智慧輸電建設(shè)場景應(yīng)用研究

劉嵐 吳新橋 李彬

（南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司 廣東省廣州市 510700）

1 引言

輸電網(wǎng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要載體，當(dāng)前隨著特高壓骨干網(wǎng)的快速發(fā)展，“強直弱交”的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)給安全運行帶來巨大壓力，且輸電線路點多面廣，通道環(huán)境復(fù)雜，長期遭受雷電、山火、覆冰舞動、地質(zhì)滑坡等自然災(zāi)害及外破影響，大面積停電風(fēng)險始終存在；同時城市電纜化率在不斷提升，各電壓等級電力電纜同通道密集敷設(shè)的情況不斷增多，火災(zāi)、外破等導(dǎo)致通道斷面喪失事件尤為突出。構(gòu)建更加高效的遠程智慧管控模式，全方位提升電網(wǎng)運維水平，實現(xiàn)重要輸電線路及通道狀態(tài)實時可知可控，是提升輸電線路抵御各類災(zāi)害能力、降低大面積停電風(fēng)險、確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的必然要求。

輸電線路智能化建設(shè)在狀態(tài)監(jiān)控、信息管理和運行維護這三方面仍存在一些不足[1]。在實際運用中受條件限制，成果不盡人意，主要是由于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建不規(guī)范、監(jiān)控設(shè)備無法大范圍覆蓋、監(jiān)控終端容易受自然環(huán)境影響、網(wǎng)絡(luò)配套設(shè)施不完善、終端設(shè)備穩(wěn)定性不夠以及信息收集的管理標準不夠規(guī)范等因素；在信息管理方面，智能化的信息管理更加詳盡，但尚未建立起完善的體系，缺乏完整的流程和制度，相關(guān)人員缺乏系統(tǒng)的培訓(xùn)和經(jīng)驗，導(dǎo)致信息管理人員無法有效掌握輸電線路運行狀態(tài)，不能及時發(fā)現(xiàn)影響輸電效率的問題；近年來輸電設(shè)備規(guī)模以年均超過5%的比例增長（高壓電纜保持年均10%快速增長），運維人員數(shù)量不升反降，輸電專業(yè)人才儲備嚴重不足，結(jié)構(gòu)性缺員問題日益突出，運檢效率和質(zhì)量提升緩慢。

在輸電線路外部運行環(huán)境日趨復(fù)雜，全社會對供電可靠性要求不斷提高，內(nèi)部專業(yè)管理更趨精益化的背景下，加快構(gòu)建智慧輸電體系，實現(xiàn)輸電專業(yè)管理的轉(zhuǎn)型提升，是應(yīng)對電網(wǎng)迅猛發(fā)展，彌補人員缺失嚴重，實現(xiàn)運檢提質(zhì)增效的必然趨勢。

2 智慧輸電建設(shè)價值分析

智慧輸電線路建設(shè)是通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析、云計算等數(shù)字技術(shù)，集成先進傳感技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等新技術(shù)和新材料、新設(shè)備，具備高度信息化、自動化、互動化等特征，將數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)要素應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，對業(yè)務(wù)模式、管理模式、商業(yè)模式進行創(chuàng)新和重塑，達到電網(wǎng)安全、可靠、綠色、高效運行的目標。

智慧輸電線路的建設(shè)能夠有效地提高電網(wǎng)安全性和電力系統(tǒng)效率、節(jié)省人工成本[2]。智慧輸電線路建設(shè)通過廣泛應(yīng)用智能技術(shù)，能夠提升電網(wǎng)安全性及可靠性，支撐綠色節(jié)能環(huán)保建設(shè)，促進模式創(chuàng)新和重塑；通過使用智能化平臺管理，可提供端到端的數(shù)據(jù)服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務(wù)流程和決策，實現(xiàn)端到端、點對點的扁平化管理模式，促進整體運營管控能力提升，保障電網(wǎng)高效運行。智慧輸電線路利用互聯(lián)網(wǎng)及其他智能技術(shù)，能實時準確的掌握輸電線路的狀態(tài)，降低巡查所用的時間；使用智能設(shè)備，能夠一定程度上替代人工，減少電力人員的使用數(shù)量，降低電力企業(yè)的人工成本，提高企業(yè)效益。

