配电站所智能巡检机器人集中管控平台解决方案.docx

配电站所智能巡检机器人集中管控平台解决方案一、配电站所智能巡检机器人系统配电站所智能巡检机器人系统主要针对配电站房、开关室等室内场景的内部设备及其周边环境实现自主化无人巡检。配电站所智能巡检机器人由电路板、升降机构、行走机构、高清摄像头、红外热像仪、局放传感器等核心设备和其他辅助设备组成。室内智能巡检运行模式如图Ll所示。机器人采用吊轨式行走，确保检测精度、避免人员触碰；采用多节升降模块确保对竖直检测面的覆盖；采用三轴分立式云台结构设计实现传感器模块在竖直轴和水平轴的转动自由度，保证设备检测图Ll机器人运行方式图L2机器人激光避障为确保机器人在运行过程中的安全性，配电站所智能巡检机器人搭载了激光避障模块，通过激光传感器实时探测其水平、垂直方向上的障碍物，一旦检测到障碍物，立刻停止运行，待障碍物移走后继续执行巡检任务。如图1.2所示。配电站所智能巡检机器人结构如图1.3所示。其智能检测模块由人机交互模块、局放传感器、红外热像仪、可见光相机等模块组成，实现机器人仪表图像识别、红外测温、局放检测等功能；检测模块采用三轴分立式设计，可在垂直、水平方向上自由旋转，实现传感器检测位置的最优化选择，杜绝检测盲区；红外热像仪和可见光相机采用共体双向结构，能够对两侧的设备进行同时检测，极大的提高了巡检效率。拾音器人机交互界面局放传感器-红外热像仪可见光相机图L3室内智能巡检机器人结构图1.1 指针类仪表设备识别实现方式采用基于HOUgh直线检测和对称性检测算法，完成指针边缘的精确提取，根据指针偏转角度计算获取仪表读数。首先基于Canny边缘检测算法提取图像边缘，获取表计图像梯度，对梯度进行非极大值抑制，采用双阈值算法初步滤除伪边缘。随后，基于指针的对称性特征，提取图像中的对称边缘点对，并采用Ransac共线性检测去除伪指针边缘像素对，最后对边缘点对进行聚类合并，获取指针对称轴，从而准确识别指针位置，滤除传统指针识别算法中的环境干扰，并提升指针识别的位置精度，提高识别准确率，识别精度可达小数点后3位。如图1.4所不O图1.4基于对称特性的指针识别1.2 数字类仪表设备识别实现方式采用基于AleXNet卷积神经网络完成字符识别、基于CaSCadeClassifica-1ion目标检测完成小数点定位。AleXnet卷积神经网络共有卷积层5个，池化层3个，全连接层3个（其中包含输出层），撰弃了传统神经网络中需要人为指定图像特征的缺点，利用卷积神经网络中的卷积层自动完成特征提取工作，并用多层小卷积叠加来替换单个的大卷积，提升卷积层的厚度和宽度，优化卷积层表达能力；并使用重叠的最大池化，避免平均池化的模糊化效果。识别的准确性和快速性得到了显著提升，对字符的适应性更强。图15AleXNet卷积神经网络13电气指示类设备识别实现方式基于指示灯和背景区域的亮度，采用自适应二值化、阈值化方法进行指示灯亮灭、指示灯颜色的自主识别与检测。传统的二值化方法通常采用全局阈值法，即将图像中低于某个阈值的像素设置为黑色，而其他的设置为白色。在实际工程应用中，室内空间的各类设备可能会受到吊灯、窗户、移动的影子、自身颜色等影响，人类的视觉系统能自动补偿这些，但是机器没有考虑到这些因素，因此导致识别效果较差。为此，采用一种阈值自适应的二值化算法，根据每个像素的背景亮度来改变阈值，这种基于局部特征的二值化方法，对各类环境和设备类型具备更好的适应能力，如图1.6所示。