5G 技术在智能水电厂建设中的应用研究

吴霜

（云南大唐国际李仙江流域水电开发有限公司，云南 普洱 665000）

在中国的水电行业内，智能水电厂建设是目前重点工作内容之一，主要是指通过使用云计算、物联网、人工智能、大数据等新兴技术使水电厂的建设更加趋于智能化，促进水电生产的更新和进步。在智能水电厂建设的过程中，科学应用第五代移动通信技术（以下简称“5G 技术”）能够使其整体内的通信网络系统相融合，使传感器、无人设备等能够在其中发挥重要的作用，提高数据收集和传输的效率，并提高智能水电厂建设的效率和质量。

1 5G 技术特点

5G 技术是一种密度较高的无线网络技术，其无线传输技术具有超高效能。相较于4G（第四代通讯技术）网络而言，5G 技术引进并接入了多种技术，进一步挖掘了网络技术的频谱效率，在其中加入了多天线技术、编码调制技术、多址接入技术等，在功率效率方面具有较大程度的提升。针对5G 无线网络而言，在无线网络架构方面、自组织网络及异构超密集部署在控制和转发分离软件的定义下都变得更加智能和灵活。同时，在无线网络中的网络节点之间的距离也进一步缩短，使网络技术的频谱效率及功率效率都有所提升，并且还进一步使其系统的容量有所加大。5G 技术与4G 技术相比，最突出的特点之一就是其数据传输速率变得更高。5G 技术的平均体验速率可以达到1 Gbps，其速率的峰值甚至达到10 Gbps，是目前4G 网络速率的100倍以上。由于5G 技术的数据传输速率得到如此大的提升，所以在信息资源的收集、传输等方面都能够有所加强，能够满足大量数据信息的收集和传输需求。

另外，5G 技术还具有网络延时较低的特点，由于5G 技术的接入容量变得更大，可以实现一定意义上的万物互联，在5G 技术下，每平方千米100 万台的终端设备可以同时接入，能够有效保证无线终端、海量传感器等设备高效运行。5G 技术在应用过程中，既能够增强移动宽带，又能够很大程度地降低网络延时、提高网络传输的可靠性，并能够实现大规模的数据信息传输的特点。除此之外，5G 技术可以改变4G 网络较为单一的服务功能，在5G 技术下，通信网络能够在网络切片技术的作用下被逻辑分割，将其分割成为部分虚拟网络。在被分割成的虚拟网络中，每一个部分都可以实现进行单独的网络功能的需求，能够通过一个通信网络满足多种不同的业务需求，使5G 技术网络的适用能力有所提高，同时提高其灵活性，使网络资源的运维和管理更加便捷，且5G 网络也在此基础上具有一定的开放性[1]。

2 5G 技术在智能水电厂建设中应用的不足

2.1 5G 技术有待成熟

中国在2019 年才开始正式商用5G 技术，虽然目前5G 技术在移动通信领域已经发展较为成熟，但是在其他领域内，5G 技术仍处于探索阶段。在水电厂建设中应用5G 技术，其中的技术核心、技术质量、技术的可靠性等方面仍需要进一步成熟和优化。尤其水电厂建设中对于安全生产具有较高的需求，所以要求技术要具有较高的可靠性，要保证智能水电厂建设的安全性和高效性，必须保证技术的可靠性和安全性。但是从目前的情况来看，在智能水电厂建设中5G 技术在边缘计算、网络切片等方面仍需进一步发展。

2.2 5G 技术应用范围应进一步扩大

目前，5G 技术由于其自身的优势在智能水电厂建设过程中具有较多的应用，但从整体来看，其应用范围还应进一步扩大，发挥更重要的作用。在水电厂建设过程中，5G 技术发挥了较大的优势，在物联网技术、人工智能技术、云技术等先进技术的结合应用下，5G技术还应该被应用于更多的水电厂建设场景内。当5G技术在水电厂建设范围不断扩大的情况下，5G 技术的网络建设成本也会随之进一步降低，不仅能够使智能水电厂建设更为高效，还能够有效使水电厂内的各项业务与5G 技术深入结合，在5G 技术的加强应用下，能够有效帮助水电厂向智能化、数字化转型。

