浅谈基于电气高压室机器人巡检监控系统大数据分析的应用研究
时间：2021-12-21 阅读：511
淮亚利
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：随着电力设备运行的可靠性提高，开闭所高压室设备运行时间越大，出现隐形缺陷的几率越来越大，部分隐形缺陷巡视人员难以用眼睛发现，易造成大面积停电事故，运维人员又无法随意进入高压室巡视；论文研究创新一种新的方法，通过机器人巡检监控系统大数据采集、分析、4V特征判断、云计算对设备实行24小时动态监测，准确确定设备隐蔽缺陷原因，及时处理，保证开闭所高压室设备正常运行，大大提高带电设备供电可靠性。
关键词：变电所高压室；机器人巡检；大数据分析；应用研究
1 巡检监控系统研发背景
（一）基于电气高压室机器人巡检监控系统，包括机器人巡检单元，与机器人巡检单元无线通信连接的监控云平台；云平台与无线通信连接的移动终端，处理模块与云平台无线通信连接。
（二）云平台包括服务器以及与服务器连接的附件设备及监控云平台是机器人巡检出来设备隐形缺陷大数据，大数据采集、分析、4V 特征判断、云计算，使用无线通信传输到监控室内监控系统云平台，绘制图形；高压室内云平台由：断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、电缆头、母排六块云平台，以及附件设备包括输入设备、显示器以及报警器组成。
2 巡检监控系统检测模块
（一）基于电气高压室机器人巡检监控系统，检测模块包括距离传感器和温度探测器。
（二）处理模块包括预处理电路、定位电路以及处理电路。预处理电路包括放大电路、滤波电路、模数转换电路，处理模块还包括与处理电路连接的存储器。处理电路通过移动通信模块或者以太网模块与云平台无线通信连接。
（三）基于电气高压室机器人巡检监控系统表现为4 各方面，即所谓 4V 特征：
1. 数据量巨大（Volume）。一般超过 10TB 的数据为大数据。
2. 数据类型多（Variety）。通常将数据分为 : 结构化、半结构化、非结构化 3 类。结构化数据如数据库；非结构化数据如文本、图片、音频和视频等；半结构化数据如 HTML文档含 1种以上数据存储器结构既可认为类型多。
3. 数据变化快速（Variety）基于电气高压室设备交流电流随时间成正弦变化速度，笼统指满足“1s 定律”，既在秒级时间范围内处理数据，为云计算获得高价值信息。数据快速变化是电气高压室设备交流电的基本特征。
4. 数据价值密度低（Value）。隐藏在大数据背后的 有价值信息，只有通过有效挖掘提取才能发挥数据作用。 数据价值的非空性，是数据可被利用的表现。如果电气 高压室机器人巡检控制系统无任何价值，研究电气高压 室机器人监测控制系统将失去意义。电气高压室机器人 监测控制系统，增设了广域测量系统有效地填补 4V 特征 缺点，使得机器人发挥较大作用。
图 1 为电气高压室机器人巡检监控系统的结构框图示意图
图 1 所示了一种电气高压室机器人巡检监控系统，包括机器人巡检单元，机器人巡检单元包括机器人本体、设置于机器人本体的检测模块、设置于机器人本体并与检测模块连接的处理模块，机器人本体能够按照规定路线重复巡逻，还包括与机器人巡检单元无线通信连接的云平台以及与云平台无线通信连接的移动终端。为此，云平台各模块的数据信息在移动终端经过大数据分析，准确分析设备隐患原因，并电脑或者手机上实现同步化显示，便于工作人员对电气高压室的远程监控。机器人本体包括行走机构和用于驱动行走机构动作的驱动电机。其中，行走机构在驱动电机的驱动下沿输电线路行走，便于巡检，当然驱动电机均由处理电路控制，并且行走机构均可采用现有技术实现。所述处理模块与云平台无线通信连接，云平台包括服务器以及与服务器连接的附件设备，采集来各种数据，经过服务器对采集来的大数据处理、分析、云计算，设备隐蔽缺陷在云平台显示各类设备状态曲线，直观的看到设备隐蔽缺陷，及时处理。
3 巡检监控系统现场应用
（一）机器人通过动态巡视利用超声波局部放电和无线通信连接的移动终端，把采集来大数据传输到监控云平台，经过服务器对大数据处理、分析，形成可视化的曲线图，使用遥控器点击云平台设备显示曲线，可以判断设备隐形缺陷，因采取措施，确保设备隐形缺陷在
萌芽状态处理，大大减少因设备隐蔽缺陷造成高压室设备跳闸，影响用电客户正常用电。
（二）电气高压室机器人巡检控制系统经过大数据处理、分析、云计算，准确在云平台上绘制设备隐蔽缺陷曲线图，可在云平台“一图呈现”并可视化展示。
（三）处理模块包括预处理电路、GPS 定位电路以及处理电路。预处理电路的输入端与距离传感器和温度探测器的输出端连接，输出端和 GPS 定位电路分别与处理电路连接，处理电路与云平台无线通信连接，对大数据进行分析、处理、云计算。处理电路采用现有的单片机。GPS 定位电路实现机器人本体的定位，实现高压室设备在 24 小时内动态监测，确保高压室设备可靠运行。
