多功能智能化变电运检全业务虚拟监护系统设计

杨旭，王瑞，赵灿，张勇，刘闯

（1. 国网湖北省电力有限公司荆门供电公司，湖北荆门，448000;2.湖北科能电力电子有限公司，湖北武汉，430000）

0 引言

本文充分研究当前变电站运维及检修工作实践中存在的问题，研发了一种多功能智能化虚拟监护系统，该系统综合了语音识别、导航、图像识别功能等，可实现变电运检全业务作业监护，快速识别现场作业安全风险点，提高工作效率，保障安全生产。

1 虚拟监护系统构架设计

变电站运检主要包括倒闸操作、运维一体化及变电检修等工作。随着电网的发展，公司面临的安全形势日益严峻，迫切需要加强对作业现场的安全管控并强化标准化作业流程。将人工智能技术应用到变电运检业务中，能够弥补运检人员因疲劳、疏忽和习惯性违章而导致的误作业、缺项漏项的发生，提高变电站全业务作业的规范性和安全性。

本系统采用模块化结构设计，以语音识别和图像视频处理为基础开发核心防误模块，从而提高系统通用性[4]。该系统可以辅助变电运检人员在变电站的全业务作业，对运检人员进行全过程监护，提高变电运检工作的安全性和规范性。系统功能框架图如图1所示。

图1 变电全业务虚拟监护系统框架

1.1 系统组成

（1）虚拟监护APP

基于安卓系统开发的虚拟监护APP程序，具备语音模块、图像模块和视频模块三大功能

1）语音识别

本系统采用离散隐马尔科夫模型的嵌入式语音识别系统的实现方法，在嵌入式系统上完成语音识别功能，在PC系统上完成模板训练，能在保证识别率的条件下提高实时响应速度，具有很高的实用性。监护系统终端根据运检业务项目顺序进行语音提醒，作业人员依次执行并进行语音回馈，若出现错误将告警并提醒作业人员仔细核对。

2）图像识别模块功能

根据设备类型完善虚拟监护系统中一、二次设备数据库，并通过图像识别功能与现场设备完美匹配，满足倒闸操作中对设备状态的识别。当虚拟监护系统中设备状态与操作票中设备状态检查项中的状态一致，则满足进行下一步操作的条件，从而实现虚拟监护系统对操作过程的安全监护。

3）视频通信模块功能

监控系统可远程摄像，集控站可通过视频实时查看设备的操作结果状态以及操作人员的操作进展。发现不规范或违规操作，通过监护系统终端及时提醒并制止。

（2）导航系统

具备定位建模模块、目标任务导航模块、偏航提醒模块。收集变电站各间隔、摄像头设备地理坐标信息，基于北斗定位技术建立二维坐标地图。二维坐标地图内嵌于移动智能五防终端，人员位置实时更新于终端二维地图，可以随时调用自己所处的地理位置坐标。变电站北斗导航示意图如图2所示。

图2 变电站北斗导航示意图

人员根据移动智能终端内置导航前往待操作间隔。若走错间隔、在不该待的间隔滞留过久，终端内置定位功能会提醒偏离导航，进行语音报警（同时发送信息到集控站进行提醒）。

（3）工器具管理模块

一种非接触式的自动识别技术，由标签、阅读器、以及天线组成。无线电信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的RFID电子标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。该技术可以通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

对变电站安全工器具、操作工器具进行在线管理，根据倒闸操作任务自动生成所需工器具清单，将离柜的安全工器具与操作任务中所需安全工器具进行对比，若出现错领或漏领的情况，工器具柜则报出告警信号至智慧监护终端。同时，集控站可通过智慧监护系统实现安全工器具的远程管理。工器具管理系统如图3所示。

图3 工器具管理系统

（4）数据处理服务器

包括倒闸操作知识库、变电检修操作知识库、运维一体化操作知识库[5-6]。根据任务可以自动生成倒闸操作票和检修作业标准化电子工作票。强大的支持平台是实现电子票智能管理的基础，可以有效进行变电运检操作的管理、保存、流转、操作情况统计分析汇总。

