水电站智能巡检系统设计及思考

智能巡检应用设计思考有几个方面，第一个是技术融合，第二是模式拓展，第三就是系统联动，还有一些智能运检，最终的目的是做到数字电厂往智能电厂、智慧电厂的方式转变。

——华电集团贵州乌江水电开发有限责任公司东风发电厂数字电厂试点建设设计负责人白光辉

为快速适应新形势下发展要求，精准把握行业发展趋势，引领行业方向，促进新技术、新成果和新产品在智慧电厂领域的转化应用，华北电力大学技术转移转化中心与上海电力大学技术转移中心、中国华电集团有限公司生产技术部、中关村华电能源电力产业联盟等单位于2020年9月27-28日在上海联合举办“2020年智慧电厂论坛（第一期）”。北极星电力网、北极星电力APP对会议进行全程直播。

华电集团贵州乌江水电开发有限责任公司东风发电厂数字电厂试点建设设计负责人白光辉在分论坛1—智能巡检+安全专场作题为《水电站智能巡检系统设计及思考》的演讲。

以下为发言实录：

大家好！非常荣幸能代表我们华电数字电厂的建设在这里跟大家分享水电站智能巡检系统设计及思考。

我们华电在这块2015年就开始做数字电厂，当时还不叫数字电厂是智能电厂的概念，到后来也组织了一些会议，在行业内做一些专业论证，再加上一段时间的积累和行业标准的参考，把以前智能水电站的方式，到后来觉得还是起一个比较小一点的名字，就搞了一个数字电厂的建设叫做数字电厂。

今天分享的内容是东风发电厂试点的整个框架下的其中一个智能应用就是智能巡检，目前为止，其实从数字电厂的应用来讲，我们集团内部从整体数字电厂的架构，到水电里面的经济运行、巡检、大坝安全管理、技术监督还有一些其他的应用，大概有七八个应用，我们在前面的工作都是做了理论方面的研究和标准方面的制定，形成了系列的标准化体系。今天说的智能巡检只是其中的一个应用。

我从五个方面跟大家分享，东风发电长是乌江流域比较老的电厂了，机组是60多万千瓦的装机，因为说到智能巡检，跟它的水库或者是节水面积都有关系，这是简单的电厂介绍。

从巡检的现状来讲，我们为什么要去做这种智能巡检的工作，主要的理念就是要代替人工的巡检，其实我们在厂里面，水电站主要有几个方面，比如说设备运行指标和运行参数的符合方式，因为人去巡检，现在电厂基本上是两次，一天就是早晨再到另一个时间，每天两次巡检，其实人去巡检，每个人知识的结构过程是理解力是不太一样的，同样的时间段，有两个人巡检结果不太一样，虽然说是表面的现象有关系是差不多的，但是对巡检内容的理解到结论是不太一样的。比如说人去巡检，只是做了望闻问切的东西，看到、听到、再加上理解的。通过技术的发展，我想看的、听的、闻的这些东西是可以实现的，技术来讲没有问题。为了好实现一点，看的和听的在项目里面巡检考虑的，如果通过设备的系统或者设备去做巡检，基本上能替代人的方式，后面考虑到人去巡检，用机器替代他了，但是后台本身我在系统里面内置了人基本分析的方法，另外一点还有就是虽然我替代人，人不用现场跑了，关键的一些预警分析还是要人确认的方式。这里面有几个指标和运营方式是不是相符也是人解决的问题。还有一个就是现场中设备是否符合正常状态下的运行要求，再就是一些跑、冒、滴、漏的问题，前面这些是厂里面巡检的内容。

在水电站有一个水工建筑物就是大坝和水库，这一块在前期的时候巡检比较麻烦，但是这个不是天天巡检，是一个月，分一个时段去上那么一两次的样子。比如说真是大坝这边还好一点，边坡跑一次要好几天的时间，是这样的问题，这是我们这一个系统建设所解决的问题。

巡检方式刚才说到了按照常规的巡检路线来巡检的，在智能化、信息化和智能化水平依赖于人工检修工作受到很大的影响，比如说人的因素、天气、危险因素等等。

其实在这一块巡检我们主要发现一些设备的缺陷以及预防设备事故重要手段。目前人工巡检周期比较长，我们水库那边就更长一点。还有一些厂房里面比如说晚上巡检也出现一些不安全的因素。再一个就是在计算机监控里面存在报警、预警的方式，难以和长期历史的对比。再加上就是效率的问题，主要是这几个。