（四）处理电路通过移动通信模块或者以太网模块与云平台无线通信连接。其中，移动通信模块可以采用 GPRS 模块、4G 模块或 5G 模块。机器人沿着电气高压室人行道寻测，红外线测温仪对电气高压室内开关、倒闸、电缆终端头、变压器、互感器、绝缘子进行温度信息的检测，检测数据通过红外线测温仪传送给处理电路，并与连接处理电路的存储器中设定的参数作比较、分析，当温度高于设定的安全阈值，GPS 定位电路将当前的位置信息发送到处理电路，处理电路发送位置信息云平台并对当前位置进行标记，移动终端也可以从云平台接收到位置信息。若绝缘子温度过高，那么有可能是积尘过多，存在污闪等现象，需要工作人员进行细致的排查。
4 安科瑞变电所电力运维云平台介绍及选型
4.1 云平台概述：
按照电网公司的统计，10kV及以上供电电压等级的工商业用户有200万户以上，此类“用户侧变配电所”产权归电力用户所有（工商企业、住宅小区、学校、医院等），虽然数量众多，但是日常的运行维护工作比较传统，普遍存在以下痛点：
人工成本高：人工巡视、纸质记录、电话沟通，缺乏智能化的手段
工作效率低：巡视频率低、巡检任务无法定位、巡检过程不标准规范、巡检缺陷缺乏闭环跟踪；
安全隐患：有些用电单位无专业维护电工、无法即时排查电气隐患、隐蔽工程隐患检查难等难题；
抢修时间长：变电所设备种类较多，在分布上也比较分散，无法即时识别和定位故障信息，需要用户通知后到现场确认；
运行大数据缺少分析：有些用户未有数据汇总分析平台，甚至未安装电力仪表导致运维人员对现场电力参数信息不了解，无法确定电力系统是否正常运行。
4.2 应用场所
4.3 云平台架构
我司的运维平台综合运用综合保护装置、多功能电力仪表、母排及线缆测温装置、变压器温控仪、视频摄像头、水浸烟雾、温湿度、门磁等多种传感器统一接入变电所现场的边缘计算网关，经边缘计算网关将数据封装、压缩、加密后上传至云平台。实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动；实现用户侧变配电所的24小时无人值守，全面监测各配电回路运行状态，即时定位故障，降低安全风险。通过手机APP下发运维任务到zhi定人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程。将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度，即时发现运行缺陷并做消缺处理。为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核；响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备。
4.4云平台功能
4.5云平台配置方案
4.6产品介绍
AM5SE系列微机综合保护装置
功能
保护功能：主变差动保护功能、主变后备保护、三段式过流带方向带电压闭锁、三段式过流、零序电流保护、过电压；
低电压保护、大功率电机保护、高压电动机综合保护、PT并列功能、非电量保护、并网逆功率保护、检同期功能；
测量功能：保护电流、测量电流、零序电流、母线电压、零序电压4-20MA输出、直流测量；
通讯功能：提供RS485通讯接口，RS232维护接口，IRIG-B对时接口、USB升级接口，RJ45网口接口；
故障录波功能：保护动作时触发录波，可以记录故障前8个周波后四个周波的数据；
控制回路：自带操作回路，防跳功能；
GPS校时功能：提供时钟同步接口，接收GPS校时信号。
应用
35kV及以下电压等级的变配电站及设备的保护测控功能，至少包括35kV进线/主变压器（一般容量2000kVA以上）/PT/母联、10kV进线/馈线/配电变压器（一般容量2000kVA以下）/高压电动机/高压电容器/母联/PT等设备的保护和自动控制功能。
ASD300系列智能操控装置
功能
一次动态模拟图指示及自检带电显示、闭锁及自检；
核相、强制加热、强制照明；
语音防误提示；
人体感应及柜内照明、已带电语音播报；
分合闸、远方就地、储能转换开关；
分合闸回路完好指示/电压测量；
预分预合闪光指示；
断路器分合次数统计；
RS485串行通讯接口；
开关柜节点无线测温；
全电参量测量。
应用
35KV高压及以下中置柜，手车柜，环网柜。
ARTM-Pn无线测温装置
功能
接收60个ATE100/200/300/400；
3U3I电参量测量；
实时测温功能；
RS485通讯接口，通过标准的MODBUS RTU协议实现组网功能；
具备自检功能；
超温、高温、相间温差报警、温度突变量告警功能。
应用
变电站、配电室、箱变等。
APM810系列多功能电力仪表
功能
准确度等级：有功电能0.5S级，无功电能2级；
测量功能：三相电压、三相电流、分相及总有功功率、分相及总无功功率、分相及总视在功率、分相及总功率因数、频率、需量；
电能计量：分相及总双向电能、四象限无功电能；
电能质量监测：2-63次分次谐波、总（奇、偶）谐波测量、电压波峰系数、电话波峰因子、电流K系数测量；
输入输出：2路开关量输出（选配MD82模块可扩至8路）；
及2路开关量输入（选配MD82模块可扩至26路），开关量输出；
