5G技术在智能水电厂建设中的应用探讨

　　李斌

　　【摘 要】5G 技术作为一种最新移动通信技术已经在多个领域中得到了广泛的应用。5G 技术可靠性高，灵活性强，且容量大，网络延时小，所以在智能水厂的建设上也有比较大的用途。本文通过对5G 技术特点以及现阶段5G 技术应用于智能水电厂发展过程中存在的缺陷进行分析，并对5G 技术具体运用进行深入研究，期望对智能水电厂发展有所裨益。

　　【关键词】5G 技术；智能水电厂建设；应用探讨

　　在我国水电行业中，智能水电厂施工是当前工作中的一项关键内容，其主要指的是通过运用云计算、物联网、人工智能以及大数据等新兴技术，使得水电厂施工更趋向于智能化，从而推动水电生产不断更新与进步。在智能水电厂的建设过程当中，第五代移动通信技术的科学运用，可以将其整个内部的通信网络系统进行整合，从而使得传感器，无人设备等等都可以在这当中起到重要作用，促进数据收集与传输效率的提升，并且促进智能水电厂的高效、优质发展。

　　一、智能水电厂发展现状

　　自2008年前后，综合传统水电厂自动化系统中出现的众多问题，借鉴国际主流标准，业内多家设备厂家为水电厂的生产和经营提出一套智能化整体解决方案，开发出相关产品。在智能传感领域、光纤定子测温、无线传感器、噪音检测传感器的技术与产品等方面的研究逐渐深入，且工程化应用效果较好。在网络基础建设上，进行4G移动通信技术及局域网通信技术研究与应用，并在智能水电厂中构建低功耗无线传感网络，长距离无线传输网络，同样获得良好的应用效果。从工程实践上看，该智能水电厂现已应用于吉林白山，广西桂冠，新疆伊河，三峡成都梯调，东北电网丰满水电站复建项目，福建古田溪梯级电站，华能澜沧江小湾，国电大渡河瀑布沟电站以及国网新源仙居抽蓄电站等项目中，应用效果较好。

　　从整体上看，智能水电厂历经10余年，其内涵及外延均随科技发展及产业需求而不断充实升级，需要进一步推进“大云物移智”这一新兴信息通信技术同现代工业控制技术结合运用，助推水电厂提质增效。目前随着水电厂机器人、无人机、移动终端、高清工业电视、智能巡检仪等装置设备的使用，原有通信网络与技术已无法充分满足使用需求，需要探索建设一个能满足智能水电厂使用场景的全厂区无线通信网络。

　　二、5G技术特点

　　5G技术作为高密度的无线网络技术，其数据传输效能非常高，5G技术在4G网络的基础上加入了编码调制、多址接入等新功能，从而使无线网络中的频谱效率得以进一步的挖掘，无论是传输的效率还是功率都得到显著的提升。在无线网络架构方面，应用了自组织网络与异构超密集部署的5G无线网络，其控制功能和转发分离功能在智能性和灵活性上都有了很大的提升，并且由于网络节点之间的距离大幅缩减，从而达到了有效提高网络频谱效率和功率的目的，同时还能在很大程度上实现系统容量的进一步扩容。拥有更快的传输速度是5G技术最显著的一个特点。一般而言，5G无线网络体验速率为1 Gbps，峰值一般可以达到10 Gbps，比4G网络的传输效率快了近百倍。正是基于5G无线网络如此高效的数据传输，才能实现更加有效的信息资源的采集和传输要求。

　　除此以外，网络延时低也是5G技术最主要的特点之一。由于5G无线网络拥有极大的接入容量，因此可以在覆盖范围内实现大数量终端的相互联结，在采用5G技术后，能够在每平方千米内实现百万台以上的终端设备同时接入，并保证其运行效率不受影响。5G技术还能有效的增强移动宽带，大幅降低移动宽带的网络延时，使网络传输质量得到显著提升，同时大范围数据传输功能也能得到充分实现。此外，5G技术还进一步的优化了过去4G网络功能单一这个缺点，通过应用网络切片技术对5G技术中的通信网络进行逻辑划分，使其成为若干个虚拟网络。经过划分之后的各个虚拟网络中各部分均可实现执行独立网络功能要求，可通过单一通信网络来满足各种不同业务要求，使得5G技术网络适用能力得到了提升，也增强了网络灵活性，使得网络资源运维与管理更方便，并且5G网络在此之上还具备了一定开放性[1]。