智能巡检结合了工业电视的系统，无非就是原来的工业电视换成无人机、机器人，让它更灵活的做，我们在这个项目里面设计的时候就是GIS室，我看到表计、测温等一些状况，我们这一台机组来讲，我们的开关站就是GIS，我们根据一些巡检的需求是有97个点位要去判断的，要去测的点位，这个空间里面我们考虑，如果都用探头都是比这个房间大一点的，大概两个那么大，如果装了97个探头大家可以想想是什么情况。因为GIS相对比较规整我们做了机器人的方案，通过一个设备来回跑的方式。

从我们智能巡检，就是在原有的工业电视的基础上，增加了新的监测手段、分析技术等组成了一个系统，这里面实现了可见光和表计识别、红外测温和状态识别。为什么大家都提智能巡检，从我们自己的理解，我们水电的需求是这样子的，首先表计的识别，我的表读数的方式，第二个就是红外测温方式，也是技术上比较成熟，很容易实现的，对于水电比较特殊一点的就是“找不同”，为什么叫“找不同”呢？水面上有一个船，有一堆漂浮物或者垃圾，我怎么去识别是一个船，还是一堆垃圾？这个不需要的，我只需要说水面上有东西，跟以前不一样了，这就可以了，这就是我们定义的找不同。还有库岸边坡也是找不同，还有另外一种库区边坡不能堆积一些东西，或者堆放其他的东西，这也是不允许的，我们是做了这方面的识别，它的识别跟表计识别是不一样的方式，这也是我们智能巡检里面智能分析的部分。

刚才还讲了巡检机器人，我们现在有点像水电站里面主要是用了GIS室里面，我们考虑是用轮式机器人，也考虑到轨道式机器人，这两种方式差不太多，但是从GIS室的巡检来讲，表计的安装也不像那种各个方向都有，但是确实是往一个面倾斜的，因为有一定的高度，高度就是人去看一下，但是机器人在地上跑确实一个机械臂，虽然是一个方向，但是不是那么好的角度，我不能说这个表拧一个方向，这个是不可能的，因为这是封闭气体，不可能动它。巡检机器人做这个项目的时候，也是做了一些功课，研究比较早一点，整个时间段比较长，国内来讲，电网公司那边做的相对好一点，这边也有一些科研机构、大学都在做，也相对比较成熟，其实就是载了一个什么样的装置。

无人机这块我们从变电站的巡线和变电站的角度主要是异物、状态、红外识别的方式，因为在这一块是电网公司用得比较多，我那天看了一下电网公司这边无人机比较多，将近2000架，2017年无人机巡检杆塔超过21万基，无人机是比较贵的，但是这个性价比高不高，电网公司运行统计来讲，对于发现问题或者解决缺陷用途是比较高的。

下面是我们巡检系统的建设，这个系统是我们业务应用的部分，建这个应用之前是做了前期的工作，首先在电厂建统一的基础平台来做，虽然智能巡检只是一个应用而已，但是为了实现这一个应用是一方面，我还有诊断、经济运行，还有智能预警这方面的东西，所以我要有一个统一的数据平台，至少把水电站的数据打通。巡检发现一个故障这来判断呢？人来判断，还有诊断系统做故障的诊断，要打通的是诊断和安全方面的分析，我们急需一个智能巡检系统平台，先建了平台又建了应用，将来基于这个平台做各种应用。

第二是满足电厂日常巡检要求以及增强电厂的设备监测内容和数据，工业电视的角度是为了生产服务的，但是为安全考虑的少一点，水电站的设备没有全部覆盖掉，通过智能巡检的方式把范围无死角的扩展到。

第三是提升巡检效率，降低人员工作强度。

第四就是实现与其他业务的节省，提升巡检效率。

巡检内容重要生产区域有几方面，水车室、发电机风洞、主变室、GIS室、开关站、坝区。水车室也需要人巡检，因为水电站很多是地下厂房，有一个对我的发电机下面就是高压水，我们防止的是泄露和漏水情况，还有水位的监测，怕一些故障的出现，作为巡检安全辅助的手段。

