智能巡检“上天入地” 差动保护停电“零感知”
5G+智能电网释放潜能

信息来源:南方电网报  发布时间2020-05-01

  广东电网广州供电局研制的两栖带电作业机器人依托5G网络行动自如、起降灵敏。 徐涛 摄

  5G让智能巡检又稳又快。图为深圳供电局500千伏鹏城站智能巡检机器人正在工作。 黄志伟 摄

 

  “4G改变生活,5G改变社会。”不同于传统4G网络“一条管道、尽力而为”的工作模式,在5G时代,运营商可以基于统一的网络基础设施提供差异化体验的“虚拟专用网络”,以适配不同行业用户多样化业务场景对网络的需求。

  电网行业数字化转型战略对电力通信网提出了更高要求,而5G“大带宽、低时延、广连接”的三大原生特性,结合网络切片、边缘计算等创新技术,能够很好地匹配泛在、灵活、经济、安全、可靠的电力通信需求。

  南方电网公司自2017年已开展5G+智能电网应用研究,携手各方共建5G+智能电网生态圈。今年初,进一步明确,与国内电信运营商合作,促进双方在5G应用领域的互补与粘合。

  在5G的加持下,智能电网的应用场景被抱以巨大的想象空间。南方电网计划的5G+智能电网示范应用场景就有五十多个。那么,这些应用场景究竟有哪些?又将带来哪些颠覆性的改变呢?

  5G+智能巡检

  机器人即刻“起飞”

  在500千伏深圳变电站,深圳供电局工作人员在手提电脑上轻轻一点,站内的巡检机器人瞬间自如地开始工作。只见它沿着设定的轨迹缓缓前进,头部摄像头不时转动,对设备上的开关、压板、指示灯、仪表等进行识别和读数,与以往不同的是,此次担任信号传输的“使者”是5G网络。

  5G是新一代信息通信技术升级的重要方向,具有“大带宽、低延时、广连接”的优势。借助5G技术,巡检机器人在接受信息和任务指令、传输高清视频流时更加快捷,有效地提升了巡检效率。

  巡检是变电站运行安全的重要保障。随着经济迅猛发展,电网规模越来越大,输变电设备的数量也越来越多,智能巡检机器人便应运而生,500千伏深圳变电站5G巡检机器人更是南方电网首例。

  “以往,变电站的智能巡检机器人应用只能通过4G或WiFi网络进行数据传输。受4G和WiFi技术的上行带宽不足、时延高、安全性不足等限制,巡检机器人难以大范围推广。”深圳供电局相关负责人介绍道,“而5G解决了这些问题。”

  5G网络的速率是4G网络的几十倍。数据信息从网络一端传输到另一端所需时间低至1毫秒,快到“无感”。这使巡检机器人不仅能够实时接受信息和任务指令,还能实时把高清视频图像回传至指挥中心,对设备运行状况进行分析和诊断,巡检和运维效率大幅提升。

  在东莞供电局500千伏纵江站,5G无人机停机坪的建成揭开了全程自动无人机智能化巡视作业的新篇章。在疫情期间,该局在变电站特巡工作中运用“机器人+无人机”对站内设备实行“上天入地”式巡检,并应用智能巡检技术——5G无人机停机坪进行保供电工作。

  以往,变电站、输电线路设备巡视,须出动多名技术人员驾车携带无人机奔赴各巡视点操作,巡视影像需带回办公场所进行数据拷贝后才可供后方专家查看分析。而现在只需要值班人员下发“保供电巡视”任务命令,无人机即可自动执行巡视任务,在飞回停机坪自动更换电池期间,依托5G网络大带宽特性,以700兆比特每秒的高速率将高清巡视影像自动、实时回传至主站,使得后台指挥人员、技能技术专家等也能一同“跟随”无人机进行巡视。

  这打通了巡视现场与后方团队的衔接壁垒,还能极大减少巡维人员现场拷贝数据与现场操作无人机工作,为输电、变电基层班组减负。

  广州供电局创新研制的两栖带电作业机器人是集在线巡视和带电作业为一体的神器,当工作人员操作遥控器时,机器人腾空而起,可以稳稳当当地“挂”在离地近30米的导线上,当有飘挂物时,机器人还可以沿着导线轨道平稳走向飘挂物,机械臂上的刀具飞速旋转,三下五除二就把金属飘挂物拿下。

  “这种机器人能上天飞、下地走,避免了人工高空登塔带电作业带来的安全隐患。”广州供电局电力调度控制中心通信科科长孙磊说,“两栖带电作业机器人原本也可以用,但是有一定的局限性,传统的WiFi技术存在跨区中断的弊端,非电力业务对基站资源的挤占导致4G无法充分满足业务承载需求,在5G的加持下,可以满足网络的连续覆盖和大带宽,从而大大提升使用效果。”

