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电网请来“5G管家” 懂安全第一还能指挥无人机走钢丝

2020-10-30 00:00 出处: 人气: 评论(0

安全要求特别高的电力行业,是5G在垂直行业的重要应用场景。

5G 巡检机器人代替人工巡视,既保证了运行人员的人身安全,又提高了巡视效率;借助5G高精度授时特性,电网可缩短故障处理时间45分钟;通过5G通道回传现场高清视频,变电运行人员即可远程操作控制……在南方电网,5G最新应用正在这里陆续落地。

“电网业务和其他应用场景有区别。”中国移动广州分公司副总经理杨鹏对第一财经等媒体介绍,“首先,电网安全要求特别高;其次,电网很多业务是一个广域覆盖的业务,而其他很多领域的业务场景只在一个区域里面,例如几百平方米的矿区。包括这次103平方公里示范区,以及整个南方电网未来5个省份的大量接入,都需要5G来支持,同时我们在大流量应用上也有很多场景。”

2019年开始,中国移动与南方电网在广州市南沙区明珠湾区域建立了国内最大5G智能电网应用示范区,应用场景达51个,目前已完成上线业务14个。

电力行业是5G在垂直行业的重要应用场景。电网业务类型丰富,包括发电、输电、变电、配电、用电、综合几大生产环节,对通信有不同诉求。对外界而言,较为传统、封闭的电网在5G、AI(人工智能)等新技术的应用下逐渐揭开神秘的面纱。

“5G管家”可协助指挥发电机

“电网业务场景怎么梳理出来的?主要是基于5G和业务的结合程度。南方电网公司组织全网把电网内需要通过通信通道来传输数据的业务梳理出来,和5G特性进行匹配,再把结合程度比较高的梳理挑选出来。“广州供电局调控中心通信科高级经理孙磊告诉第一财经。

智能电网在4G时代,受安全隔离性、时延、可靠性等限制,应用推广受限。5G网络大带宽、低时延以及海量连接的新型特点,以及网络切片、边缘计算等创新功能,为5G智能电网应用研究提供全新电力通信条件。

电力行业有自己的通信网,电力系统通信网是国家专用通信网之一,是电网调度自动化、电网运营市场化和电网管理信息化的基础,是确保电网安全、稳定、经济运行的重要手段。

不过,目前电力通信专网主要覆盖电网主网侧。南方电网总调通信处高级经理洪丹轲介绍称:“电力通信专网主要覆盖35kV及以上电压等级的变电站,10kV配电侧以及向下延伸的380V、220V用户侧是我们的短板。目前主要靠三大运营商的公网覆盖来支撑配用电侧的业务应用,如果通过电力通信专网覆盖,投资成本太高了。”

对于电力行业而言,在2G/3G/4G时代,电信运营商的公网不够安全,因此需要额外增加加密终端。孙磊表示:“5G以及切片技术解决了安全问题。”

5G解决了此前2G/3G/4G对电力生产控制类业务承载的能力瓶颈,网络切片技术为电网行业虚拟出一个“无线专网”,提供了端到端安全隔离解决方案,相比于以往的移动通信技术,能更好满足电网业务的安全性、可靠性和灵活性需求。同时,相较于有线光纤铺设方式,5G无线的布网方式可以按需建设,而光纤铺设成本高,建设难度大、周期长。

5G的高精度网络授时特性为电力行业的基本测量同步相量测量提供精确时标,为高精度故障精确定位提供可能;在精确故障定位方面,可有效降低停电时间,全面提升配电网供电可靠性,缩短故障处理时间45分钟左右。

据南方电网介绍,5G的低延时、高可靠特性一方面可明显改善配电网电压质量,向客户提供优质经济的电能,另一方面为电网与用户供需互动提供了更快速更有效的互动方式。

“电很难被存储。绝大多数情况是发出来就要用掉,所以电网需要反向调节控制发电厂,用电需求大时需要电厂多出力,用电需求小时需要电厂少出力,这些监控数据都要实时交互。”孙磊解释道。

而传统光纤网络无法满足配用电侧业务“点多面广”的业务需求,借力5G,配电自动化(FA自愈)、计量自动化、分布式能源接入等业务取得更大技术突破,实现配电网状态实时感知,有力支撑精准负荷、精准费控、削峰用电等自动需求响应。

机器人、AI高效运维

在5G AI 机器人等新技术的应用下,智能电网运维实现了空、地无人化和智能化,极大提高了运维效率。

在南方电网广州供电局变电管理三所500kV狮洋巡维中心,第一财经看到,地面的5G电力巡检机器人代替工人巡检,将巡检拍摄的视频实时回传与实时分析。

狮洋巡维中心正值班员江浩田介绍称,使用巡检机器人后,减少了每天固定两人次的人力支出,而且能够极大保证运行人员的人身安全。“这里面有非常多设备,每个设备都有监控它的表计,我们还要对变压器进行红外测温,工作非常繁琐。人工场地巡视的效率很低,而且有一定危险,因为你不知道会有什么意外,例如有高空坠物,尤其在台风等恶劣天气下。另一方面,变压器油箱里面有绝缘油,只要一出现故障,整个变压器就相当于一个油箱一直在烧。”

同时,传统机器人终端使用自有AP网络进行系统后台与终端通信,存在网络易被黑客攻击、任务下发缓慢、实时巡视画面清晰度不高等不足。采用5G进行通信后,在机器人终端安装5G通信模块,可避免网络被攻击的风险,保证高清实时画面回传,覆盖面广、传输速率快。

江浩田表示,常规模式下,一台220kV主变(压器)停电,需安排变电运行人员至少两人次,耗时小时级,现在升级为一键顺序控制模式,通过5G通道回传现场高清视频,辅助变电运行人员远程确认操作控制情况,大大缩短操作时间。一台主变由运行状态转为检修状态的操作,可缩短至10分钟。

除了地面巡检,电网工作人员还要对天空中的输电架空线路定期检测。广州供电局运维的输电线路约有8000公里,因架空线路地形复杂,线路长跨越大,传统人工巡视方式主要采用望远镜等方式,耗费大量时间和人力,每轮巡视周期约2个月,需投入人力约200人。

现在,该公司引入输电线路两栖带电作业机器人。机器人可沿输电线路“行走”。“可飞行”“可行走”的两栖特点弥补了传统无人机巡视续航时间短、受航空管制等短板。

南方电网方面介绍称,5G通信可减少对宝贵的纤芯资源的占用,利用5G切片,实现监控数据安全快速可靠的回传。通过无人机及两栖机器人辅助巡视,可大大降低人工巡视强度。

不管是电信运营商还是电力公司,线缆被施工或有意破坏一直是避不开的问题。据南沙供电局大岗所副所长郑欣介绍,2019年该公司遭遇外力破坏153起。通过结合视频监控、电子围栏以及无人机,5G也被用于防外力破坏应用场景。

4G信号带宽小、时延高,难以实现对现场情况的实时回传,光纤又无法在每个施工工地快速部署,利用5G 电子围栏,则可以对闯入区域的“异物”自动报警。

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