风洞主要是一些温度的监测，还有一些设备状态的监测，这个也是用到了红外和可见光的方式。

GIS室我们是安装了测量装置，是想把人巡检的振动、异响、噪声等等这些分析作为电厂频率比较分析。

其实主变主要是套管温度的东西还有表计的识别，这几个东西相差不大。我们在这个里面大概装了13台摄像机，就是固定的，比如说红外测温，我在两个角覆盖到就可以测到温度。

我们开关站是用了摄像机的边缘计算，这个比较简单，无非就是开和关，拍一些图片训练一下就可以实现了。

我们库区原来水电里面没有这方面的监测，这次通过项目引入了无人机的监测，大坝的上下游5公里吧，我们这块做的时候，可能无人机不是遥控的，是自主飞行的，机库比飞机还要贵，要换一些电池、调仓，这个调仓是红外可见光的和喊话器，因为我们水电站经常发现有人钓鱼，开一个船过去了，搞的比较疲惫，用喊话器进行驱离。

这个是拓扑结构，水电站有各个区域，离得不太远，但是我们属于厂房在山体里面打洞打进去的，这个到那个还是比较麻烦的，智能巡检是我其中应用的一个部分。我们整个建设内容是设备的安装和部署，我机器人、无人机是集成的，也不是我们自己做的，都是现成的东西，我集成在系统里面，后面我会说一些功能方面的东西。

再一个就是统一数据平台，这个也是我们认为数字电厂不管是应用的建设，还是数字电厂的建设比较重要的一块，这里面是数据的标准化、数据治理，是治理软件的开发。从我们集团公司来讲，通过统一数据平台这块已经有初步的眉目可以用了，但是数据质量治理这块有点缺陷，这一块还会继续的工作。

再就是智能巡检系统软件开发和部署，我们部署了电脑端的还有智能巡检APP的开发，智能巡检APP也叫数字电厂APP的小模块。

整个功能的话，巡检实时的监测，这块监测是对象的状态、数值、异常信息、可见光或者是分隔画面比例，就是实时看的，和监控有点类似。第二就是智能识别，包括图像识别、红外监测、音频识别，图像就包括表计、状态和找不同。取值分析主要是变化，就跟巡检和诊断，跟体检一样，前一次什么样，后一次怎么样搞一个关联分析，但是分析的数据模型不太一样，但是思路都大致差不多的。再就是巡检来讲，有一个对于电厂和管理上的需求，是巡检的结果和报告，这个通过报告报表的方式实现，为什么专门提这个事呢？因为巡检发现故障以后给前端提供一些数据，要和其他的系统联动。因为涉及到无人机机器人这方面，我就向前端设备的控制，我还要做的就是无人机机器人是不是没电了，我还要监测他的状态，检测设备的状态也要监测。状态监测是一方面，还有无人机的飞行的控制，路线规划有可能因为什么样的需求变化了巡检的内容，还要做一些调整，是想在这个上面做一些简单性嵌入的方式。

系统设置是数字电厂统一做的模块，不在这个系统里面专门开发，但是是基于统一平台做的权限管理、用户管理，再就是移动应用的设计。

其实这块预期效果和我的预测目标差不多，都是一一对应的。

现在说一下数字电厂的架构，咱们现在从前几年也有国网公司编的水电站叫1547的标准，行业标准我们也跑不了太远，我们集团也有自己的标准，我们大部分是老厂，新建的厂没有几个了，大概有十几个，可能开发周期比较长，我们服务的主要是老的电站，有的是几十年了，还有上百年了。在我们最初规划的时候，我们希望把一二三期都打通，后期发现老厂做动的，我们就框在三区里面。我们把一区、二区汇聚到三区去做的。我的智能巡检里面为什么没有人员定位的功能，我看很多大家的都有人员定位，我们水电站里面根据管理做了切分，其实巡检就是巡检，人员定位是在安防里面的，门禁各种方面的东西都放在智能安防里面了，侧重点不一样，因为有统一平台，把各个业务系统打通了，如果巡检想看哪一个人，机器是代替人，如果真是有人去也可以做定位，没有什么问题，因为数据都是共享的，都在平台上做的。所以我们在这块做了各个系统的区别，每个系统干专业的事。比如说我再东风做了巡检，我又把安防的门禁、智能钥匙、智能安全网都整进来，我这个系统就做不完了。