  5G+应急通信 打造抗灾保电高速公路

  随着社会飞速发展,人们对电力保障的要求越来越高。应急通信技术则是抢险救灾、各类保供电的信息交互神经中枢。

  东莞供电局以电力应急通信保障车为核心,在广东移动优质5G网络支撑下,实现了保电工作的3个“实时”——保电作业数据实时回传、保电现场情况实时查看、现场指挥实时沟通,从而实现应急中心值班人员对保电现场全程现场可视、数据可看、决策可指挥。

  这些基于5G网络搭建的应急指挥中心、应急指挥车、便携式终端间的互联通信系统,为保电作业提供了一种移动式、高速、即时的数据传送方式,使无人机保电巡视工作较以往人工拷贝方式减少至少4小时的数据拷贝时间,大大提高保电巡视工作效率。

  去年12月12日,中国移动联合南方电网、华为公司和广东省电信规划设计院在深圳完成了5G电力应急通信测试。测试模拟地震、雨雪、洪水、故障抢修等灾害环境下的电力抢险救灾场景,通过应急通信车搭载5G基站进行现场支援,为现场多种大带宽多媒体装备提供大带宽回传能力,支撑现场高清视频集群通信、指挥决策。

  测试现场部署集群通信设备、高清摄像头、无人机等多类型终端,通过接入电力应急通信车搭载的5G基站连入5G网络实现现场集群通信,并充分利用5G大带宽的优势,将多路高清视频回传至远端的指挥中心,实现指挥中心对现场情况的实时监控,为指挥决策提供重要依据。

  “广东多发台风等自然灾害,我们需要发达以及完善的通信网络,将通信手段、通信措施延伸到每一个需要了解的细节。”广东电网电力调度控制中心通信管理部副部长付佳佳说。

  将来,在5G技术的加持下,在自然灾害、保供电等特殊场景面前,将可以进一步做到把全景状态实时传回指挥中心。“让决策团队不在现场,但是仿佛身临其境,以便集中智慧为下一步的工作作出科学决策。”付佳佳说。

  他提到,运用5G技术更可以形成一张“异构通信网络”,“异构通信网络”相当于把多种技术、多种方式、多种设备组建在一起,充分发挥5G、卫星、光纤、无线等通信技术的优点,变成一张完整的为人们提供服务的通信网络。

  “在自然灾害等场景下,电网可以协同运营商,充分发挥各自优势,融合多种通信技术共同组网,这样既可以保证电网在应急状态下的通信需求,也可以帮助运营商在极端环境下快速恢复通信能力,它的价值不仅仅局限在电网。”付佳佳介绍。

  5G+差动保护

  实现停电“零感知”

  南方电网公司也与中国移动、华为等通信领域领先的公司积极联合,在产、学、研、用各环节通力合作,并在深圳开展5G智能电网应用示范,其中,就包括年初在深圳坂田完成的全球首条5GSA网络差动保护配网线路测试。

  “差动保护是继电保护里性能最优越的保护之一,灵敏度和可靠性极高,被保护设备发现轻微的故障立马可以启动保护并正确动作,同时不影响其他设备正常运行。”深圳供电局电力调度控制中心继电保护部专责王廷凰介绍说。

  这就好比,当故障发生时,差动保护就像电网“大脑”,可对故障第一时间作出智慧判断,快到0.02秒即可实现自动隔离,大幅降低配网故障供电恢复时间,真正实现停电“零感知”。

  但差动保护的应用需将线路两侧数据进行比对,依赖于通信传输通道。经过多年建设,电力主网已使用光纤直连实现差动保护的覆盖应用。但是,35千伏以下配电网络,由于点多面广等客观原因,一直无法大规模地推广应用。

  “配电网络包含输电设备、变压器、配电保护设备、输电线路等,假如也按照铺设光纤有线连接的方式去大规模部署的话,无论铺设成本,还是建设难度都极大。”深圳供电局电力调度控制中心通信部专责龚立宽表示。

  “4G的特性不能满足我们差动保护的要求,我们要求是在15毫秒之内,现在5G低时延这个特性正好可以满足。”深圳供电局电力调度控制中心通信部主管周建勇说,配网要实现差动保护的突破,最重要就是通信手段升级,而5G正好是解决此问题的“药方”。

  凭借超低延时,5G网络可以代替光纤,精确运用差动保护技术快速隔离故障点,将故障隔离时间从秒级升级到毫秒级。最大限度地保障了用户用电需求,同时也显著提升配网管理效率。

  5G网络一项备受关注的特点在于切片技术。就像城市交通对不同车辆划分不同车道实施分流管理一样,差动保护、智能巡检等场景,都可以在5G电力切片技术下并行不悖。

  5G电力切片技术,为电网海量数据传输提供了更加安全、可靠、实时、高效的通信网络支撑,从而使得电网运营更智能、电网企业更智慧,也给电力用户带来全新的体验。

  南网传媒全媒体记者 韩晓彤 通讯员 祝凯 刘卉 徐浩 邹钟璐 陈成聪

  ■ 观点

  为何说5G改变社会?