可配置为报警输出或远程遥控，DO用作报警输出时可自由关联报警内容；
SD卡存储功能：用于电参量、电能、谐波等数据定时存储，波形存储等功能。
应用
适用于电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦等需要电力监控的场合。
DTSD1352导轨式电能表
功能
测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；
准确级精度：有功0.5S；
电流信号接入：直接接入10（80)A 经CT接入1（6）A；
电压信号：100V 380V；
通信：RS485接口，支持MODBUS-RTU或者DL/T645通讯协议。
应用
适用于政府和大型公建中对电能的分项计量，也可用于企事业单位作电能管理考核。
ADW300无线智能仪表
功能
测量功能：三相电流、电压、功率、频率、总正反向有功电能统计、总正反向无功电能统计；
电能质量：电压、电流不平衡度，电压、电流总谐波及2-31分次谐波；
需量：电流、功率需量及实时电流，功率需量；
准确级精度：0.5s级 ADW300外置互感器型1级；
电流信号规格：100A输入 ，经互感器输入，二次互感接入；
通讯方式：RS485、 LORA无线通讯、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯。
应用
ADW300方便用户进行用电监测、集抄和管理，可灵活安装在配电箱中，可用于电力运维、环保监管等在线监测类平台中。
ARCM300系列电气火灾监控仪表
功能
测量：单回路剩余电流、4路温度、电压、电流、功率、频率、功率因数、视在电能、四象限电能；
保护：剩余电流、温度、过流等；
报警：声光报警，支持消音、复位操作；
开关量：1路继电器输出、4路开关量输入；
通讯方式：RS485、NB-IOT无线通讯、4G无线通讯。
应用
适用于智能楼宇、高层公寓、宾馆、饭店、商厦、工矿企业、消防单位以及石油化工、文教卫生、金融、电信等领域。
ANET智能网关
功能
数据采集（支持串口、以太网，只需配置即可兼容支持标准电力规约的各类仪表）；
数据上传（支持往上海分类分项能耗平台、宁夏电力需求侧平台、江苏电力运维平台、浙江电力运维平台上传数据）；
边缘计算（灵活的报警阈值设置、主动上传报警信息、数据合并计算、断点续传、数据加密、4G路由）；
远程管理（远程配置、远程升级、远程监视）。
应用
泛在电力物联网、能耗系统平台、电力需求侧管理平台、第三方云平台、预付费系统、运维系统平台、电力监控平台、能源综合管理平台。
4.7云平台现场应用图片
展厅现场 运维团队 采集箱内部图
高配现场 门磁安装 烟感安装
枪机安装 漏水检测安装 低压柜仪表
4.8平台价值
为电力运维企业提供线上运维服务平台，实时集中监测所有变电所用电情况、统一调度运维巡检安排，线上线下联动。
将企业集团/高等院校内广泛分布的变电所集中统一管理，提高运维效率、提高故障响应速度；
响应泛在电力物联网的政策，增加客户粘性，为后期的增值服务开展做准备；
为售电企业提供电能集抄服务，即时掌握用户用电量情况，避免偏差考核。
4.9访问方式
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4.10 典型案例
5 结语
（一）电气高压室机器人巡检监控系统大数据分析，成本低、操作便捷、维护简单、易于推广，可对电气高压室内电气设备实行 24 小时动态监测，对设备隐蔽缺陷经过大数据分析、处理绘制图形，可视化展示。
（二）电气高压室机器人巡检监控系统中电气元件连接处接触不良，把采集来大数据分析、处理在云平台可视化显示温度读数 , 及时处理，节省劳动量，提高高压室设备自然寿命和技术寿命。
（三）从设备的经价值工程理论 [1] 来看，一定范围内设备的生产成本与使用及维护成本存在消彼长关系。经过电气高压室使用电气高压室机器人巡检监控系统大数据分。析，高压室设备平均使用成本低处于 F0，经济效益好，高压室设备使用成本处于较低值。因此采用电气高压室机器人巡检监控系统的大数据分析的应用研究，大大的提高高压室带电设备供电可靠性。
（四）电气高压室机器人巡检监控系统利用云平台将通过大数据“一键分析”“一图呈现”实现电气高压室内设备的隐蔽缺陷实时监测与分析策略管理，解决制约电力设备隐蔽缺陷“剩余后一公里”问题，提高设备运行能力。
参考文献
[1]宋墩文,温渤婴,杨学涛,刘道伟,刘英志,马世英,李柏青.广域量测信息大数据特征分析及应用策略[J].电网技术,2017,41(1):157-163.
[2]张国清.基于电气高压室机器人巡检监控系统大数据分析的应用研究[J].信息系统工程,2020(7):28-29.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
作者简介
淮亚利，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为变电所电力运维云平台。