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带你读《扬帆远航 5G 融合应用实践精编》第二章电力行业2.2案例介绍(五)

简介: 带你读《扬帆远航 5G 融合应用实践精编》第二章电力行业2.2案例介绍

解决方案

(1)技术方案

基于电力行业对业务可靠、安全可信、可管可控的需求,该案例综合网络切片、多接入边缘计算、5G   LANLocal   Area   Network,局域网)、5G TSNTime    Sensitive    Network,时间敏感网络)等创新技术,提出基于5G

性网络的5G电力行业虚拟专网解决方案,青岛5G智能电网总体建设方案如图2-4所示。

 

 

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图2-4     青岛5G智能电网总体建设方案

 

 

该案例网络基于3GPP标准的5G  SA架构,打造了2张物理切片、4张逻辑切片。在电力广域场景下,分别面向电力生产控制大区、电力管理信息大区   建设25G电力广域专网物理切片,实现生产控制业务与管理信息业务的硬隔离;在各大区内部的区、区以及区、区之间采用逻辑切片,实现大区内部业务软隔离。在变电站等电力局域场景下,建设5G电力局域专网,利用5GMEC本地分流技术,满足业务数据不出厂站的需求;针对变电站内部业务提供局域专网切片方案,满足变电站业务和其他业务之间的隔离需求。

此外,青岛电网还建成了具有自主知识产权的5G电力切片网络管理平台,满足动态电力切片端到端定制、自动化部署的应用需求,实现5G切片的可管、可控,为5G在电力领域的大规模应用打下坚实基础。

(2)应用场景

该案例对输电、变电、配电、用电等环节开展5G应用探索,重点聚焦智能分布式配电、输电线路无人机智能巡检、输电线路超高清安全监测等应用场景。

1)智能分布式配电自动化   

早期的配电网保护多采用简单的过流、过压逻辑,不依赖通信,无法实现分段隔离,停电影响范围大。为实现故障的精准隔离,需要获取相邻元件   的运行信息,有集中式和分布式两种拓扑方案。其中,集中式配电自动化由   中心逻辑单元负责判决,就地逻辑单元负责就地的信息采集并处理、执行就   地保护跳闸指令,该拓扑采用云计算模式,可实现分钟级停电。分布式配电   自动化模式下的每台终端都可以起到中心逻辑单元的作用,就地执行跳闸操   作,可实现秒级甚至毫秒级停电。数字配电网对网络时延性能的要求极高,5G网络低时延特性可满足分布式配电自动化业务对网络的需求。

配电自动化终端通过内嵌5G模组或5GCPE( CustomerPremisesEquipment,用户驻地设备)等网关设备接入5G网络,监测配电线路实时状    态,各终端间通过5G网络进行信息交换,实现线路故障或设备故障的判断、定位、隔离和供电恢复,使配网故障处理时间缩减到毫秒级。青岛电网于20201月在崂山金狮广场、顾家变电站基于5G网络部署了智能分布式配电自动化业务,可实现故障自动就地隔离与不间断供电,有效缩小停电范围,提

升了供电可靠性。

 2)输电线路无人机智能巡检

近年来,无人机巡检作业在国网公司进入规模化推广阶段,已成为当前及未来电力巡检的主要手段。目前,无人机输电线路巡检方式面临三大问题:一是飞行操控难,专业操控人员培养周期长,操控精度要求高;二是数   据回传难,传统人工转储效率低,公网传输风险高;三是图像分析难,归档   分类数量大,分析处理耗时长。针对上述问题,青岛电网研发了基于5G      SA网络的图传模块,并引入北斗服务,实现了无人机巡检数据安全、实时、可   靠的回传。同时,该应用融入图像智能识别技术,最终可实现无人机自主巡   检、图像实时传输、缺陷智能识别,进而可用于辅助决策,解决了困扰无人   机巡检“操作难”“回传难”“分析难”的问题。

无人机巡检时拍摄的杆塔金具、绝缘子等重点部位图片通过5G网络实时回传至巡检管控平台,云端服务器借助先进的AI智能识别算法,建立典型缺陷对比库,对图片中的关键点进行特征值提取和缺陷识别,在图片中标注缺   陷位置,建立缺陷库。目前鸟巢、绝缘子破损等大尺寸缺陷的识别准确率可   达到90%,销钉缺失等小尺寸缺陷的识别准确率可达到70%,巡检工作效率提高百倍以上。该系统已在黄岛完成场外测试工作。

基于5G+北斗的无人机智能巡检系统如图2-5所示。

 

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图2-5     基于5G+北斗的无人机智能巡检系统

 

 

 

 

 

 

 

3)输电线路超高清安全监测   

传统的电力输电线路巡检为人工方式,需要专门配备电力人员定期到现场查勘线路、设备运行情况。传统巡检方式中,一是部分施工地点危险性高、巡检难度大,例如野外高压输电线路需要定期进行物理特性检查,一般   两个杆塔之间的线路长度在200~500m,巡检范围数千米长;二是人工作业存在效率低、不确定性等问题。因此,人工巡检逐渐由无人机、机器人等智能   巡检方式代替。

当前智能巡检设备通过内嵌的5G模组或5GCPE等设备接入5G网络,将设备上摄像头、传感器采集的巡检现场数据,通过5G网络实时回传至边缘云平台,经由边缘云平台的图像识别、深度学习等智能技术和算法处理,综合判   断得出巡检结果,取代人工现场巡检,实现巡检无人化与智能化。青岛电网   在崂山金家岭、顾家变电站等示范区已完成基于5G的输电线路安全可视化试点,实现高清视频实时回传,80%的情况下无须现场核实即可直接开展紧急   处置流程,解决了输电线路人工巡检安全隐患大且巡检效率低的问题,保障了全市120处长期施工点的生产用电安全。


  4   应用成效

该案例利用5G技术在输电、变电、配电、用电等环节实现自动化作业,提升电网的智能化水平。主要成效为:一是提升了配电环节故障的定位精准度和处理效率,供电可靠性提高至99.996%,极大地缩小了停电范围,实现故障自主就地隔离和不间断供电,进一步降低了客户停电感知和年均停电时间。是解决了困扰无人机巡检“操作难”“回传难”“分析难”的问题,提升了无人机巡检效率。按每年8000基杆塔巡检量计算,可节约2800小时·人,节约巡检费用50万元/年以上。三是大幅提升输电线路与变电站的巡检效率,降低巡检成本。可实现80%的情况无须现场核实即可直接开展紧急处置流程,每年可节省现场核查人力成本220万元。四是实现配网故障判断及定位,从而大幅降低电网线路抢修时间,提升电网整体运营的高效性、稳定性和可靠性,有效消除导线坠地、导线碰树与故障电弧引起的人身与财产安全隐患。

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