视觉技术在电力系统应用方案

Industry applicati

        大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能等一系列技术日新月异,“互联网+”、“工业4.0”等概念相继提出并实践,工业生产模式正在发生重大变革。但与此相比,当前电网运检模式明显滞后于技术发展,电网运维、检修日常工作仍沿袭20年前传统,大量工作仍采用人工就地操作、手动抄录、现场频繁往返等形式,电网建设的各类在线监测、辅助监控、巡检机器人等业务系统数据,综合应用程度不高,“孤岛”问题明显。

        安徽炬视科技有限公司致力于人工智能技术研究,探索“机器代人”运检模式,实现对电网设备各类状态和信息的自动巡视、自动识别、智能预警、智能决策,从而降低运维人员工作负荷,提高运维工作效率,提升运检管理人员对设备状态的管控力和运检管理的穿透力。把人工智能技术有效到结合到电力系统的发电、输电、变电、配电业务领域,使得业务更智能,效率更高效。

 1、视频图像智能分析技术在发电行业的应用:
        根据十三五投资计划:“加快建设现代智能电厂,以安全可靠的电力供应和优质高效的电力服务,保证经济社会发展,为全面建成小康社会提供有力支撑。”,根据“实现电厂可观可控,推动智能电厂建设与互联网深度融合”的精神,结合电厂面广、量大,运行环境复杂的情况,为了提高运行维护管理水平、降低维护人员工作量,特推出电厂智能化解决方案。
       



1.1

系统概述

电厂是整个电力的重要部分,电厂担负着向各行各业、向千家万户发电的重要作用,电厂的运行情况直接影响变电站的供电质量。但是电厂分布广、运行环境复杂,为了保证电厂安全可靠运行,又降低维护工作量,在厂内配置机器人进行自动维护将是必然发展趋势。维护机器人根据分工可分为巡检机器人、值班机器人。智能电厂的系统拓扑图如下。

1.2

巡检机器人

巡检机器人要求定时对每台开关柜设备的开关状态和仪表读数进行巡视、图像拍摄、状态及数据分析并上传至中心站。

主要功能如下:
(1)移动和定位:巡检机器人可以沿着轨道前后、上下移动,并精确定位到每台机柜的预置位(开关及仪表位置)。
(2)运行状态巡视:机器人对每个开关柜的运行状态进行定时巡视,并将状态信息实现本地存储、上传。监控中心可实时对开关柜的运行状态进行远程巡视、控制和历史记录查询。
 (3)仪表读数巡视:机器人对每个开关柜的仪表定时进行巡视,通过智能分析将数据本地保存、上传。监控中心可实时对开关柜的仪表读数进行远程巡视及历史数据读取。
(4)智能分析:机器人具有图像智能分析功能,可以对设备运行数据、开关状态等以表格、曲线、图形方式展示,分析结果可上传到监控中心。
(5)录像存储:支持前端存储和中心存储两种模式。
(6)报警功能:对开关变位、遥测量越限、通信异常、终端设备运行异常等,系统将自动向中心站报警。
(7)其他辅助功能:红外测温、局放检测、远程控制配合等。

1.3

值班机器人

值班机器人要求对电厂环境和出入人员进行监视,完成环境数据采集、报警、通话、控制、人员跟踪和上传等值班工作。主要功能如下:
(1)环境监测:温湿度、烟雾、浸水等环境数据进行监测,发现越限就立即发出报警信号,本地保存并上传至监控中心。
(2)远程控制:机器人可接受监控中心指令,实现对摄像机、风机、空调等的远程控制。
(3)双向通话:监控中心可以通过值班机器人与进站维护人员进行双向通话,也可以通过机器人对内喊话。
(4)行为分析:值班机器人对于进入机房人员可进行跟踪和行为智能分析,当进入人员靠近高压区或其他重要设施时启动录像跟踪,并保存、上传。
(5)门禁控制:值班机器人可以根据监控中心指令,为进站维修人员开门。
(6)联动控制:可建立门禁与视频监控的联动,温湿度与空调联动等。