数字电厂平台里面有好几个系统，因为有一些老厂比较麻烦，还有一些老厂我建完了，厂家都没有了，我这个数据都捞不着了。刚才说了数据平台的状态，从各个系统里面抽取数据。

巡检在这个项目里面有统一平台，所有的硬件设备，比如说服务器或者是数据库这些东西都是在统一平台考虑的，我这个系统不建。假设过一段时间我又建了整件系统，我统一平台里面都提供这些条件，整个厂里面的管理来讲还是有一定的性价比，因为都是做虚拟机。现在也提到了云计算，但是我们对于一个厂里面来讲，其实实施那个东西有点没太必要搞一个云平台的方式，但是我们的思路就是在区域公司或者区域结构大的流域可以做一些云平台的建设。

业务我们分了几个层，这个图大家都差不多，只是做了一些调整，物理层、虚拟化层、数据中心层、服务层，还有应用层的方式，主要核心的东西，我认为就是自己的一些观念，应该说数据本身质量的治理工作，要形成数据资产其实还是有很大的工作去做的，我们实施的过程中，像乌江流域9个电站，33台机组，建设时期不同，厂家不同，我们数据不管是命名还是编码都不太一样，集合起来有坏的，也有不坏的，你都不知道哪儿的数据，这块工作大家都觉得建数据电厂，把数据接回来不就可以了，什么都可以用了，其实离数据的应用还有很远的距离。

再就是大家比较关心的，数据质量是一块，大家从管理的角度填各种各样的报告、报表，还有一种就是我要这个系统里面搞一下，那个系统里面又搞一下，系统之间联动，这是我认为数字电厂里面要关注的几个方面。

智能巡检应用设计思考有几个方面，第一个是技术融合，我想智能巡检边缘计算可以用到大数据，目前作为我们水电站来讲，这也是我个人观点，现在提大数据有点早，因为我建系统之前其他数据都不能用，何谈大数据分析呢？其实暂时的用一些取值预测可以做到，不是说技术达不到，而是说数据没有。再就是水电的故障不是特别多，我把一个电站，一个电站十年的故障搞出来也没有大的故障，没有故障也没有故障数据，只有正常数据，我只能做一些对比。

第二是模式拓展，我们是有搭了智能巡检的框架，比如说我们水下机器人是遥控的，我们厂里也有水下机器人，我们也去分析了一些原因，遥控下去，但是这些是单独的系统，没有接入，比较麻烦。

第三就是系统联动。巡检是一个系统，如果这几个系统还相对比较简单一点，不是特别多，如果从智能安防的角度就多了去了，定位的系统、门禁的系统、安防的系统等等，我们数字电厂里面推崇的是一个系统联动的，打通各个系统，其实数据上打通，功能上也要打通，这是我们在做智能巡检时候考虑的一个问题。

还有一些智能运检，这块刚才也说到了，最终的目的是做到数字电厂往智能电厂、智慧电厂的方式转变，像云大物移的技术肯定要用的，不是不用，只是什么时间用，慢慢的把水电站的智慧电厂的生态圈和技术做各方面的试点，慢慢的去推。其实有时候水电站运行那么多年，一下子从管理上改变认识也是有一定的难度的，毕竟习惯性的动作是不太好改的，通过我们技术的发展来做这些事情。

这块是我们自己也做了好几年了，我们刚才也讲到了标准，我们是先做的标准，然后再做需求定制，我们考虑到新老电站的方式，改建是占一部分，新建少一点，这方面两个方面都考虑了，再就是集团的无人值守的方向发展的，从技术上来讲，我可以做到无人了，但是管理上和安全方面还是有一定的难度。

比如说我们闸门提起来了，你说远程控制一下电机，没有问题，但是没有任何一个人说按一个按钮就把闸门提起来了，不可能的，都需要有领导在现场的。从咱们做方案，做理解，做实施，理解的可能比较理想化，整个电站实施来讲有很多问题，从管理上、安全方面有各种问题。谢谢大家！

（来源：北极星电力网，如需转载请完整转载全文不允许删减）