CN210774140U - 一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及变电一次设备状态监测技术领域，具体涉及一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，包括采集、存储、分析和转发变电一次设备的可见光数据、红外热成像数据、噪音数据的巡视机器人本地监控系统、采集、存储、分析和转发变压器、高压电抗器的油中溶解气体监测数据的变压器在线监测系统、采集、存储和转发变电站内设备及环境的监控视频数据变电站视频监控系统、与上级业务系统进行数据交互变电站综合数据网交换机；本实用新型率先基于采集、传输、处理和融合技术实现多源异构系统的交互数据，克服了对设备实时状态数据归集融合不充分的难题，缓解了变电站设备管理和巡维人员的工作压力，提升了“机巡+人巡”的应用效果。

Description

一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统

技术领域

本实用新型涉及变电一次设备状态监测技术领域，具体涉及一种计及变压器监测信息的变电站巡视机器人系统。

背景技术

变电站是各级电网的核心枢纽，对站内设备例行巡视是保证电网安全运行的关键手段。随着电力系统稳定性的要求不断提高，人工巡视模式不但受劳动强度大、待检设备分散、恶劣天气干扰影响等客观因素制约，还受到巡视人员对设备的熟悉程度、业务水平、工作经验、态度、责任心和精神状态等主观因素制约。可见人工巡视亦逐渐凸显其客观不足和不适应透明电网发展趋势的迹象。同时，近三十年来人工智能技术得以迅速发展，特别是传感技术、机器人技术不仅在理论和实践上已自成系统，并在诸多领域广泛应用，取得丰硕成果。

针对传统巡视模式不在满足新一代电力系统发展趋势的问题，电网企业采用新形势下的先进传感技术、机器人技术等新技术、新手段改进巡视模式，减轻运维人员负担，保障设备运行稳定。在先进传感技术方面，南方电网公司在网省级层面已基本建成设备状态监测评价中心，实现数据融合及实时监测；国家电网公司在智能监测方面的探索初见成效，基于物联网的设备状态及运检资源感知体系，可实现电网设备、运检资源（人、车、装备）信息互联互通。在机器人技术方面，国家电网公司在2015～2020年电网智能化规划指南中指出，至2020年将全面推广小型化、工具化机器人，且各变电运维班组均配置巡视机器人。南方电网公司在智能技术在生产技术领域应用路线方案中指出，至2020年将推广实现变电站设备无轨式巡视机器人在220千伏及以上电压等级变电站全覆盖。可见，先进传感技术、机器人技术等智能技术正在深刻影响着电力这一传统产业的发展进步。

然而，设备监测、巡视机器人等系统的数据融合度不高，状态诊断分析功能的智能化程度不够，数据比对分析和运维决策等支持能力不足。主要存在问题包括1）由于未能贯通巡视机器人系统与设备监测系统，巡视数据未能真正融入变压器、高压电抗器状态监测评价流程，阻碍了全面客观分析设备状态。2）设备状态监测结果仅限于在本业务系统内流转，无法及时比对分析监测结果与巡检结果。3）变电站内投运的视频监控系统、油中溶解气体监测装置与无轨式巡视机器人的厂家多、型号多、私有协议多，缺少统一的数据规范，难以实现对变电站内设备智能运维类业务系统的集中化管理，也无法实现数据资源的优化调配与充分利用。

鉴于此，须针对集约化应用变电站内设备智能运维类业务系统的痛点难点问题，有必要充分研究、利用智能技术，协同应用设备监测系统、智能机器人等方面提升设备智感、智测智控的技术水平，研发计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，实现对变电站内变压器、高压电抗器等变电一次设备现场监测终端数据的统一接入和数据的统一管理，为设备状态评价、生产监控指挥提供决策依据已成为建设数字电网的基础条件。通过计及变压器监测的变电站巡视机器人系统为建设“数据驱动、全景可视、智能决策、高效指挥”的智能化生产监控指挥中心提供基础数据，达到设备状态智能感知和运行的目标。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，基于计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，可实现在巡视机器人本地监控后台、变电站视频监控系统、设备在线监测综合处理单元之间交互变电一次设备状态数据，并且应用巡视机器人本地监控后台服务器的监视查询、统计分析、预警诊断变电站内的设备状态。计及变压器监测的变电站巡视机器人系统的结构简单，维护方便，且扩展性好，适用于变压器、高压电抗器状态监测评价，具体技术方案如下：

一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，包括巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统、变电站综合数据网交换机；

所述巡视机器人本地监控系统用于采集、存储、分析和转发变电一次设备的可见光数据、红外热成像数据、噪音数据，并将分析结果转发至变电站综合数据网交换机；

所述变压器在线监测系统用于采集、存储、分析和转发变压器、高压电抗器的油中溶解气体监测数据，并将分析结果转发至变电站综合数据网交换机；

所述变电站视频监控系统采集、存储和转发变电站内设备及环境的监控视频数据，并将采集到的数据转发至变电站综合数据网交换机；

所述变电站综合数据网交换机用于汇集巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统的数据并与上级业务系统进行数据交互；