  新基建大幕拉开,5G被寄予厚望。

  在中国经济新旧动能转换的关键节点,5G建设相当于是为下一轮科技创新做了一个打底的工作,无论是工业互联网、车联网还是各式的下游应用,在万物互联的未来,都需要5G先行,扮演国内新基建的龙头。

  新基建这一称呼区别于旧基建,所谓“新”更多是新在科技含量。那么,5G到底与之前的网络有何不同?5G在新基建中需要承担什么样的使命?

  综合来看,可以从三个方面来解释5G的与众不同。

  第一,从技术角度看,5G具有更加先进的技术特性,5G的接入速率、时延和连接密度等几个关键指标,与4G相比有一个数量级也就是10倍的提升。

  其次,从应用角度看,5G提供了更全面、更丰富的业务应用支撑,它定义了三大类业务场景,分别是eMBB,“增强移动宽带”,uRLLC,“高可靠低时延连接”,以及mMTC,“大规模机器通信”。

  这三大类业务场景可以说涵盖了今天能够看得到的几乎所有业务应用领域,所以5G业务应用范围,比3G和4G有了很大的拓展。3G、4G主要是面向移动宽带,也就是我们今天经常谈的移动互联网,但到了5G时代,应用拓展到了高可靠低时延的工业互联网与车联网以及mMTC物联网场景。

  第三,从产业特性看,3G、4G面向移动互联网,尚处在消费互联网阶段,应用以面向个人用户的生活和娱乐为主。与以往不同,5G时代互联网的发展已从消费互联网迈入产业互联网阶段,因此,5G的发展重心和业务增长点将在产业互联网和物联网领域,5G最重要的特点就是跟产业结合,实现万物智联,推动整个社会和行业的数字化转型,这是5G的最大价值所在,也是5G跟过去不一样的地方。

  5G的技术特性跟当今经济社会数字化转型的这种内在需求结合起来,将能够改变产业发展形态,就像大家经常说的5G改变社会。

  ■ 5G应用前瞻

  消息

  3G/4G时代,微信等社交应用把短信彻底边缘化,但5G时代,运营商“隆重”推出5G消息,希望能够重塑“短信”昔日辉煌。

  5G消息业务是终端原生基础短消息服务的全新升级,依照交互方式大致可分为两类:即个人用户之间,以及企业与个人用户之间的信息交互。对于个人用户而言,5G消息将打破传统短信对每条信息的长度限制,内容方面也将突破文字局限,实现文字、图片、音频、视频、位置等信息的有效融合。

  在5G时代,功能更强大兼具互联网属性的5G消息,将帮助运营商把短信业务重新唤醒,由于其同样具有社交属性,有可能帮助运营商打出一片新天地,蚕食第三方社交应用的部分蛋糕。

  视频

  5G高带宽带来视频传输的便利,这为5G视频的爆发创造了条件。4G时代,抖音、快手等小视频应用已经广受欢迎,在5G时代,有更好的网络条件,5G视频是最被期待的5G应用之一。

  游戏

  5G网络的大带宽、低时延,被认为将颠覆传统游戏行业,会出现大量的云端游戏。

  游戏放在云端平台处理好,玩家们无需购买昂贵的高性能设备就可以体验一些大型重度游戏。手游、PC游戏、主机游戏等游戏有望在5G时代都被云端化。

  智能制造

  为了更好地迎合消费者的需求、处理各式各样的状况,制造业需要对生产流程进行更精细的控制,近年来出现了柔性制造的概念。

  智能制造融合了5G、云计算和AI等技术,通过更加灵活高效的生产系统,能够满足柔性制造的需求,让企业快速应对快速变化的市场。

  工业互联网

  工业互联网的本质和核心是通过工业互联网平台把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合起来。5G可以帮助制造业拉长产业链,形成跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的互联互通,从而提高效率,推动整个制造服务体系智能化。

  无人驾驶

  无人驾驶,顾名思义,全靠信息化系统的智能驾驶来掌控车辆。在工业领域、特定园区,5G无人驾驶已经得到了很多应用。

  智慧医疗

  今年因为新冠疫情,5G等新科技被大量应用在疫情防控和医疗领域。很多5G智慧医疗方案得到了应用。多家医院开展了基于5G网络支持的远程手术、专家远程会诊等等。

  特定行业、特定企业定制解决方案

  5G作为信息基础设施,未来各行各业都将陆续用上5G、AI、大数据等新科技,从而形成针对特定行业、特定企业度身定制的解决方案。

  如果说三大运营商5G网络投资更多是拉动通信行业的投资机会,那么5G应用需要通信和IT技术融合来形成解决方案,这给IT行业带来大量的机会。

  南网传媒全媒体记者 韩晓彤 综合整理

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