2.1、门禁系统
门禁系统由系统管理中心平台、门禁控制器(APP方式)、读卡器、开门按钮和手机APP软件等组成。
2.2、系统管理中心
主要包括系统集成运行平台及授权管理中心。授权管理中心是整个门禁系统的信息管理中心,根据用户的管理要求,统一建立全部管理人员和员工的相关档案库,包括个人姓名、身份证号码、所属部门、职务等相应的个人信息,保存到数据库中。同时负责注册、远程授权、注销、更新等工作。
2.3、门禁控制器
安装在门禁所在地,根据读卡信息和动态密码,利用手机APP客户端控制门的状态。维护人员根据手机APP收到的动态密码可打开相应的门。
2.4、智能运维系统平台
系统采用跨平台的技术,结合B/S、C/S两种模式开发。服务端可以稳定运行在UNIX、LINUX、Microsoft Windows等各种平台下,用户可以根据需要灵活选择;用户只需要有浏览器即可完成全部操作,系统配置功能既可以在Web方式下完成,也可以通过专门的客户端软件来完成。
系统采用松散耦合、规模可伸缩的分布式体系;模块之间以标准协议实现数据共享;系统将随着配电网络规模的增长一同成长,而不需要对平台重新进行改造。

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  • (1)实时监测

    在监控中心统一的界面上对所有电机房内交直流电源数据、温湿度、安防、门禁、消防、环境等进行实时的监测,发生异常情况立即报警。

  • (2)视频监控

    在监控中心统一的界面上对所有电机房内的设备和环境可以进行远程视频巡视和实时监视。

  • (3)报警功能

    对遥测遥视信息综合分析,超限以推屏、语音、短信等多种方式发出报警,变被动监控为主动监控。

  • (4)智能识别

    采用越界分析,区域闯入分析等智能技术实现环境监测,采用仪表读数识别、开关状态识别等技术,为自动化远程操作提供验证。

  • (5)智能联动

    支持各个子系统之间联动,联动规则自定义,通过联动降本增效,消除安全隐患,提高处理事件响应速度。

  • (6)智能检修

    采用智能音视频技术,状态监测分析技术,手持智能终端技术,实现现场工作与远方监视的有机结合,为运行和检修过程提供过程可控的技术保证。

平台功能


视频图像智能分析技术在输电线路的应用

        由于我们国家地域经济发展不平衡,能源消耗重点区域往往远离能源产地,这就决定了我们国家在很长的时间内都需要远距离大容量的输送电能。超高压输电网是电能输送的载体,输电线路的安全性是*的一个重要组成部分。随着科技水平的不断发展,特别是数字电子、计算机、通信、物联网等技术广泛应用到电力行业,我们已经有能力对输电线路进行全方位的监测和评估。国家此时提出建立智能的输电线路状态系统主站系统,提高输电网的安全性和稳定性,恰逢其时。早期的电网建设,侧重发电和输电的一次设备及相应的继电保护装置的发展,在电力设备的监控环节关注度甚小,尤其对设备的实时监控考虑甚微。经过几轮的电网改造,国家为输变电网投入了大量资金,从硬件方面对电网进行了升级处理,但是线路的状态监测仍然滞后很多。在这种情况下,运行人员无法很好的掌握设备的运行现状,继而采取预防性措施。近年来由于环境变化因素导致的电网事故频繁,造成巨大的损失,以08年的南方雪灾为典型。为了响应国家建立坚强的智能电网的要求,我公司开发了输电线路状态监测系统。本系统是完全按照国家有关建设智能电网的规范而开发的,开发过程参考了大量的国际标准和行业标准,输电线路综合智能隐患识别系统是完整的解决方案。



传统高压输电线路的防护主要依赖于人工巡检,信息获取方式传统、来源单一,输电线路沿途通道状况、环境条件、地质条件、天气状况等对线路安全运行影响大,输电线路“三跨”点事关公共安全和电网安全大计。


输电线路综合智能隐患识别管理系统主要为了实现电网事故发生前的及时准确预知,将线路事故隐患消除于萌芽状态,系统采用图像智能建模分析技术,对高压输电线路杆塔上定期采集的沿线图片进行检测分析,识别其中有可能导致输电线路被破坏的异常情况,将预警信息推送给管理人员,实现输电线路的智能隐患识别分析。



系统概要


标题名称
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  • 在线预警

    在线预警

    根据状态参数,发现线路存在的隐患,包括外力侵袭破坏等,及时发出预警,避免故障的发生;

  • 辅助决策

    辅助决策

    对输电线路状态进行预测和趋势分析,分析结果将为运行调度单位提供决策的信息支持;

  • 状态检修

    状态检修

    根据综合的线路运行过程中的状态信息,并按照设备状态检修导则,实现输电线路状态检修;