所述巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统分别与变电站综合数据网交换机连接。

优选地，所述巡视机器人本地监控系统包括无轨式巡视机器人、本地后台无线基站、机器人本地后台服务器、本地后台交换机；所述无轨式巡视机器人用于采集变电一次设备的可见光数据、红外热成像数据、噪音数据，并将采集到的数据通过本地后台无线基站传输至机器人本地后台服务器；所述机器人本地后台服务器用于存储、分析无轨式巡视机器人采集到的数据并将分析的结果通过本地后台交换机转发至变电站综合数据网交换机；所述无轨式巡视机器人、本地后台无线基站、机器人本地后台服务器、本地后台交换机依次连接；所述地后台交换机与变电站综合数据网交换机连接。

优选地，所述变压器在线监测系统包括油中溶解气体监测传感器、设备监测综合处理单元、综合处理单元交换机；所述油中溶解气体监测传感器用于采集变压器、高压电抗器的油中溶解气体监测数据，并将采集到的数据传输至设备监测综合处理单元；所述设备监测综合处理单元用于存储、分析油中溶解气体监测传感器采集到的数据，并将分析结果通过综合处理单元交换机转发至变电站综合数据网交换机；所述油中溶解气体监测传感器、设备监测综合处理单元、综合处理单元交换机依次连接；所述综合处理单元交换机与变电站综合数据网交换机连接。

优选地，所述变电站视频监控系统包括视频监控摄像机、视频监控系统服务器、视频监控系统交换机；所述系统包括视频监控摄像机用于采集变电站内设备及环境的监控视频数据，并将采集到的数据传输至视频监控系统服务器；所述视频监控系统服务器用于存储和分析视频监控摄像机采集到的数据并将分析结果通过视频监控系统交换机转发至变电站综合数据网交换机；所述视频监控摄像机、视频监控系统服务器、视频监控系统交换机依次连接；所述视频监控系统交换机与变电站综合数据网交换机连接。

优选地，所述变电站综合数据网交换机采用H3C S3600系列的交换机。

本实用新型的有益效果为：本实用新型率先建立了面向变电站内变电一次设备的变电站巡视机器人系统，基于采集、传输、处理和融合技术实现多源异构系统的交互数据，克服了对设备实时状态数据归集融合不充分的难题，缓解了变电站设备管理和巡维人员的工作压力，提升了“机巡+人巡”的应用效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，包括巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统、变电站综合数据网交换机；巡视机器人本地监控系统用于采集、存储、分析和转发变电一次设备的可见光数据、红外热成像数据、噪音数据，并将分析结果转发至变电站综合数据网交换机；变压器在线监测系统用于采集、存储、分析和转发变压器、高压电抗器的油中溶解气体监测数据，并将分析结果转发至变电站综合数据网交换机；变电站视频监控系统采集、存储和转发变电站内设备及环境的监控视频数据，并将采集到的数据转发至变电站综合数据网交换机；变电站综合数据网交换机用于汇集巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统的数据并与上级业务系统进行数据交互；巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统分别与变电站综合数据网交换机通过光纤连接。

其中，巡视机器人本地监控系统包括无轨式巡视机器人、本地后台无线基站、机器人本地后台服务器、本地后台交换机，且数量均为一套；无轨式巡视机器人用于采集变电一次设备的可见光数据、红外热成像数据、噪音数据，并将采集到的数据通过本地后台无线基站传输至机器人本地后台服务器；机器人本地后台服务器用于存储、分析无轨式巡视机器人采集到的数据并将分析的结果通过本地后台交换机转发至变电站综合数据网交换机；无轨式巡视机器人、本地后台无线基站、机器人本地后台服务器、本地后台交换机依次连接；地后台交换机与变电站综合数据网交换机连接。无轨式巡视机器人具备可见光检测功能（分辨率大于1080P）、红外热成像检测功能（成像像素大于320×240）、噪音检测功能（灵敏度大于-30分贝），且在行走过程中的最大速度不小于1.2米每秒、重复导航定位误差小于10毫米。无轨式巡视机器人可采用S-RB-ZX-A200系列的无轨式巡检机器人。

无轨式巡视机器人应用在变电站内的敞开式设备区域，无轨式巡视机器人在变电站内敞开式设备区域内采集主变压器、高压电抗器、电流互感器、电压互感器、并联电容器、并联电抗器、断路器、隔离开关、避雷器、阻波器、母线等设备的外观、温度及声音信息，并经本地后台无线基站传送至机器人本地后台服务器。同时，机器人本地后台服务器通过本地后台交换机与其他业务系统交互数据。

