基于5G的变电站电气设备智能巡检技术

金龙,朱俊

摘要：随着变电站设备不断增加，设备异常情况显著增加，人员有限的情况下，出现异常状况时往往无法及时获取故障设备的告警信息，实现故障准确定位。同时，受限于变电站内Wi-Fi 通信的网络属性，数据传输安全防护不足；受制4G 网络带宽，多路视频回传数据质量不高，已无法满足日趋繁杂的变电现场数据传输。5G 网络具备超低时延、高带宽、大连接的能力，能够满足电站巡检需求，其支持网络切片也带来更高的安全性、实用性，可以满足变电站多样性业务灵活承载的需求。

关键字：5G；变电站；智能巡检

一、传统智能巡检中存在的问题

传统的智能巡检系统包括人工巡检和智能巡检机器人。人工巡检所存在的不足之处有以下两点：第一，巡检效率较低，在进行巡检的过程中，一般都是2-3人驱车前往各变电站进行检查，这样就会消耗巨大的人力物力资金，并且巡检的效率较低；第二，存在巡检盲区，由于设备比较复杂，肉眼难以观察设备的细节，导致存在一些视野盲区；第三，不具有实时性，机房设备种类非常多，人工无法及时将设备数据反馈给后台人员。而智能巡检机器人进行巡检的主要步骤是通过运用实时通信系统、后台软件以及供电系统等实现对机房设备和工作环境的全天候无间断、全方位的检查和巡视。智能巡检机器人的工作内容主要包含以下三部分：第一部分是自动巡检机房，第二部分是人工控制，第三部分是自行管理。通过智能巡检机器人的初步巡检，工作人员能够在智能巡检工作中对设备的运行状况有一个基础的了解，判断设备的使用情况和状态，及时对设备故障等问题进行处理。但是即便在使用智能巡检机器人的情况下，智能巡检中依然存在着一些难以解决的问题，就是智能巡检机器人必须依靠网络的实时性来工作。但是电力系统的大部分供电枢纽和变电站都建立在较为偏远的地区，传统的智能巡检系统所使用的网络难以满足该系统要求的实时性要求和系统性标准，部门更加偏远的供电枢纽和变电站甚至连网络信号都无法连接上，就有可能导致智能巡检机器人难以将巡检的数据及时传输至系统平台上，从而导致巡检工作无法顺利完成，影响电力网络的运行。

技术人员在利用智能化设施的过程中，可以通过对电子机房整体的特征来设计专门的智能监控巡检机器人来代替人工巡检，这种智能巡检方式不仅能通过对电力机房进行24小时实时巡检，节约人力资源，还能够为电力机房排除故障设施，保证其运行的安全性，从而更好解决电力通信网络中存在的种种问题。

二、5G通信技术的特点

5G指的是第五代通信技术，是历经4G网络之后的关键通信技术。通信技术由最初的2G不断升级，经历了3G、4G网络后逐渐过渡到5G网络，目前已完成了无线网络智能化发展。目前对于5G通信网络技术研究的主要方向是对虚拟信号进行传输时的有效保留和后期处理数据工作。5G通信技术在对光网络的回传以及前传中起到了重要作用，相较于4G通信网络，5G通信网络的优势在于对增强带宽、通信低延迟和物联网的发展和优化。

就现阶段看来，5G通信技术主要依靠无线技术和网络技术。其中，无线技术包含MIMO技术、高密度组网底数和编程等多种科学技术，网络技术则主要包含切片技术、网络重组和移动边缘计算机技术等。我国目前的5G技术已经取得了较好的发展，与已经全国大范围普及的4G网络相比，5G技术取得了很大的超越，比如，5G通信技术的速率是4G通信技术的数十倍之多，且容量也是4G通信技术的百倍甚至千倍，对于最重要的延迟问题，5G通信技术可以将其控制在5-10ms，甚至不超过1ms。因此可以看出5G通信技术代替4G通信技术已成为了必然趋势。另外，5G通信技术对于智能设备来说也非常重要，不仅能够满足当代智能手机和平板电脑等常见电子设备的对于网络的需求，还能够拓展到智能手表、智能电视等设备，满足了人们日渐丰富的物质需求和时代发展需求。随着科学技术的不断发展，5G通信技术的发展也会逐渐多元化，将逐渐推出更智能化的新技术，并带动通信技术相关企业的发展。

三、运用5G通信技术下的智能巡检方案

本文基于传统的智能巡检系统架构，探讨了以5G通信技术为基础的智能巡检系统，其主要由6部分构成，即巡检目标、巡检员、DCS/SIS、智能巡检终端、巡检数据处理中心、智能巡检可视化平台。对于巡检终端而言，其借助5G通信技术来实施无线通信，当完成数据采集后，会向数据中心进行传送，且由其进行预处理，与此同时，利用以太网，与可视化智能管理平台、DCS/SIS同步，建立能够将巡检完全覆盖的电厂智能巡检系统。

1、采集巡检数据

为了与变电站复杂生产环境相适应，为数据采集的实时性、完整性提供切实保障，巡检终端依据巡检环境进行不同规模、不同类型的5G通信模块、视频采集系统、传感器模组等的配置，其中，对于5G通信模块而言，主要用作终端之间的数据传输服务、高效通信。

需要指出的是，在整个智能巡检终端当中，视频及图像数据采集为其基础性工作，囊括多种重要数据，比如设备运行实况、各类表数据等，都需要即时回传。比如有无人机Li DAR扫描而得到的大量实时数据，需＞200Mbps的传输带宽。现阶段，一些4G通信网络的平均吞吐量能够达100Mbps，但仍难以满足上述要求。所以，需借助5G通信技术来提供更低延迟及更高速度，促进云服务访问速度的改善与优化，将实时传输图像所存在的各种问题有效解决掉，如延迟卡顿、清晰度低等。此外，5G通信技术能够将巡检工作对通信移动性方面的要求给予满足，为巡检终端在移动时与其他终端、数据中心之间的实时信息交互提供切实保障。

2、巡检终端控制

针对巡检终端而言，当其采集好数据之后，会产生大量的待处理数据，而5G通信技术当中的网络边缘计算，可以使端到端之间的网络延时大幅降低，平均＜10ms，可以较好的将无线连接中控制指令发送高延时问题给有效解决掉。比如图像数据，完成采集后，可向边缘计算节点就近发送，由其进行各种图像处理，比如目标跟踪、图像识别等，而边缘结算节点以此为基础，进行终端控制指令的下发。此外，数据能够向数据中心同步回传，实施预处理，最终可达到实时可视化监控巡检流程的目的。

四、结语

综上，智能巡检系统当中所充斥的各种巡检终端，对通信移动性、实时性及传输带宽等，均有着较高要求，既往的有、无线通信方式难以对上述要求同时满足，而对于5G通信技术而言，则能够为移动终端之间的稳定网络连接提供保障，促进数据传输迟延的降低以及巡检质量的提高。

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