2.3 5G 技术应提高安全防护相关技术

在水电厂建设的过程中，其安全性是重要的要求之一。在水电厂应用5G 技术进行建设的过程中必须保证网络专用、安全分区，也就是要将5G 技术与安全防护技术相结合，避免其中的无线信号被截获或遭到破坏。要想提高5G 技术应用的安全性，就需要对5G 无线通信技术采用身份认证的形式，同时利用国家加密技术将通信数据做加密处理。但是目前由于受到成本投入等限制，5G 终端接入量仍然较少，导致在5G 技术应用过程中所采取的安全防护措施有限，难以全面保障5G 技术的安全性，在水电厂建设过程中难以保证5G 技术的绝对稳定性。

3 5G 技术在智能水电厂建设中的具体应用

3.1 各系统高精度授时

在智能水电厂建设中，5G 技术在其中发挥着重要的作用，其中统一对时十分重要，在5G 技术时钟同步系统作用下，水电厂内部所有系统的时钟能够保持同步。水电厂时钟同步对于水电厂各个系统能够在统一的时间下运行具有重要的作用，并且能够在发生事故时，通过各系统开关顺序的先后对事故起因进行更加准确的分析，使智能水电厂在5G 技术下实现稳定、安全的运行。在没有5G 技术时，水电厂各系统的时钟难以实现高效同步，受到水电厂对时通道的限制，难以在同一的技术下保持时钟同步。由于个别系统难以与时钟同步系统进行连接，将会导致各系统的时间不能完全保持一致，当有事故发生时，技术人员难以通过系统记录来查找事故起因信息，对工作人员分析事故情况造成一定影响。5G 技术的应用，可以实现各系统之间的高精度授时，使水电厂内部的对时通道不再有数量的限制，既可以完成原本高效的数据收集和传输等工作，又能够实现对各个系统的高效对时[2]。

5G 技术可以将整个水电厂内部的各个系统进行统一的管理和监控，并在继电保护系统作用下进行工作，使各类自动化系统包括辅控、故障录播、调速、信息管理系统等与时钟同步系统进行高效连接。另外，由于5G 技术具有更高的灵活性，所以对于水电厂内网络布设较为困难的区域，如隧道、地下厂房等都可以进行网络授时，使水电厂的各个区域都能够实现良好并且高精度的网络授时，促进水电厂各系统进行统一授时。

3.2 实现设备全息感知

在水电厂内，要想实现对全部系统设备的感知，需要安装各种类型的传感器，在传感器作用下可以将设备的运行情况进行随时监督和采集，将采集到的信息作为技术人员对于设备运行状态的检查依据，对设备的故障情况进行判断，以此保证设备能够在正常运行的状态下，确保水电厂系统运行效率。但是在以往的传感器安装过程中，要想实现对设备的全息感知，就需要安装大量的传感器以满足感知需求，而由于接线方式会受到水电厂整体容量的限制并且需要消耗大量的成本，同时在这样的情况下，监控的时效性也较低。尤其是针对较为老旧的电厂，在改造或者更新时，信号电缆重新铺设更是需要消耗大量的资金。

在5G 技术的支持下，由于其具有高速率且大容量的特点，可以将大量的监测传感器设备同时接入，不仅能够有效提高设备采集数据信息的精确性和时效性，还能够实现对水电厂设备状态的全息感知，根据实时数据工作人员可及时掌握水电厂全部设备的运行情况，提高故障监测和诊断的效率。

3.3 管理水电建设

由于水电厂的整体情况较为复杂，所以水电厂的建设工程难度较大。在水电厂内所涉及的建设范围较为广泛，并且由于地下厂房的存在会导致建设难度进一步加大，整体跨度较大、交叉的洞室也比较多。在建设工程施工过程中，涉及到的内容较多，且作业较为复杂、难度较大，在水电厂内的施工环境又不够稳定，在以往的网络支持下，施工效率不够高，难以满足建设需求，为施工带来诸多不便。水电厂水电工程的建设对于自动化、信息化具有较高的要求，在5G 技术作用下，可以针对水电建设工程构建全面的监测系统，对于工程建设实际情况进行实时监督，一旦施工中出现问题，可以及时进行调整，解决其中的安全隐患，使施工更加高效、高质量。