图1.6自适应二值化方法效果1.4 机械状态指示类设备识别实现方式电力设备机械指示种类繁多，根据机械状态的类别不同，采用基于直线检测的偏转角度计算、基于AIeXNet网络的状态分类方法、模板匹配、颜色检测方法等多种检测算法，有针对性的完成对不同种类机械状态指示的准确识别。1.5 局部放电检测实现方式高压电力设备在天气潮湿、绝缘污损等情况下极易发生局部放电，导致绝缘强度不断下降，是使高压设备绝缘损坏的一个重要因素；然而目前配电站所内没有能够在线检测高压柜、变压器局放的检测设备，无法实现对设备局放情况的实时在线监测。机器人搭载局部放电传感器，利用暂态地电波+超声波检测的手段获取电力柜局部放电数据，结合局放图谱库实现对设备局放的实时在线监测。图1.7机器人局放检测1.6 设备测温实现方式电力设备在运行过程中，由于导体连接或接触不良、电压分布不均匀、泄露电流过大等原因，会出现不正常的发热现场。普通运维方式下，需运维人员手持红外测温仪定期巡检。消耗人力物力的同时，效率无法提高，已不能满足自动化运维的要求。在机器人上配备红外摄像仪，拍摄设备红外图像，结合红外智能提取技术，自主获取设备、环境温度，实现对室内站房设备及环境温度的高密度、高颗粒度监测与多维度分析管理。图1.8设备柜红外测温1.7 环境监测实现方式配电站所部分安装了视频监控设备和环境传感器，然而这些设备目前均属于孤网运行状态，大部分检测获取的数据仍需通过人工方式进行查看、记录和分析，不利于对设备运行环境的实时监控；另一方面，室内环境是一个受温湿度、水位、气体浓度等多方面因素影响的状态量，检测设备的孤网运行不利于多维数据互联互通的实现。将室内所有环境检测设备集控式接入机器人系统，对环境状态信息进行统一汇总和综合分析，并分别根据环境与设备异常状况，提出需要重点关注的室内场景，辅助配网运维决策管理。潟温唐_SF6水位检测对象辅助决策。图19多维信息交互二、智能巡检机器人集中管控平台智能巡检机器人集中管控平台的建设将充分融合传统巡检工作与智能新技术数据，通过创新的感知手段、联动技术，梳理配网运维数据、挖掘重要信息、分析复杂异常、提供智能化运维辅助建议。开关柜变压器控制柜电缆沟辅助设备站所环境智能巡检机器人集中管控平台作为配网智能巡检建设核心，起到衔接配电站所智能巡检管理端与现场作业端的作用。一方面，运维人员可以借助中心下达巡视信息，获取现场设备工作情况、现场环境预警等信息，充分融合全过程管控、多源信息展示功能。另一方面，智能巡检机器人集中管控平台还将接入智能巡检各模块，实现站内设备与环境的智能联动与分析。配电站所智能巡检的建设可以对物联网数据进行实时感知、可视化展示、监控预警与分析，同时可针对相关环境设备（如水泵、风机等设备）进行智能联动控制。智能巡检机器人集中管控平台在各业务系统数据分析的基础上，再次融合智能感知、分析与联动业务，通过远程联动、智能告警等技术的应用，贯通配电站所智能巡检的工区管理端与现场作业端，实现站所环境、设备状态的精益化管控，通过过程管控提高运行管理水平。智能化分布设备臭氧、SF6传感器温湿度传感器视频监控帮烟雾传感器水泵控制器风机控制器安防传感器配电站 智能巡检机器人特殊巡检管控平台汇总各站所巡检数据，从时间、设备类型、异常类型等多个维度对数据进行综合统计和分析；经过授权的管理人员可通过管控平台对设备运行、机器人、环境状况进行实时查看和任意调取，实现分级管理和集中管控。管控平台能够对接入系统内的所有站所进行管理，并且可以查看每个站所的最新状态，主要分为以下模块：系统概况、站所统计、专业分析、策略管理。