进行二次系统检修时，容易因安措票编制错误、现场工作安全措施落实不到位而导致运行设备继电保护误动或拒动等重大智能变电站运行事故发生。同时，变电站二次安措在整个工作流程中涉及较多专业种类、工作种类及工作地点等，因此对专业技术人员的责任心和技术水平要求很高，如出现错误，会给变电站设备安全、正常运行、人身安全带来隐患。利用人工智能计算机视觉识别和专家策略库技术，结合安措执行中的安全管控，可以避免人为失误，提升工作效率。在二次系统检修安措票编制完成后，需要将现场勘查中重点的屏柜压板、端子等拍照留存，相关人员需要核对现场照片及安措票内容的完整性和正确性，然后在移动终端上进行手写签审。除此以外，安措票在现场执行过程中，需要对涉及到的屏柜压板、端子进行拍照，利用部署在移动终端上的离线计算机视觉识别软件和专家策略库自动进行安措工作的确认和校核，确认无误后再提交相关专家进行人工二次确认并手写签审。现场检修工作完成后，安措恢复也需要和安措执行同样进行校核和确认，以保证现场安措恢复工作的正确性。

安措过程安全管控流程如图2所示。

图2 安措过程安全管控流程

3.3 二次设备标准化标识及技术台账全景可视化移动终端

以建立标准化的变电站设备基础管理体系为核心，以重点回路及通道可视化、标准作业差异化管理、规范和优化作业流程为重点工作方案，建立健全设备全方位信息台账，并采用继电保护电子化“重点回路联络图册”、“光纤联络图册”和“设备维护指南”等方式，以标准化建模和标识技术来完善继电保护系统的标准化资料管理，使变电站二次系统以全逻辑、全链路、全回路的“全景模式”展现信息，全面提升继电保护的精细化管理水平。通过对变电站二次回路的研究，采用面向对象建模技术对二次回路的设备、元件、连接关系进行抽象描述，建立针对变电站二次运维的信息模型。同时以屏柜、装置、线缆、压板、把手为对象进行建模，构建信息的公共模型，以施工图纸、线缆接线信息、网络拓扑关系为基础，构建二次回路关系模型，对智能变电站的SCD文件、台账信息、厂家资料、三遥表等资料按照建模对象进行结构化重构，构建各模块应用信息模型［5］。除此以外，结合原理图及现场实际接线，依照从公共端到开入端子所有接线全绘制的原则，对各断路器辅助保护失灵联跳回路、失灵启动回路、闭锁重合闸回路、失灵启动母线保护、断路器三跳位置开入及失灵启动远跳回路等进行绘制存档，再次确认重点回路设计和施工的正确性。重点回路联络图册包含屏柜、装置、端子号、装置接线、电缆编号、电缆芯号、继电器、内部接点等信息，最后通过移动端设备将重点回路的整个环节以可视化形式展示。

变电站二次系统建模信息如图3所示。

图3 变电站二次配置信息

4 结束语

本文研究的是目前国内电力系统变电继电保护专业、智能运检技术及相应管理领域的热点，通过与现行制度、规定及经验总结相结合，形成基于智能巡视终端的可复制、可推广的变电站智能巡检与作业安全管控的管理模式。

在开展智能化与全面化的巡视终端模式变革过程中，要减少不必要的业务流程，提高工作效率，形成智能化的数据信息库，加强企业的信息化改革，构建有效的智能巡视终端应用，以此提高工作质量和工作效率，为企业在新时代的发展奠定坚实基础。本文主要以智能巡视终端背景概述为基本点，对智能巡视终端的发展现状与主要应用优势进行详细描述，同时提出新时期智能巡视终端管理变革的主要内容，旨在为今后智能巡视终端的创新提供理论依据。