在水电建设工程施工现场应用5G 技术还能够加强无人施工设备的运用，在5G 技术作用下，各种无人驾驶施工设备包括无人驾驶运输车、无人驾驶推土机、智能挖掘机等都能够在工程内高效使用。由于5G 技术的网络延时较低，所以通过无人设备的使用可以有效提高施工的整体效率，并及时反馈施工情况，降低施工中发生安全事故的概率，同时可以在一定程度上解放生产力[3]。另外，在水电建设过程中，还会在施工现场安装大量的传感监测终端，以保证施工现场的安全。在5G 技术应用下，利用其灵活性对现场进行网络布设，将不便于铺设网络的位置也可以有效接入到网络终端，使传感监测能够全方位地覆盖整个施工现场，提高对施工现场的监管能力和控制力度。

3.4 无人巡检系统

在智能水电厂建设的过程中，利用电力巡检技术，可以将各种巡检设备应用在施工现场中，例如巡检无人机、巡检机器人等，使无人巡检系统能够实现对施工现场高效的巡检，可以有效代替人工巡检施工现场，提高巡检的质量和效率，更有利于保障施工现场的安全性。在没有应用5G 技术时，通常是利用无线通信技术实现对电力巡检系统的布设，但是这种布设方式需要大量的无线热点作为支撑，对于水电厂来说所需的成本过高。但在5G 技术的应用下，由于其网络延迟较低，且操作更为可靠，可以对水电厂内部的全部无人巡检设备实现高精准度的控制，保证施工现场的安全性，并且能够有效提高对现场的控制效率。

在5G 技术应用下，对施工现场进行全面的网络布设，能够使巡检无人机、巡检机器人等巡检设备在设定下定期、自动化地进行巡检工作，并且能够及时将巡检的画面回传到控制系统中，为管理人员提供精确的巡检信息[4]。在5G 技术结合计算机技术下，可以将巡检过程中所监测到的异常情况进行智能化图像识别，并且自动定位故障情况、自动化分析，使施工现场的整体巡检效率有所提高。并且在无人巡检系统的操作下，能够使巡检更为精准、更具时效性，更好地满足水电厂建设现场的巡检需求。

3.5 应急管理指挥处理

在水电厂建设的过程中，难免会发生各种紧急事故，如抢险、防汛等，需要紧急处理，在事故中，有线通信网络很容易受到破坏。但是在5G 技术应用下，就可以利用其大容量的特点，在施工现场建立起临时的应急处理点和应急处理中心，对施工现场的各种紧急情况进行全方位掌握和及时的了解，利用5G 技术可以对事故情况进行准确的判断，为现场管理人员提供准确的应急措施参考依据，对紧急事故进行最高效的处理。同时，在处理紧急事故时，还可以使用能够运用5G 网络技术的智能头盔作为应急处理的装备，使在现场处理紧急事件的画面能够及时传输到应急指挥中心，使应急指挥中心能够随时掌握应急处理情况，并针对现场处理实际情况进行科学的指挥，确保对建设施工现场的紧急事件能够进行准确、高效的处理。

4 结论

综上所述，5G 技术与以往的通信技术相比具有更多的优势，是目前最新的通信技术形式。在智能水电厂建设的过程中加强利用5G 技术能够促进水电厂向智能化、数字化转型，在5G 技术的应用下，水电厂内可以实现各系统高精度授时和设备全息感知以及可以加强管理水电建设和应急管理指挥处理，并使无人巡检系统能够更加精准、及时。但是目前5G 技术在智能水电厂中的应用仍处于初步探索阶段，在5G 技术不断优化发展下，结合大数据、人工智能等技术能够在智能水电厂中的更多领域范围实现高效应用，发挥其重要的作用。