智能巡检系统在牵引变电所运维中的应用研究

摘要：针对哈密供电段管辖的牵引变电所风沙大、昼夜温差悬殊、人工巡检难度大、风险高的痛点，本文开展了智能巡检系统的应用研究，并结合兰新高铁、兰新铁路沿线变电所的恶劣工况，重点介绍了系统在防风沙设备外观检测、大温差红外精准测温、强光环境表盘识别、风沙环境监测以及应急快速联动等场景的落地应用。实际使用结果表明，该系统能大幅提升巡检质量和工作效率，助力牵引变电所逐步实现“少人值守、集中监控”的运维新模式。

关键词：牵引变电所；智能巡检；巡检机器人；红外测温；风沙环境；哈密供电段

引 言

哈密供电段负责运维的牵引变电所，分布在兰新高铁、兰新线、红淖铁路等线路沿线。大部分变电所地处戈壁荒漠、大风频发区域，常年遭遇风沙侵袭、高低温交替变化和强紫外线照射，运行环境十分恶劣。传统人工巡检需要工作人员频繁前往风区、高海拔作业现场，不仅工作强度极大，还容易因为人员视觉疲劳、恶劣天气干扰，漏掉绝缘子积污、线夹发热等关键设备缺陷。为此，结合哈密供电段的现场实际工况，搭建了一套适配风沙恶劣环境的智能巡检系统，将巡检机器人、固定监测传感器和智能分析平台融为一体，实现全天候、无死角的设备状态监测。本文将从系统架构、核心技术入手，详细介绍该系统在牵引变电所日常运维中的实际应用情况。

1 智能巡检系统总体架构与核心技术

本次部署的变电所智能巡检系统，沿用行业通用的“感知层—网络层—平台层”三级架构，同时针对哈密当地风沙、大温差的特殊环境，对设备选型、系统设计做了专项优化升级，适配性更强。

在感知层，现场配置了室外轮式巡检机器人、室内挂轨巡检机器人，搭配双光谱红外可见光云台、固定监控枪机。其中室外机器人防护等级达到IP67，加装了防沙滤网和镜头自动吹扫装置，还配备宽温电池、密封行走结构，能适应大风、高低温天气；同时搭载风速传感器，可自动监测风力情况，大风天气能自动暂停巡检、规避风险。除了温湿度、SF6气体浓度、避雷器泄漏电流等常规传感器，现场还新增了沙尘浓度、室外环境湿度监测设备，能够实时研判绝缘子表面积污状态，提前预判绝缘隐患。

网络传输方面，采用光纤环网为主、5G公网为辅的双备份传输模式，即便在沙尘天气下，也能保障视频画面、监测数据稳定传输，同时严格满足电力安防隔离的规范要求。

平台层部署在段调度中心和部分变电所的边缘服务器上，内置AI推理引擎和大数据分析模块。核心算法做了针对性优化：采用改进版YOLOv8模型，解决沙尘天气下画面对比度低、设备识别难的问题，精准检测绝缘子破损缺陷；红外测温采用环境温度、设备负荷联合补偿的三相对比算法，规避昼夜超大温差带来的测温误判；表计识别融合暗光增强、字符校正技术，有效解决强光反光导致的表盘识别不清问题，适配当地强光作业环境。

2 智能巡检系统在运维工作中的实际应用

2.1设备防风沙巡检与绝缘状态监测

哈密地区风沙天气频发，瓷绝缘子、合成绝缘子极易快速积污，一旦积污严重很容易引发闪络故障。针对兰新线柳树泉南、思甜南等重点变电所，系统在机器人常规巡检流程中，专门增设了绝缘子串专属巡检点位。机器人通过低位仰角拍摄、侧光补光的方式，拍摄出清晰的绝缘子伞裙积污画面，随后平台通过深度学习模型，对伞裙积污区域进行灰度化处理，精准计算污秽面积占比，一旦占比超过12%，就会自动生成清扫预警工单，同时联动高清相机二次复核，避免误报^[3]。除此之外，对于门型构架、断路器套管等高空设备，机器人可通过变倍变焦拍摄，精准识别设备表面锈蚀、漆皮脱落等缺陷，运维人员在调度中心即可远程核查设备状态，不用频繁登高作业，大幅降低了高空作业风险。