1.2 系统功能特点

该系统具备可靠安全校验功能，采用图像识别和语音识别全过程监护运检工作，通过现场人员与系统进行人机互动及时纠正不安全行为，根据变电运检业务类型具备不同的监护功能。

1）针对变电站倒闸操作，系统可根据当前任务单自动生成标准化电子操作票，供操作人员顺序依次执行；虚拟监护系统采用图像识别和语音识别模式完成倒闸操作过程的监护。

2）针对运维一体化工作，系统可根据当前任务单自动生成标准化电子巡视卡或作业指导卡，供运维人员顺序依次执行，并进行全过程监护。

3）针对检修作业，系统可根据当前任务单自动生成标准化电子工作票和作业指导卡，供检修人员顺序依次执行，并进行全过程监护。

2 变电全业务虚拟监护系统

2.1 倒闸操作监护模式

工作模式：虚拟监护系统根据调度操作指令内容，自动生成电子化操作票和工器具领用表，该系统使用北斗导航、AR视频识别技术实现防止误入带电间隔；操作票进入操作流程，监护系统会按操作票步骤逐条唱票，操作人员复诵，系统核对操作人员复诵语音内容是否正确，若出现错误则提醒操作人员仔细核对。操作票根据特定设备和特定操作任务而编写，根据操作规程，设备类型和操作术语倒闸票管理模块设定中的操作票专家数据库，可以很好的与现场情况匹配，满足实际操作票安全执行的需要。倒闸操作监护执行过程如图4所示。

图4 倒闸操作虚拟监护

2.2 变电检修监护模式

工作模式：终端接收工作任务单后，自动生成电子工作票与作业指导卡，并推送出标准化作业指导卡、现场危险点及相应的安全措施、需准备的工器具、材料等相关信息，由检修工作负责人进行人工确认。现场检修过程中，终端根据作业指导卡语音下达工作指令，并同步进行图像识别，对所操作的压板、人员位置、移动轨迹等状态进行比对判断，及时播报危险点。终端核实检修人员语音反馈与人员行为校准状态一致后，方能下达下一步指令。检修结束后，检修人员将试验数据录入系统形成闭环。变电检修监护执行过程如图5所示。

图5 变电检修监护模式

2.3 变电检修监护模式

工作模式：虚拟监护系统根据班组所辖变电站数量、类别、运维一体化中各项目的周期以及运维班组近期检修及倒闸操作任务，自动生成运维一体化中的工作任务清单。虚拟监护人系统根据工作任务推送该工作标准化作业流程卡、现场危险点及相应的安全措施、需准备的工器具、材料等，由工作负责人进行人工确认。现场工作开始后，虚拟监护人系统启动语音交互功能进行作业全过程管控；并启动视频监控功能便于集控站、管理人员进行现场监视。运维人员在巡视时，可将发现的缺陷录入系统等待处理。运维一体化监护执行过程如图6所示。

图6 运维一体化监护模式

3 工程应用价值和效益分析

本系统基于安卓系统开发的变电全业务虚拟监护系统，通过智能分析后形成电子任务单且充当监护人角色，综合导航功能、语音识别、图像识别功能，实现前端现场作业和后端管理的实时联动、信息的同步传输与存储以及数据的采集与分析，让变电运检现场作业更智能、更高效、更便捷。

1）采用虚拟监护系统辅助监护运检作业过程，可以最大限度避免误操作、缺项漏项的发生，从而减少电网设备、人身的损失。

2）导航功能保证作业人员进入工作区域是否正确；语音识别功能保证操作人员复诵准确无误，保证检修以及运维一体化过程中是否按照顺序执行了标准化作业。若有复诵信息和设备状态图方面的错误，系统立即给出告警提示，同时调度员与值班员亦会收到告警信息。

3）完善的变电检修全过程管理功能， 虚拟监护系统通过流程环节，实现变电站运检作业整个周期的无纸化作业。

4 结论

本文开发一种具备语音识别、图像处理和视频通讯功能的智能监护系统，整合北斗导航系统、视频监控系统、PMS系统等各个系统的数据，搭载智能终端，智能识别现场的安全风险，并及时预警和提醒，在现有操作人、监护人以外，构建了一位“AI虚拟监护人”，并将现场执行情况实时传送至集控站，在减少现场工作人员需求的同时大大增加了运检工作的安全性，有效提高了工作效率。