  • 风险评估

    风险评估

    根据输电通道周边环境信息,以及运行状态信息,评价输电线路未来的运行风险。

输电线路综合智能隐患识别系统实现了对高压输电线路实时监测,系统中的监测监控装置对输电线路周边状况及环境参数进行全天候监测,获得数据通过4G或者光纤等方式传输数据到系统主站,有助于及时全面了解输电线路的运行状态,有效减少由于各种因素引起电力事故。输电线路状态监测平台由SCADA系统和各个高级应用模块构成,对相应的在线监测数据、报警数据、结合历史数据进行统计分析,可实现气象、覆冰在线监测、视频图像监控、导线弧垂、导线温度、导线相间风偏、杆塔倾斜、杆塔振动、绝缘子污秽、绝缘子串风偏在线监测等多种可扩展的应用系统。
针对各个应用系统,开发了大量的高级应用程序(PAS),实现了更多有价值的应用。


这些应用包括:

本系统的投入使用,将实现对输电线路的运行状态和环境进行集中、全面、实时的监测,对事故隐患提出预警,为生产管理提供决策信息支持,为调度提供辅助决策信息。这套系统的应用必将为用户带来巨大的社会价值和经济价值。

系统组成



输电线路综合智能隐患识别管理系统由移动终端、后台服务平台、网络传输设备以及视频采集装置组成。
后台服务平台是整个输电线路状态监测系统的监控和管理中心,实现所有监测信息的汇集、处理、分析、显示及报警等功能。



系统由视频监控设备获取的线路图片传输到后台分析服务器进行分析,一旦发现可疑情况,自动将告警信息发送至手机等移动监管平台,便于对隐患及时干预和排查处理。
视频采集装置安装于线路杆塔上,用于收集线路上各类异常情况的状态监测,集中与后台服务系统进行标准化数据通信的设备,与传统的“集中器”和“监测基站”相比,具有智能化数据加工和处理的功能。

3.视频图像智能分析技术在变电站智能运维的应用

变电站监控职能调整至调控部门后,运检部门缺乏对设备有效监视手段,运维人员对站内信息的响应及时性不足。电网规模大幅增长,变电站数量显著增加,运检工作量日渐繁重,但人员增长有限,结构化问题突出,随着变电站无人值守、运维一体化、“2+N”值班模式的推进,人员能力已经基本挖掘,运检工作量与运检人员的矛盾日益突出。

随着电力体制的深化改革,无人值守模式已得到大力推广,传统变电站建设、运行、检修模式正逐渐向智能变电站转变。国家电网在继承传统变电站、智能站、新一代智能站的基础上,提出的“更安全、更可靠、更智能”的第三代智能化变电站研究。舒印彪董事长在国家电网公司2017年年中工作会议报告中,提出了“开展具有一键操作、自动巡检、主动预警、智能决策等功能的第三代智能站研究”的目标和任务。为提高运检管理人员对设备状态的管控力和运检管理的穿透力,国网运检部组织开展了广泛调研,组织了运检管控系统的试点建设,并牵头开展了第三代智能变电站技术研究。安徽电网也开展了“变电智能运维管理系统”建设的试点,并在国网运检部统一组织下,开展了省级“电网运检智能化分析管控系统”的试点部署,推动了智能运检体系的建立。




“变电站智能辅助管控系统”创新项目是在此背景下,结合安徽电网现状,基于人工智能技术的研究提出的,旨在打破现有业务系统信息孤岛,实现变电站运检全业务监控及信息主动推送,探索“机器代人”运检模式,缓解运检专业结构性缺员等问题。

系统组成



变电站辅助监控系统在不同的建设时期选用了不同的技术和不同厂家的产品,标准不统一、技术路线不一致,并且目前智能辅助控制系统在变电站中多为*运行,与站内其它业务系统融合较少,未能对变电站的生产管理、运检等业务提供有效支撑。
本司变电站智能辅助管控系统集安防、消防、环境、SF6、视频、门禁、在线监测、红外监测等多系统监测于一体,实现辅助系统数据融合、智能联动告警等。并且结合人工智能技术,对现场定期采集的或实时采集的各类设备图像进行检测分析、识别设备运行状态,根据规则进行智能预警,实现设备运行状态的自动巡检和在线二次校核。



变电站智能辅助管控系统由动环采集装置、网络传输设备、分析服务平台、管理服务平台组成。
变电站智能辅助管控系统对变电站内的,压板运行状态巡检识别,各种开关刀闸状态、翻牌器运行状态巡检识别,数字式/指针式仪表读数,各种标志标石的状态识别,一旦有安全防患,及时预警、及时处理,做到事中处理,人机结合。