　　三、5G技术在智能水电厂建设中的应用面临的挑战

　　（一）5G 技术有待成熟

　　尽管5G于2019年正式投入商业使用，移动通信正式迈入5G时代，但是5G还处于技术发展早期，核心技术、技术标准、设备质量及可靠性还有待成熟。水电厂是生产类企业之一，其对于水电站的安全生产评价更加严格，对于技术可靠性也有更高的要求。应用于水电行业的技术既要具备一定先进性，又要具备极高的可靠性与成熟度。5G是下一代移动通信技术，它的先进性是不言而喻的，但是在网络切片，边缘计算等技术成熟度与可靠性上仍需进一步发展，并需通过广泛场景化应用与校验才能保证水电厂工程应用本质上的安全性。

　　（二）5G 技术应用范围应进一步扩大

　　现阶段，5G技术以其优势，在智能水电厂的建设进程中得到了较为广泛的运用，但是就总体而言，它的运用范围还将得到进一步拓展，并发挥出更加显著的作用。在进行水电厂施工时，5G技术已经发挥出比较大的优越性，并且在综合运用人工智能技术、云技术以及物联网技术等技术的背景下，5G技术也开始在水电厂施工场景中得到广泛的应用，并且随着应用范围的扩大，5G网络建设的成本也会逐步下降，这样不仅能够提升智能水电厂建设的效率，同时还能更好的实现水电厂业务工作与5G技术的深度融合，随着5G技术应用力度的加大，可以有效地助力水电厂智能化和数字化的转变。

　　（三）5G 技术的安全防护水平有待提高

　　保障施工安全是水电厂建设的关键，因此在施工现场应用5G技术时务必要保证网络专用并实行安全分区，同时严格实施网络安全防护要求，防止出现无线信号被拦截或损坏的情况。为了最大程度的保障5G技术在项目建设中的安全性，相关单位及个人要严格根据国家加密技术相关要求对通信数据进行加密处理，然而由于现阶段建设成本等方面的限制，5G终端接入量还比较小，使得5G技术运用过程中安全防护措施受到限制，很难完全确保5G技术安全，也很难确保水电厂施工期间5G技术绝对稳定。

　　四、5G技术在智能水电厂建设中的具体应用

　　（一）各系统高精度授时

　　在智能水电厂建设中统一对时具有极其重要的意义，通过应用5G技术中的时钟同步系统，就可以准确的让水电所有系统都能在时钟上保持同步，这样一来，在有事故发生时，检修人员就可以按照各系统的开关顺序来快速排查和分析造成的事故的原因，从而更好的保障智能水电厂持续稳定的运行。倘若没有基于5G技术的时钟同步支持，就无法保障系统时钟的同步率，并且因为水电厂对时通道方面的制约，进一步加大了各个系统时钟同步的难度。因为单个系统很难连接到始终同步系统中，这就会导致各个系统时间无法保持完全一致，一旦发生事故，检修人员则难以通过调查系统记录的方式来对事故原因进行准确的判断。在应用5G技术之后，能够实现高精度的系统时钟同步，并且在对时通道上不存在数量限制，这样既实现了各个系统的准确对时，还可以实现高效率的数据收集和传输。在此基础上，还能够通过5G技术统一对水电厂各个系统实现监控管理，通过结合5G技术与继电保护系统，有效的实现水电厂辅控系统、故障录波系统、调速系统以及信息管理系统等与时钟同步系统的连接。此外，利用5G技术灵活性强的特点，无论是地下厂房还是隧道等布设内部网络难度较大的区域均可开展网络授时工作，从而使得水电厂内部各地区均能达到较好的高精度网络授时效果，便于水电厂内部各个系统统一授时。

　　（二）设备状态全息感知

　　水电厂对设备状态的全息感知就是综合应用各种传感器来实时的获取设备运行状态，从而更好的开展设备状态智能预警和故障诊断工作，并支持其检修业务。装置全息感知需给装置加装大量监测传感器，使用现有硬接线方式或者现场总线方式都会受成本、容量等因素的制约，同时不能满足实时性要求。尤其对于老旧电厂改造来说，信号电缆的再铺设费用更大。利用5G大容量，高速率和高可靠等特性，将大量监测传感器通过5G网络在本地访问，提高了设备状态数据获取的及时性和全息感知的能力，从而为设备状态监测和设备故障诊断提供实时数据支持。