其中，变压器在线监测系统包括油中溶解气体监测传感器、设备监测综合处理单元、综合处理单元交换机；油中溶解气体监测传感器用于采集变压器、高压电抗器的油中溶解气体监测数据，并将采集到的数据传输至设备监测综合处理单元；设备监测综合处理单元用于存储、分析油中溶解气体监测传感器采集到的数据，并将分析结果通过综合处理单元交换机转发至变电站综合数据网交换机；油中溶解气体监测传感器、设备监测综合处理单元、综合处理单元交换机依次连接；综合处理单元交换机与变电站综合数据网交换机连接。油中溶解气体监测传感器部署在变电站内变压器、高压电抗器设备本体附近，油中溶解气体监测传感器的数量与变电站内变压器、高压电抗器数量一致，其余数量为有且仅有一套。油中溶解气体监测传感器具备监测氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳这七种特征气体的功能，且运行时的最小检测周期小于2小时。油中溶解气体监测传感器在变电站内变压器、高压电抗器设备本体附近采集此类设备的氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等七种特征气体，并传送至设备监测综合处理单元。油中溶解气体监测传感器可选用MGA2000、TROM-600G、ZF3000系列的监测传感器。

其中，变电站视频监控系统包括视频监控摄像机、视频监控系统服务器、视频监控系统交换机；系统包括视频监控摄像机用于采集变电站内设备及环境的监控视频数据，并将采集到的数据传输至视频监控系统服务器；视频监控系统服务器用于存储和分析视频监控摄像机采集到的数据并将分析结果通过视频监控系统交换机转发至变电站综合数据网交换机；视频监控摄像机、视频监控系统服务器、视频监控系统交换机依次连接；视频监控系统交换机与变电站综合数据网交换机连接。视频监控摄像机部署在变电站内变电一次设备区域，且视频监控摄像机的数量与变电站内变电一次设备区域的视频监控测点数量一致，其余数量为有且仅有一套。视频监控摄像机具备采集生成JPEG或MPEG4、H.264数据文件的功能，且最高分辨率不小于600万像素（3072×2048）。视频监控摄像机在变电站内变电一次设备区域实时采集变压器及高压电抗器等反映设备本体的外观、油位、温度测量结果的视频图像，并传送至视频监控系统服务器。视频监控摄像机可采用采用IVP4000 系列的智能终端。

变电站综合数据网交换机、本地后台交换机、综合处理单元交换机、视频监控系统交换机采用H3C S3600系列的交换机。

机器人本地后台服务器、设备监测综合处理单元、视频监控系统服务器具备采集、存储、分析、转发数据的功能，且采用I5 4460的3.2 GHz型处理器、HDD-1TB的企业硬盘、Windows 7专业版的64位操作系统。

巡视机器人本地监控系统与变压器在线监测系统、变电站视频监控系统之间通过变电站综合数据网交换机建立对接联系，接口技术规范满足《变电站通信网络和系统》（DL/T 860）、《变电站机器人巡检系统扩展接口技术规范》（T/CEC 159）的要求，主要内容如下：

1）变压器在线监测系统、变电站视频监控系统提供规范性业务数据并满足巡视机器人本地监控系统的数据接入、解析要求；

2）变压器在线监测系统监测的变压器及高压电抗器中氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等七种特征气体导入机器人本地后台服务器，导入方式增量更新，频次为每30分钟更新一次；

3）变电站视频监控系统采集的变压器及高压电抗器本体外观、油位、温度等视频图像实时导入机器人本地后台服务器，导入方式增量更新；

4）巡视机器人本地监控系统发现变压器及高压电抗器本体的外观、温度及声音信息存在异常后，可进一步比对分析变压器在线监测系统、变电站视频监控系统采集的信息，诊断设备的状态。

巡视机器人本地监控系统通过变电站综合数据网交换机与巡视机器人上级监控系统建立联系，系统交互规范满足《变电站机器人巡检系统集中监控技术导则》（T/CEC160）的要求，主要内容如下：

1）巡视机器人本地监控系统与巡视机器人上级监控系统的交互分为基础数据定时同步、控制指令实时操作、业务数据主动上送、视频图像实时传输、巡检地图离线更新等5种主要方式；

2）巡视机器人本地监控系统每日向巡视机器人上级监控系统更新包括设备部位模型、变电设备模型、机器人模型、视频模型、任务模型在内的基础数据。

3）巡视机器人上级监控系统可实时向巡视机器人本地监控系统发布包括机器人驱动控制、云台控制、运行模式、机器人控制权、可见光视频控制、红外热成像控制、音频控制、辅助设备控制在内的控制指令。