目前智慧輸電線路建設(shè)有待進一步完善，數(shù)字化轉(zhuǎn)型承接不足，數(shù)據(jù)分析手段較為單一，未能結(jié)合業(yè)務(wù)場景應(yīng)用進行深度挖掘，融合分析能力有待加強，智能技術(shù)應(yīng)用水平有待提升。因此，需全面梳理輸電領(lǐng)域典型場景，結(jié)合電網(wǎng)各業(yè)務(wù)場景對邊緣計算與云邊端協(xié)同的應(yīng)用需求，應(yīng)用云計算、人工智能、邊緣計算、5G等技術(shù)，支撐電網(wǎng)各場景業(yè)務(wù)應(yīng)用實時分析、決策需要，因地制宜逐步開展試點建設(shè)和推廣應(yīng)用，形成規(guī)模化場景應(yīng)用效應(yīng)。

3 智慧輸電全場景應(yīng)用

智慧輸電全場景應(yīng)用主要包括構(gòu)建數(shù)字化輸電線路通道、構(gòu)建數(shù)字化輸電線路通道、多維融合與協(xié)同自主巡視、智能操作檢修與動態(tài)防護、全景智能識別與及時預(yù)警、輸電線路的智能安全管控、智能防災(zāi)減災(zāi)與決策支持六大領(lǐng)域及其所涵蓋的具體應(yīng)用場景。

強化智慧輸電的場景應(yīng)用，加強輸電線路狀態(tài)實時感知與智能診斷：

（1）堅持需求導(dǎo)向，強化感知設(shè)備入網(wǎng)使用全過程管理，明確感知設(shè)備布點原則及設(shè)備選型標準，提升設(shè)備入網(wǎng)管控能力。

（2）運用多類型、多參量傳感器，開展紅外測溫、X光探傷等檢測手段，提升本體狀態(tài)感知能力。

（3）深化災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警應(yīng)用，合理部署通道可視化裝置，全面應(yīng)用圖像識別、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，提升輸電線路設(shè)備狀況感知、環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警以及風(fēng)險防控能力。

（4）全面應(yīng)用在線監(jiān)測、無人機、機器人等智能立體巡檢手段，積極推進“專業(yè)+輔助”人工移動巡檢，提升缺陷隱患發(fā)現(xiàn)能力。

（5）融合線路負荷、導(dǎo)線表面溫度、走廊微氣象等監(jiān)測信息和導(dǎo)體結(jié)構(gòu)信息，運用熱路模型邊緣算法和復(fù)合判據(jù)，提升線路動態(tài)增容預(yù)測能力。

3.1 構(gòu)建數(shù)字化輸電線路通道

通過構(gòu)建與多種信息對應(yīng)的輸電線路數(shù)字化通道，集成設(shè)備信息、作業(yè)信息、在線監(jiān)測、調(diào)度運行、環(huán)境信息等，形成輸電線路信息門戶平臺，實現(xiàn)輸電線路信息可視化，提供巡視規(guī)劃、場景模擬、隱患預(yù)測、技能培訓(xùn)等應(yīng)用，利用輸電線路數(shù)字化通道實現(xiàn)輸電線路的空間可視化展示與應(yīng)用，為生產(chǎn)管理提供支持。

3.2 多維融合與協(xié)同自主巡視

綜合邊緣智能、安全連接、圖像識別、實物ID現(xiàn)場交互、微源取能和移動應(yīng)用等核心技術(shù)，利用無人機、直升機、可視化、衛(wèi)星遙感等智能感知手段，結(jié)合人工移動巡檢，構(gòu)建新一代線路巡視體系，實現(xiàn)“設(shè)備、中臺、人員”的泛在互聯(lián)，空間上，從地面、空中和天上對架空輸電線路本體設(shè)備、附屬設(shè)施和通道環(huán)境進行全方位巡檢，形成空天地多維融合及協(xié)同自主立體巡檢；時間上，各種智能感知手段相互配合，巡檢數(shù)據(jù)共享，優(yōu)化巡檢資源配置。在平臺層，深度融入運檢業(yè)務(wù)，利用大數(shù)據(jù)、云霧計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)發(fā)展，深化可見光影像、紅外熱圖、激光點云等多源數(shù)據(jù)與運檢信息有效融合，開展多設(shè)備聯(lián)合分析，實現(xiàn)運檢業(yè)務(wù)智能輔助決策。