每个模块从不同的角度对站所进行描述，直观展现系统内站所状态。总控平台的数据来源主要是数据中心，发送查询请求的时候，会经过数据中心进行权限鉴定，确保数据的安全性。2.1 概况统计概况统计展示系统总体的信息，主要包括站所分布信息，站所信息和机器人信息。站所分布信息：以GlS地图的方式直观显示各站所以及机器人所处的地理位置，对当前站所状况一目了然；站所信息：各站所站所当前的投运情况和已投运站所的异常状况；机器人信息：包含了工区内所有机器人所处状况。系统部署时，会自动从数据中心下载对应的离线地图数据。并且每隔一定时间，对地图的数据进行更新检测，若发现数据中心的地图有更新，则会自动更新本地地图。如下图所示。概况统计2.2 站所统计站所统计页面以列表形式展现接入系统内所有站所的基本信息以及最新一次巡检结果的信息，在查看信息的同时，还可以对站所进行快捷操作，如，下发全站巡检任务，查看站所内机器人或者球机视频，获取最新的巡检报表，查看站所内异常统计以及同步最新数据。站所详情页面支持站所名称首字母、站所状态等多种字段快捷搜索功能。如下图所示。站所统计2.3 专业分析根据获取的各站所运行状况，从设备、环境等维度对巡检数据进行综合统计与分析，指出需重点关注的站所，实现对运维管理的辅助指导。如下图所不O专业分析2.4 站所管理站所管理主要是对站所设备运行及环境状况信息的查看和控制。其主要功能如下：智能巡检：通过站所电气模拟图对站所进行可视化的操作，如实时视频监控、下发巡检任务、实时数据查询等。历史巡检记录的查询：以巡检任务为单位，查询站所历史巡检记录，通过曲线图等形式反映设备运行状态走势，为问题的定位及解决提供数据支撑。异常告警：展示站所异常告警信息，提供告警处理等功能。对站所的现状有直观的把握。智能控制：查看和控制站所内所有硬件设备，如站所监控摄像头、机器人视角摄像头、门禁、水泵、风机及空调等智能设备。1、智能巡检智能巡检通过机器人搭载的传感设备，结合图像识别、超声波检测、暂态地电波检测、红外测温等手段，实现设备装置在线检测。主要功能包括：1）视频图像识别通过可将光球机实现对各站所远程实时的可视化监控，并能够结合图像处理模块从可见光照片中查找感兴趣区域，提取相关数据，如仪表读数，设备状态。能在线搜索仪表，状态按钮等感兴趣对象，获取准确的设备图片。设备状态分析采用模式识别方法，采集大量现场图片进行训练，达到定位和识别设备状态的功能。2）局放检测采用地电波（接触式）和超声波手段，获得设备局放情况。软件系统具备局放数据自主识别和诊断功能，在局放出现异常情况下可以实时报警，同时数据后台能够对单点检测数据进行历史分析，并进行归档、诊断等功能。3）红外测温主要对开关柜电流电压致热现场检测，软件系统可根据获取到的设备红外图像，自主获取设备温度，并能够对单点检测数据进行历史分析，并进行归档、诊断等功能。智能巡检实时视频监控2、历史巡检记录查询巡检记录展示站所历史巡检记录信息，每条任务巡检记录信息对应历史的一次巡检任务。一条巡检记录包含的信息有，对应巡检任务的任务名，执行时间，检测点数，异常点数等信息。此外，在巡检记录里面还可以查看站所内所有设备的最新信息，包含它对应的巡检结果的值以及任务的判定等。可通过历史巡检记录查询模块，对历次的巡检记录进行查询。如下图所示。H今配电站所智能巡检系统Liihiih二hi11三三三三M Qqqqqqqqqqqq巡检记录查询3、异常告警异常告警模块中，对历次巡检产生的异常以列表的形式进行罗列，并可按照时间、处理状态、测点类型等维度对异常进行分类查看。