贾秉健 孙庆 袁金丽 赵波

（新疆信息产业有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830026）

在电网建设规模不断扩大的背景下，大量配电房得到了建设。在地域上分布广泛，使配电房巡检工作量急剧增加，单纯依靠人工巡检将受到人力物力限制，导致配电房运行存在安全隐患。设计智能综合巡检系统，融合多元传感技术加强各种可能影响配电房运行的因素监测，能够进一步加强配电房的运维管理，为配电房的可靠运行提供有力技术支撑。

1 配电房智能综合巡检系统设计要求

配电房所处的环境存在较大差异，可能因局放、漏水浸水、积尘等各种环境因素出现跳闸事故，严重影响配网运行的稳定性。设计智能综合巡检系统，需要对环境、电气设备状态、安防等各方面信息进行监测和控制，通过系统分析实时反映现场情况，发现环境改变、设备状态异常、非授权行为等问题，并通过联动控制有效预防事故发生。在物联网取得快速发展的背景下，可以运用多元传感技术使系统接入各类传感器，如温湿度传感器、烟雾火灾探测器、噪声传感器、水浸传感器、SF6 气体浓度传感器等等，通过与系统的风机、门禁等各种智能执行设备联动，能够实现配电房远程监管[1]。为此，系统的设计需要体现开放性，能够在开放平台下接入多种设备，支持各种平台软件，为多元传感技术融合提供支持。通过灵活配置各种功能模块，可以满足配电房不同管理要求，确保巡检内容能够一一实现。而模块增删不会给其他模块带来影响，同时可以提供二次开发接口实现容量扩充、功能升级，为配电网智能运维、智慧城市等系统接入提供支持，有效提升系统扩展性[2]。此外，应设计友好人机界面，提供工具化、图形化的操作模块，增强系统的可用性。

2 基于多元传感技术融合的系统设计方案

2.1 系统架构

按照系统设计思路，需要借助电力物联网实现多元传感技术融合。如图1 所示，为电力物联网框架，由感知层、网络层、平台层和应用层构成。其中，感知层包含各种传感设备和基础设施，能够对网络边缘节点进行智能处理，全面感知各种设备、设施和环境条件。网络层由各种通信网络构成，可以将采集到的数据传递至平台层。平台层由各种操作系统构成，可以实现各类数据处理，为数据开发应用提供支持。应用层为顶层结构，包含不同应用场景，能够通过大数据、云计算等技术实现。根据配电房巡检管理需求，需要对开关柜、变压器、视频设备、环境设备、安防设备等不同设备进行监管，同时需要加强环境监测，将各类信息接入到智能信息系统实现综合管理，满足远程运维要求。为此，需要综合运用物联网、大数据、云计算等技术，通过实现配电房智能化升级改造将设备运行数据和环境监测数据接入云管理平台[3]。通过大数据分析实现智能化分析和诊断，发现隐患及时消缺，落实巡检和运维管理要求的同时，保证配电房运行安全。

图1 电力物联网框架

系统架构建立在电力物联网框架之上，如图2 所示，将系统架构划分为应用层、平台层、网络层等多个层别。根据具体业务应用，可以开发系统应用功能，如系统权限管理、智能巡检等。平台层为电力物联网平台，能够实现终端联接管理、远程遥控等操作。网络层采用有线和无线两种接入方式，确保系统智能网关等设备可以顺利接入云平台，为系统运行提供支撑。边缘层可与终端单元建立可靠数据链路，保证终端设备顺利接入服务器节点，数据能够上传至云平台。终端层由各种传感器、检测设备等构成，针对变压器等设备进行监测，可以通过智能化改造使设备实现遥信等功能，确保系统顺利采集配电房的各种数据。

图2 配电房智能综合巡检系统架构

2.2 总体功能

从系统总体功能设计上来看，系统应当实现智能检测、环境监控、数据通信、巡检控制等多种功能。针对配电房内各种设备运行数据，应当实施智能检测，如对开关柜内接点温度、变压器局部放电等各种状态参数进行遥测，并根据设定阈值及时发送告警提示，完成异常参量记录。在环境监控方面，需要对配电房明火、烟雾、入侵等情况进行监控，并根据设定环境参量报警，达到全方位智能巡检的目的。在数据通信方面，需要利用电力物联网完成各种开关量、数字量、模拟量和图像等信息上传，确保系统能够利用大数据等技术完成信息检索、关联分析和综合分析，通过数据挖掘完成可能发生的事故预测，提前向人员发出预警[4]。利用巡检控制功能，根据系统分析结果可以实现风机、空调、灭火装置等设备的联动控制，也可以通过机器人进行智能巡检，通过红外测温、图像识别等各种手段实施集中监测监控管理，为系统诊断和设备管理提供可靠依据。对于巡检人员来讲，登录云平台后，输入配电房地理编码，可以迅速查找到对应操作系统，根据自身权限登录管辖站点系统，获取配电房各种数据信息。在软件界面，可以输入巡检任务，远程开展配电房巡检工作，了解各种设备运行状况和异常报警信息，实现配电房的统筹管理。