　　（三）管理水电建设

　　由于水电厂总体施工状况比较复杂，因此水电厂建设工程比较困难。水电厂中涉及的施工范围较宽，且因地下厂房等原因会使施工难度进一步增加，总体跨度大，交叉洞室较多。建设工程施工期间，所涉及的内容比较多，并且操作起来也比较繁琐和困难，水电厂内部建设环境也不稳定，再加上之前网络的支持，建设效率并不理想，很难满足建设需求，给施工建设造成了很多不便。水电厂水电工程建设对自动化和信息化都有很高要求，借助5G技术，能够为水电建设工程建立起综合监测系统，对工程建设的真实情况实施实时监管，当施工过程中存在问题时，能够及时作出调整以化解其隐患，使项目施工的质量与效率大幅提升。在施工现场可以通过应用5G技术来实现智能挖掘机、无人驾驶运输车等施工设备的操控。在5G技术网络延时低的支持下，应用无人设备进行施工能够有效的提升施工效率，同时还能降低发生施工安全事故的概率，减少现场施工的人力资源投入[2]。除此以外，水电建设期间还需要在施工现场设置大量传感监测终端来确保施工现场安全。借助5G技术的灵活性实现了场地的网络布设，网络布设不便的地方也能有效的与网络终端连接，从而实现传感监测全方面覆盖施工现场，增强了施工现场监管能力与控制力度。

　　（四）无人巡检系统

　　在进行智能水电厂施工时，可以运用5G技术来实现施工现场的无人巡检。在5G技术的支持下，巡检无人机、巡检机器人等设备能够替代人工实现更加优质高效的施工现场巡检工作，为项目安全生产工作提供有效的保障。在5G技术开始普及应用之前，电力巡检的布放通常是采用无线通信技术来得以实现，这种布放方式需要在区域内设置较多的无线热点，成本投入非常高。而在5G技术应用中，因其具有网络延迟小、运行更可靠等特点，可实现水电厂内所有无人巡检设备高精准度管控[3-4]，确保施工现场安全，并可有效提升现场管控效率。基于5G技术的应用，施工现场综合网络布设可以使得巡检无人机，巡检机器人和其他巡检设备定时自动完成既定的巡检任务，并且可以将巡检图片实时上传至系统中，以便管理人员及时对巡检信息进行确认。通过将5G技术和计算机技术进行结合，可以智能识别巡检中出现异常图像，并自动定位和分析故障情况，从而大幅提升现场巡检的质量和效率。除此以外，在无人巡检系统的操作下，能够使巡检更为精准、更具时效性，更好地满足水电厂建设现场的巡检需求[5-6]。

　　（五）应急指挥与管理

　　水电厂建设过程中不可避免地会出现各种各样的紧急事故，如抢险、防汛等，需要紧急处理，在事故中，有线通信网络极易被破坏。但随着5G技术的运用，便可发挥它容量大的优势，临时设置施工现场的应急处理点及应急处理中心，在施工现场进行各项紧急事件全方位把握并及时了解，运用5G技术即可以准确判断事故情况，供现场管理人员参考，为紧急事故提供精确应急措施和参考依据。相关工作人员可以佩戴基于5G网络技术的智能头盔进行应急事件处理，如对紧急事件进行现场图片的记录和处置，可以及时传送给应急指挥中心，让应急指挥中心及时了解应急处理的情况和根据现场处置的实际情况科学指挥，保障施工现场紧急事件能得到精确、有效地处置。

　　结束语

　　总而言之，相比于过去的通信技术，5G技术具有极大的优势，它是当前通信技术的最新形式。在智能水电厂构建过程中应用5G技术能够更好的推动其数字化和智能化发展，而在5G技术运用之下，水电厂内部可实现各个系统高精度授时与设备全息感知，并且可强化对管理水电的构建与应急管理的指挥与处置，也使得无人巡检系统变得更为准确与及时。但当前5G技术在智能水电厂的应用还处在初步的探索阶段，随着5G技术的持续优化和发展，以及其与大数据和人工智能的深度结合应用，未来将可以进一步推动智能水电厂的高效、高质量发展。

　　参考文献：

　　[1] 杨一帆, 姚键, 吴祖辉, 等. 面向5G URLLC 业务的时延分析与无线超低时延技术研究[J]. 电信工程技术与标准化,2021,34(2):10-15.

　　[2] 黄山, 吴振升, 任志刚, 等. 电力智能巡检机器人研究综述[J]. 电测与仪表,2020,57(2):26-38.

　　[3] 柳玉宾, 纪宇飞, 梁振飞, 等. 水电厂无人机智能巡检技术的应用[J]. 水电站机电技术,2020,43(11):189-190.

　　[4] 戴理韬, 高剑, 黄守道, 等. 变速恒频水力发电技术及其发展[J]. 电力系统自动化,2020,44(24):169-177.

　　[5] 李爱华, 吴晓波, 陈超, 等. 5G 网络大数据智能分析技术[J]. 电信科学,2022,38(8):129-139.

　　[6] 王昕, 梁凌, 李庚达, 等. 智能水电厂的架构与功能[J]. 水电与抽水蓄能,2020,6(5):85-90.[7] 李朝祥, 马玉玲, 潘龙, 等. 基于云计算平台的现代企业人才能力水平评价系统[J]. 湖北农业科学,2023,62(S1):236-240，252.