如下图所示。学配电站所管IS巡检系统异常告警模块4、智能控制通过智能控制模块可查看和控制站所内所有硬件设备，如站所监控摄像头、机器人视角摄像头、门禁、水泵、风机及空调等智能设备。如下图黄色矩形框中所示。智能控制三、智能巡检机器人集中管控平台建设方案通过建立智能巡检机器人集中管控平台，将N个配电站所的数据通过网络接入管控中心服务器，由集中管控平台展示管控区域内站所的设备与环境信息，并做分类、研判和分析。建立了智能巡检机器人集中管控平台后，将会积累大量的巡检数据，需要通过有效的整合、归类，使用专业的分析方法，对数据进行处理、解析、研判，从整体上监测配电站所的运行状况。结合智能巡检机器人系统、智能化系统，可将数据有效整合、关联，通过对现有设备状态的分析，判断异常原因、预测异常情况，可以有效提升站所管理水平。集中管控中心需配置服务器，包括数据库服务器、文件服务器、应用服务器等设备。建议配置如下:序号设备分类物品名称技术要求单位数量1集控中心硬件服务器E5-2603v4*22*l6G/3*1TH730DVDiDRAC8enterprise远程管理卡/495W双电/静态导轨/3年服务raid5台/2集控中心软件主站软件集中控制软件套/3站所软件配电站接入授权软件LICENSElicense/序号设备分类物品名称技术要求单位数量4服务三年金牌服务年/5施工服务施工及集成服务进行设备的安装、调测及集成服务项/四、配网通信建设方案考虑国网福州电业局针对智能巡检机器人集中管控平台的实际建设需求，提供三种建设方案供用户选择。方案：选择23个站所作为试点站，通过电力通讯专网的形式构建配电工区智能巡检机器人集控平台，对试点站的所有智能巡检机器人系统进行统一远程智慧管控；方案：将集控平台服务器部署在福州局，利用4G专网的通讯形式构建地区智能巡检机器人集控平台，对福州区域内智能巡检机器人系统进行统一远程智慧管控；方案：将集控平台服务器部署在福建省公司，利用4G专网的通讯形式构建全省智能巡检机器人集控平台，对福建全省区域内智能巡检机器人系统进行统一远程智慧管控。4.1 方案通过国网公司电力专网的通讯形式连接站端交换机和集控平台，实现试点站所的综合智慧管控。4.2 方案彷案通过国网公司定制的SlM卡连接相关运营商无线基站，采用VPDN方式接入。对于部分无线信号覆盖不好的地下站，可以通过将天线延长至地上的方式，提升通信效果。智能巡检机器人业务通过南瑞CPE终端接入到无线专网网络，CPE与第五区视频安全接入平台间建立IPSeCVPN通道的方式对业务进行安全加密传输，将业务数据传送至第五区视频安全接入平台，安全平台对业务数据解密后传送至部署在内网的机器人系统，如图所示。而电机瑞人无线专网全入台 女接平器系 机人统加密隧道业务接入拓扑图:单站所通信设备清单序号物品名称技术要求单位数量1定制无线路由器运营商定制无线路由器，定制SlM卡台/2通信加密模块实现数据通信加密个/3辅材6类网线、光纤等套/4施工联调进行设备安装调测及系统联调站所/集控中心通信设备清单序号物品名称技术要求单位数量1通信解密模块实现数据通信加密个/五、注意事项1、通过4G无线专网形式接入的站所需考虑站所信号强度问题，尽量避免地下站，站所信号强度要求RSRPTOO以内，SINR10左右；2、智能巡检机器人集中控制平台的接入需由国网公司相关单位与运营商协调电力专网搭建事宜；3、方案、中相关配置的数量、技术参数要求等需根据接入站所规模进行具体选型配置，或有出入，以具体现场勘查实施为准。