4）巡视机器人本地监控系统实时向巡视机器人上级监控系统更新机器人状态、微气象、巡检结果、报警信息在内的基础数据，以及定时更新变压器在线监测系统、变电站视频监控系统采集的设备状态信息。

在本实施中，为应用计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，需将变电站综合数据网交换机部署在变电站通信机房，并将机器人本地后台服务器、本地后台交换机、设备监测综合处理单元、综合处理单元交换机、视频监控系统服务器、视频监控系统交换机部署在继电保护室内。同时，巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统、变电站综合数据网交换机的配置、设置、分区均须满足《电力监控系统安全防护技术规范》（QCSG1204009）的要求。

机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统分别通过无轨式巡视机器人、油中溶解气体监测传感器、视频监控摄像机采集变电站内变电一次设备的状态信息，变电站综合数据网交换机承担机器人本地监控系统1与不同业务系统的数据交互，以对外发布任务。变电站用户通过办公电脑、变电站综合数据网交换机访机器人本地监控系统运维系统、查看数据。

不同用户通过计及变压器监测的变电站巡视机器人系统达成不同的工作目标。首先，变电站所属的变电管理所检修试验人员应用变电站巡视机器人系统掌握设备巡视监视数据、评价关键设备健康状态、分析设备共性问题、管控设备运行风险，并在包括重大活动及特殊时段保供电在内的生产任务中指挥决策；其次，变电站所属的变电管理所检修试验人员所属的巡维中心运行人员应用变电站巡视机器人系统制定并执行变电站的例行巡视、全面巡视、特殊巡视、专项巡视任务，并分析确认设备超温越限、温升越限、三相对比、仪表越限、位置状态告警信息。变电站巡视机器人系统作为生产监控指挥中心的基础部分，有助于实现电力生产的“数据驱动、全景可视、智能决策、高效指挥”，达到设备状态智能感知和运行目标。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，其特征在于：包括巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统、变电站综合数据网交换机；

所述巡视机器人本地监控系统用于采集、存储、分析和转发变电一次设备的可见光数据、红外热成像数据、噪音数据，并将分析结果转发至变电站综合数据网交换机；

所述变压器在线监测系统用于采集、存储、分析和转发变压器、高压电抗器的油中溶解气体监测数据，并将分析结果转发至变电站综合数据网交换机；

所述变电站视频监控系统采集、存储和转发变电站内设备及环境的监控视频数据，并将采集到的数据转发至变电站综合数据网交换机；

所述变电站综合数据网交换机用于汇集巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统的数据并与上级业务系统进行数据交互；

所述巡视机器人本地监控系统、变压器在线监测系统、变电站视频监控系统分别与变电站综合数据网交换机连接。

2.根据权利要求1所述的一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，其特征在于：所述巡视机器人本地监控系统包括无轨式巡视机器人、本地后台无线基站、机器人本地后台服务器、本地后台交换机；所述无轨式巡视机器人用于采集变电一次设备的可见光数据、红外热成像数据、噪音数据，并将采集到的数据通过本地后台无线基站传输至机器人本地后台服务器；所述机器人本地后台服务器用于存储、分析无轨式巡视机器人采集到的数据并将分析的结果通过本地后台交换机转发至变电站综合数据网交换机；所述无轨式巡视机器人、本地后台无线基站、机器人本地后台服务器、本地后台交换机依次连接；所述地后台交换机与变电站综合数据网交换机连接。

3.根据权利要求1所述的一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，其特征在于：所述变压器在线监测系统包括油中溶解气体监测传感器、设备监测综合处理单元、综合处理单元交换机；所述油中溶解气体监测传感器用于采集变压器、高压电抗器的油中溶解气体监测数据，并将采集到的数据传输至设备监测综合处理单元；所述设备监测综合处理单元用于存储、分析油中溶解气体监测传感器采集到的数据，并将分析结果通过综合处理单元交换机转发至变电站综合数据网交换机；所述油中溶解气体监测传感器、设备监测综合处理单元、综合处理单元交换机依次连接；所述综合处理单元交换机与变电站综合数据网交换机连接。

4.根据权利要求1所述的一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，其特征在于：所述变电站视频监控系统包括视频监控摄像机、视频监控系统服务器、视频监控系统交换机；所述系统包括视频监控摄像机用于采集变电站内设备及环境的监控视频数据，并将采集到的数据传输至视频监控系统服务器；所述视频监控系统服务器用于存储和分析视频监控摄像机采集到的数据并将分析结果通过视频监控系统交换机转发至变电站综合数据网交换机；所述视频监控摄像机、视频监控系统服务器、视频监控系统交换机依次连接；所述视频监控系统交换机与变电站综合数据网交换机连接。

5.根据权利要求1所述的一种计及变压器监测的变电站巡视机器人系统，其特征在于：所述变电站综合数据网交换机采用H3C S3600系列的交换机。

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