2.2红外精准测温与热缺陷精准研判

牵引变电所的载流接头、设备线夹，长期受大风震动影响容易出现松动，进而引发设备异常发热，是运维排查的重点隐患。系统依托双光谱云台、巡检机器人搭载的高精度红外热像仪（分辨率640×480，热灵敏度≤0.03℃），对主变压器35kV/27.5kV套管接头、隔离开关动静触头、阻波器连接线夹等关键发热部位，开展周期性扫描测温。针对哈密昼夜温差最大可达30℃的特点，搭建了设备温度随负荷率、环境温度变化的动态基准模型。测温过程中，系统会自动比对同相三个测点的温度差值，线夹与导线温差超5K判定为一般缺陷，超10K判定为严重缺陷；同时同步记录设备负荷、现场风速、环境温度，精准区分是设备真实发热，还是风冷效应导致的虚假温升，大幅降低了测温误告警概率。

2.3智能表计读取与数据趋势监测

变电所内的指针式油温表、油位计、SF6密度继电器等设备表盘，容易因强光照射产生眩光、沙尘附着变得模糊，人工读数误差大、难度高。巡检机器人抵达预设点位后，会先开启偏振滤镜削弱强光反光，再通过多角度拍摄合成高清表盘图像，结合语义分割算法分离指针与刻度，搭配OCR字符识别技术，让表盘识别准确率稳定保持在98%以上^[1]。系统每小时自动采集一次关键表计数据，同步比对历史数据曲线，实现隐患提前预判。比如烟墩变电所曾出现主变压器凌晨油位持续下降的情况，系统通过分析油位下降速率，提前2小时推送预警信息，运维人员及时排查并处理了密封件渗漏故障，成功避免了设备停运事故。

2.4环境安防一体化监测与主动防护

除了电气设备状态监测，该系统还整合了风沙监测、水浸监测、门禁管控、视频安防等多项功能，实现全方位立体防控。在思甜、哈密南等变电所的电缆沟内，安装了水浸探测器，且设备与微型潜水泵联动，可自动处置春季融雪、降雨引发的沟内积水，防止积水倒灌损坏设备。室外布设的沙尘浓度传感器，可实时监测PM10浓度，一旦数值超标，平台会自动调高图像识别灵敏度，同时控制机器人缩短巡检间隔、加密巡检频次，最大程度降低沙尘堆积对设备绝缘的损害^[2]。

2.5应急快速联动与远程故障复核

当SCADA系统监测到保护动作、开关跳闸等故障信号时，智能巡检系统会根据故障发生区域，自动调度距离最近的巡检机器人或云台设备，快速启动“事故专项巡视”模式。机器人全速抵达故障设备区域后，实时回传可见光画面、红外热成像图，同步上传SF6气体浓度等监测数据。调度人员可远程直观核查故障现场，判断是否存在明火、冒烟、绝缘击穿等故障痕迹，无需工作人员贸然赶赴现场排查。整套故障确认流程可压缩至3分钟以内，全程录像留存，为后续事故分析提供完整依据。同时系统可一键生成带时间戳的缺陷记录，直接同步至生产管理系统，方便运维人员追溯核查、分析整改。

结束语

哈密供电段部署的这套牵引变电所智能巡检系统，精准适配了当地风沙大、温差大、强光照射的恶劣运行环境。通过硬件设备的防沙耐候优化、AI识别算法的场景化升级、多类传感器协同互补，实现了设备外观缺陷、热隐患、表计数据、环境安全的24小时全自动巡检。现场实际运行效果证明，该系统可有效替代人工高危巡检作业，不仅提高了巡检频次和缺陷排查的及时性，也为兰新铁路通道牵引供电设备的安全、稳定运行提供了可靠的技术保障。

参考文献

[1]梁超.铁路无人化牵引变电所智能巡检系统研究[D].中国铁道科学研究院,2022.DOI:10.27369/d.cnki.gtdky.2022.000100.

[2]代文平,陈纪纲,尹磊,等.铁路牵引变电所智能巡控机器人系统研究与设计[J].高速铁路技术,2021,12(4):69-72.

[3]李育冰.一种牵引变电所智能巡检系统的开发与应用[J].电气化铁道,2021,32(2):96-99+108.DOI:10.19587/j.cnki.1007-936x.2021.02.022.