3 基于多元传感技术融合的系统设计实施

3.1 智能监测单元

在智能监测单元设计上，需要解决设备测温、局放检测等各种问题。如针对开关柜、变压器等设备，通过在接头位置布置传感器，能够实现温度监测。在局放检测上，主要通过轨道机器人实现，通过配备局放监测仪、红外传感器等设备，能够对发现异常的设备实施重点监测，获取全面的设备状态信息。在电气检测方面，通过实时采集设备相关电量数据，可以由平台汇总数据。经过系统处理和综合诊断，能够发现三相不平衡、温升异常、过载、短路等火灾事故隐患。通过控制配电房监控监测设备实施透明化监管，并通过手机、平板等移动终端实时反馈信息，为人员开展运维工作提供依据。运用物联网技术对配电房各种设备RFID 标识进行扫描，可以完成设备各方面信息的在线采集，形成完整设备档案，为实现设备的全生命周期管理提供支持。巡检人员通过系统整合设备信息，可以实现智能化跟踪和集中监控，提高巡检工作的自动化和智能化水平。

3.2 环境监控平台

在实现电气智能监测的同时，配合采用视频监控、图像识别等技术，系统可以实现现场智能执行元件的联动控制。在系统开展设备、环境状态测试时，将自动生成遥控执行命令消息文件，通过信息交互总线发送至监控平台，由平台解析后调用相应模块进行分析。如针对配电房开关、控制柜等设备，通过状态智能辨识，能够完成布防和撤防。制定遥测、遥信和遥控开关计划，可以实现遥控预置。在系统监控平台根据上传图像展开智能分析后，对配电柜表计、指示灯等读数和状态信号进行分析，可以判断设备运行状态，然后执行预置文。在设备控制过程中，平台将实时监控设备状态，根据反馈信息判断是否遥控成功，然后执行后续控制指令。在配电房环境监管方面，监控平台也可以根据温湿度传感器、浸水传感器等传感信号做出判断，通过与智能化执行单元联动加强环境管理，如监测到温湿度超标时通过控制空调、风机等设备调节温湿度。

3.3 数据通信单元

在系统数据通信方面，需要实现遥测、遥信和遥控功能，结合实际需求进行分块改造，将采集的各种信号顺利接入系统平台。如在开关柜信号采集上，可以利用已有支持通信的微机保护装置接入网关，直接实现数据上传。针对无通信功能的电气设备，需要加装智能采集装置，完成设备智能化改造，实现遥测功能。针对每一馈线回路，应在实施电流、电压等全电量监测的同时，监测漏电流、负荷侧温度，并接入消防信号。配置网关设备，可以与进线、母联监控模块联动，实现设备自投切控制。在环境监控方面，针对温湿度传感器、浸水感应器等传感器，可以利用现场总线统一接入网关，与系统管理平台进行数据通信。此外，为保证采集的图像等能够及时上传，需要利用以太网将视频装置、工控机等接入到无线集线器，通过巡检机器人和第三方设备交互响应，之后通过共有网络平台向执行设备发送指令。实际配电房采用的二次设备、安防设备等属于异构终端，在接口、协议、数据格式等方面存在差异。在接入物联网时，需要采用支持协议代理的通信协议组件，顺利完成多源数据融合，并满足异构数据解析需求，为智能网关边缘计算提供数据源。

3.4 巡检控制单元

在巡检控制功能实现上，需要通过智能网关完成边缘计算，实现设备异常告警、过载实时监控、电能质量异常展示等各种功能，为人员制定巡检计划和开展运维管理工作提供依据。从系统采用的智能算法来看，针对采集到的多维数据，将通过皮尔逊积矩相关系数法完成检验，并完成阈值设定。通过T 检验后，确定小于阈值证明相关性较弱，可直接滤除，否则将完成格兰因果检测。经过F 检验后，可以对关联度高的数据建立概率图模型，进一步进行预警分析，以变压器故障预警流程为例，如图3 所示。

图3 变压器故障预警的算法分析流程

在智能挖掘算法中，需要按照时间间隔获得采样数据集X1、X2、···、Xm，完成纠错、筛选和归类整理后获得多维序列数据集，然后进行相关度挖掘。建立概率图模型，利用式（1）计算因果权重：

在故障节点Xi拥有m 个独立祖先节点的情况下，可以根据节点和各祖先节点因果关系确定权重。将1 个月以上数据集当成是样本展开分析，能够顺利完成因果关系挖掘，根据监测数据诊断设备是否存在故障风险。根据故障严重程度，系统将采取短信通知、下发远程控制命令等不同处理方式，在紧急情况下执行分合闸、断电等操作，防止事故蔓延。

3.5 预期应用成效

应用智能综合巡检系统进行配电房监管，系统对设备异常事件诊断准确率应达到95%以上，控制命令执行准确率达到100%以上。在系统的支持下，人员可以实时掌握管辖区域内多个配电房运行状态，通过数据融合分析掌握线路和台区负荷特性，制定差异化巡检计划，开展状态维修工作。在配电房运维管理方面，可以根据系统设备告警及时处理各种事件，有效预防事故发生，并根据频繁发生故障类型提出有针对性的设备改造优化方案，保证配电房能够长时间稳定运行的同时，降低巡检成本和强度，提高配电房管理技术水平。

4 结论

在电力物联网基础上建立配电房智能综合巡检系统，能够顺利实现多元传感技术融合，通过对配电房设备、环境等进行遥测、遥控等实施集中管理，可以实时掌握配电房运行状态，通过联动控制处理各种异常，达成智能巡检效果。而应用系统管理多个配电房，能够减轻人员巡检工作强度，同时保证配电房的安全运行，因此能够助力电力行业的健康发展。