变电站智能辅助管控系统总体建设目标以探索运检业务“机器代人”模式为核心,建设站端“变电站智能辅助管控系统”,实现变电站现场一次、二次、辅助系统的运检全业务数据整合,并结合“人工智能”技术,实现数据的采集、识别、处理,达到“自动巡视、自动识别、智能预警、智能决策”的高效运检的目标,提升运检管控的穿透力,提升运检工作质量和效率。
自动巡视:将可见光监视、红外感知、物联网传感、移动通信技术应用于变电巡视,实现传统以人工巡视、检查、抄录表计的周期性巡视模式转变为以机器人、摄像机、测温仪为载体的,自动获取具备视频、声音、红外等*数据巡视记录的“机器代人”自动巡视模式,减少人工简单重复劳动,提高巡视质量和效率。
自动识别:将深度学习、模式识别、神经网络技术应用到变电巡视可见光图片、红外热图、色谱等源数据信息抽取,实现以传统人工经验的主观判断的识别模式转变为基于可见光图像表计读数识别、开关分合状态识别、热成像温度识别、监测图谱信息识别的机器自动识别模式,替代人工表计读数抄录、试验记录等,减轻运维工作量。
智能预警:将大数据分析技术融入到变电运维异常、缺陷管理,实现以异常被动告知、现场试验、事后状态评价的运维检修模式转变为基于变电设备*数据资源池的趋势分析、智能诊断的主动预警模式,分类、分级主动推送预警信息,提升运维检修的及时性。
智能决策:将人工智能技术引入运检工作的设备故障判别、检修计划管理中,实现传统高度依赖人员责任心和能力的经验决策模式转变为依托运检知识库和分析算法模型的智能决策模式,机器AI智能判断故障异常,主动推送检修处置措施建议,自动生成分析报告,辅助运检管理。


4.视频图像智能分析技术在配电智能运维的应用

配电智能运维的现状

传统运维其实是一种劳动密集型的业务,目前还存在着诸多弊端:

配电智能运维的需求

对用户来说:

对能源提供商来说:

配电智能代运维服务的核心是:

        近年来随着大数据、物联网技术取得了长足的发展,配电设备 24小时远程监管是解决配电中的设备运行状态监测、运行环境状态监测预警的一种高效方案,有助于提升配电潮流分析、多电源接入、故障预警、故障自愈及灾害防范能力,有助于提升电网安全运行水平,基于标准化信息模型、统一通信协议的物联网应用可以加速实现智能电网“信息流、业务流、电力流”的高度融合;提升配电现场运维管理水平,为实现智能主动配电提供技术支撑。从而减轻巡检人员的巡检负担、提高工作效率、节约巡检成本、监督巡检工作质量等方面都起到有利作用,同时还通过实时监测配网设备的运行环境状态信息、运行状态信息和设施防盗预警信息实现实时掌握配网运行状态和设施防盗预警和窃电告警,对提升配电信息化水平具有非常重要的意义。


        电改文件发布之后,民营资本进入电力市场。很多企业参与到配电运维市场,如何提高这些运维服务商的运维手段,降低运维成本,丰富竞争手段成为重点。此话题从智能运维的角度出发,讲述信息化、智能化对运维服务商的帮助和提升。



        目前为用户提供的能源主要分为两类:一是电能,二是其他新的能源如热联供,供气、供热、供冷等,这些都需要维护。很多时候电力作为中间交换的介质,是能源输送最主要的手段,所以这里所讲的内容主要是从配电智能运维的角度出发。
        运行:变电站的运行管理是最基础的方面;其次是设备计划停/复役操作,用户将配电房托管之后所有的东西都需要服务商全盘负责;同时需要记录各类运行数据,包括配电房运行的状况是否良好等;最后是设备台账的管理,例如运维了多少地方等这些方面都需要进行管理。
维护:维护需要定期的巡检,对配电房、变电站所有设备、线路线缆定期进行维护保养,电力设备高压预防性测验,另外也要做好站容站貌的清洁工作。
        抢修:当客户发生故障问题时要及时响应抢修,应急供电,做好设备的更换、改造,协调设备供应商提供质保服务等。
目前来说,运营商这一块大部分时候都是通过人工巡视、纸质记录和电话沟通三种方式来实现的,尤其是专变用户侧,原来的配电房都比较老旧,没有智能化的手段,主要是人工巡视,巡视完之后纸质记录,通过电话跟用户进行沟通。