比如佛山供電局組建“空軍團隊”，該團隊運用多旋翼無人機、激光雷達無人機開展精細化、專業(yè)巡視，實現(xiàn)輸電線路的自動巡檢。在三水北部片區(qū)開展“智慧輸電樣板工程”，主要部署無人機機巢及在線監(jiān)測等智能設(shè)備，開展輸電線路智能化升級改造，計劃在2021年底完成三水北部片區(qū)的視頻全覆蓋，實現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)的無人化、網(wǎng)格化，并推廣智能運維模式。

該工程結(jié)合輸電駕駛艙、電網(wǎng)管理平臺等系統(tǒng)的支撐，對三水北部片區(qū)實現(xiàn)狀態(tài)精準管控、運檢質(zhì)效提升，建設(shè)能夠?qū)崟r感知、全息互聯(lián)、自主預(yù)警、智能處置的智慧輸電樣板工程（線路）。

針對輸電線路巡檢過程中存在的效率不高、巡檢不到位等問題，可以采用基于增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)的輸電線路多場景巡視方式，將增強現(xiàn)實技術(shù)與無人機巡檢相結(jié)合，對無人機所采集的數(shù)據(jù)進行建模與多場景的構(gòu)建，并結(jié)合智能可穿戴設(shè)備輔助巡檢人員以優(yōu)化巡檢過程，達到提高巡檢效率、減輕巡檢人員工作量的目的[4]。

3.3 智能操作檢修與動態(tài)防護

智能操作是指通過操作系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)表單對無人機、機器人、視頻監(jiān)控等進行遠程、自動操作，并通過無人機、機器人、視頻監(jiān)控等狀態(tài)信息、巡檢數(shù)據(jù)，判別操作是否有效，從而實現(xiàn)輸電操作的自動智能化。

利用無人機、直升機、機器人等輔助裝置，進一步優(yōu)化檢修作業(yè)流程，提升檢修效率，實現(xiàn)線路檢修智能輔助與動態(tài)防護；應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知關(guān)鍵部件及環(huán)境狀態(tài)信息，融合多源歷史數(shù)據(jù)及標準檢修方案，自動開展線路狀態(tài)評價并提出檢修建議，并利用云計算、遠程視頻、智能穿戴等多種技術(shù)手段，實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)全過程遠程監(jiān)測與安全管控。

3.4 全景智能識別與及時預(yù)警

輸電設(shè)備全景智能識別與及時預(yù)警應(yīng)用場景主要是通過電力傳感器、無線傳感網(wǎng)、人工智能、邊緣計算等技術(shù)手段的應(yīng)用，構(gòu)建輸電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)備立體感知、通道全景監(jiān)控、數(shù)據(jù)云邊處理、狀態(tài)輔助預(yù)判、安全智能管控、運檢效益提升，推進輸電專業(yè)管理模式向更智慧、更高效、更安全轉(zhuǎn)變。預(yù)警系統(tǒng)需要監(jiān)測判斷的線路及環(huán)境異常包括：線路覆冰、導(dǎo)線舞動、導(dǎo)線斷線、導(dǎo)線懸掛異物、接地短路、絕緣子閃絡(luò)、絕緣子裂痕、桿塔傾斜或倒塌、桿塔偷盜、和桿塔附近施工引發(fā)的外力破壞等。

