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   LAN（Local   Area   Network，局域网）、5G TSN（Time    Sensitive    Network，时间敏感网络）等创新技术，提出基于5G确

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。

 

 

                             

 

▲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2张5G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Ⅰ区、Ⅱ区以及Ⅲ区、Ⅳ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2020年1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。

 

 

▲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。二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。