利用多種傳感器技術(shù)，實時采集并分析輸電線路運行狀況、危險點圖像與氣象狀況數(shù)據(jù)，并傳輸返回調(diào)度中心，以實現(xiàn)遠程特殊狀況下輸電線路的檢測與故障預(yù)警[5]；并全面融合運檢專業(yè)多源數(shù)據(jù)，實現(xiàn)深度感知、風(fēng)險預(yù)警和全景展示，主動觸發(fā)多參量和多設(shè)備間的聯(lián)合分析并推送預(yù)警信息，完成各業(yè)務(wù)系統(tǒng)、個人移動終端、APP、智能巡檢機器人的信息共享，有效提升輸電線路狀態(tài)感知的及時性、主動性和準確性，為缺陷、隱患的及時發(fā)現(xiàn)、處置提供保障。

3.5 輸電線路的智能安全管控

智能安全與智能巡視、智能操作和信息建模有機互聯(lián)、信息互通和互為反饋，融入生產(chǎn)作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)風(fēng)險管控的一線貫穿，逐步以智能安全替代傳統(tǒng)管控模式，實現(xiàn)設(shè)備、作業(yè)、人身風(fēng)險管控，最終實現(xiàn)本質(zhì)安全。將各類智能技術(shù)覆蓋至輸電線路運檢作業(yè)的全類別和全過程，針對作業(yè)準備、人員資質(zhì)審核、作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)管、在線監(jiān)控、關(guān)鍵節(jié)點管控以及安全輔助等安全管控領(lǐng)域，通過安全輔助以調(diào)整或改變傳統(tǒng)管控方式，或通過智能方案取代傳統(tǒng)安全管控方式，將各類智能安全技術(shù)覆蓋方案預(yù)演風(fēng)險辨識、安全資格全局管控、安全措施部署檢查、行為模式在線監(jiān)控等管控場景。

3.6 智能防災(zāi)減災(zāi)及決策支持

完善基于輸電通道環(huán)境監(jiān)測信息的自然災(zāi)害智能預(yù)測預(yù)警模型，結(jié)合輸電全域網(wǎng)格化氣象監(jiān)測系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)多系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)融合。利用無人機航拍技術(shù)、地理信息技術(shù)、圖像處理技術(shù)和數(shù)值模擬計算技術(shù)，研究輸電線路走廊地質(zhì)災(zāi)害的自動勘測和建模系統(tǒng)，可得到穩(wěn)定、高質(zhì)、全面、準確的現(xiàn)場受災(zāi)信息，通過建立輸電線路各地質(zhì)災(zāi)害特征模型，能快速生成輸電線路二維走廊全拼圖和三維場景模型圖，巡查線路走廊周邊的多種地質(zhì)災(zāi)害，實現(xiàn)災(zāi)情的快速定位、準確定性等功能[6]，實現(xiàn)自然災(zāi)害的全景感知與預(yù)警決策。

建立智能防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)，將外部氣象數(shù)據(jù)與生產(chǎn)業(yè)務(wù)融合，推動生產(chǎn)運營與防災(zāi)減災(zāi)的智能化，進一步提升區(qū)域災(zāi)害預(yù)警和氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測的精細化、網(wǎng)格化能力，推動電網(wǎng)防災(zāi)抗災(zāi)從“被動防御”向“主動防御”轉(zhuǎn)變。利用信息化、智能化手段提升災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警、影響評估、決策指揮，實現(xiàn)輸電線路防災(zāi)減災(zāi)智能應(yīng)用。防災(zāi)減災(zāi)智能的應(yīng)用主要包括雷電定位監(jiān)測、山火監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、臺風(fēng)監(jiān)測以及自然災(zāi)害綜合評估。

4 結(jié)語

本文分析智慧輸電建設(shè)的基本價值，智慧輸電線路的建設(shè)能夠有效的提高電力系統(tǒng)效率、節(jié)省人工成本，并在此基礎(chǔ)上全面梳理輸電領(lǐng)域典型場景，主要包括構(gòu)建數(shù)字化輸電線路通道、多維融合與協(xié)同自主巡視、智能操作檢修與動態(tài)防護、全景智能識別與及時預(yù)警、輸電線路的智能安全管控、智能防災(zāi)減災(zāi)與決策支持六大領(lǐng)域及其所涵蓋的具體應(yīng)用場景，有利于支撐電網(wǎng)各場景業(yè)務(wù)應(yīng)用實時分析、決策需要，進一步完善智慧輸電體系建設(shè)。