變電站電纜溝代運維系統(tǒng)的開發(fā)及應用

周小娜，章忠，謝旭峰，周宇翔，楊佳欣

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司泰順縣供電公司，浙江 泰順 325500）

0 引言

隨著電網(wǎng)智能化程度的提高，在電力系統(tǒng)中采用了很多信息化設備，以保證電網(wǎng)智能化功能的實現(xiàn)，這也使得變電站電纜溝中的線纜數(shù)量得到了增加，給變電站運維人員帶來了較大的運維工作量。由于電纜溝上面覆蓋了一層水泥蓋板，使得對電纜溝內部情況的監(jiān)測相對不足，一旦電纜溝中的線纜因小動物啃咬而出現(xiàn)了破壞，則可能會導致變電站的重要業(yè)務中斷。為此應加強對變電站電纜溝的監(jiān)測，一旦電纜溝中有小動物入侵，應及時發(fā)出報警信息，提高電纜溝的主動防御水平[1]。本文首先分析了人工智能技術的應用現(xiàn)狀，之后闡述了具體的基于人工智能的電纜溝代運維系統(tǒng)的開發(fā)原理及裝置的應用情況，對于提高變電站電纜溝的智能巡檢技術水平具有一定的價值。

1 電纜溝的運維現(xiàn)狀

在變電站的主控室中，各個屏柜中放置了很多電力二次設備，各臺設備相互之間要實現(xiàn)網(wǎng)絡通信，需要借助光纖或者網(wǎng)線。同時電力二次設備和位于戶外的智能終端或合并單元之間的通信還需要借助電纜，這些光纖、網(wǎng)線以及電纜都是位于電纜溝中。由于電纜溝中的空間有限，并且也放置了較多的電纜以及網(wǎng)線，變電站運維人員在日常的運維中，不會對電纜溝的內部情況進行過多的巡視。一般都是當變電站中的業(yè)務出現(xiàn)了問題時，才會將電纜溝上的蓋板掀開，對電纜溝內的線纜連接情況進行排查[2]。

這種運維方式較為被動，并且等到電纜溝出現(xiàn)故障后，已經(jīng)對電網(wǎng)的生產運行產生了一定的影響。如果是連接保護裝置的光纖出現(xiàn)了斷裂，則會使得保護裝置失效而無法使用，造成嚴重缺陷。為此可以采用電纜溝代運維系統(tǒng)，當裝置監(jiān)測到電纜溝出現(xiàn)了小動物非法入侵行為時，可以發(fā)出報警信息，從而使得對電纜溝的運維變得主動化。通過應用電纜溝代運維系統(tǒng)，可以有效提高變電站中設備運行的可靠性，保證電力生產業(yè)務不輕易發(fā)生中斷的情況。

2 基于人工智能的電纜溝代運維系統(tǒng)的開發(fā)

在基于人工智能的電纜溝代運維系統(tǒng)中，主要包括了電纜溝監(jiān)控終端、現(xiàn)場主機和監(jiān)控平臺服務器等三個主要組成部分。在電纜溝代運維系統(tǒng)開發(fā)中，可以利用人工智能技術，構建現(xiàn)場主機系統(tǒng)，通過現(xiàn)場主機，能夠和布置在電纜溝中的監(jiān)控終端之間相互通信，并對數(shù)據(jù)進行判斷[3]。當發(fā)現(xiàn)電纜溝中存在小動物入侵等異常情況時，則可以發(fā)送報警信息給監(jiān)控管理平臺，同時平臺還可以對產生警報的位置進行查詢，從而快速定位到異常的具體位置，以下詳細分析電纜溝代運維監(jiān)控終端的硬件結構，以及電纜溝代運維系統(tǒng)中的現(xiàn)場主機控制系統(tǒng)等內容。

2.1 電纜溝代運維監(jiān)控終端的硬件結構

雖然對于變電站電纜溝上的各個孔洞，都采用了封堵泥進行了封堵，但小動物依然容易入侵到電纜溝內，并且電纜溝也是變電站小動物入侵的重災區(qū)。在電纜溝的智能化代運維監(jiān)控終端中，需要使用到信號處理技術、傳感器技術等，尤其是振動傳感器，以便能夠及時檢測到小動物的入侵情況。在電纜溝代運維監(jiān)控終端的開發(fā)中，首先需要對監(jiān)控終端的硬件結構進行設計，可以采用模塊化的硬件系統(tǒng)設計思想，系統(tǒng)中的每一個功能分別由不同的功能模塊加以實現(xiàn)。圖1為電纜溝代運維監(jiān)控終端的硬件結構。

圖1 電纜溝代運維監(jiān)控終端的硬件結構

從圖1中的電纜溝代運維監(jiān)控終端的硬件結構中可以看出，在該監(jiān)控終端中起關鍵作用的是微控制器，通過將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行分析，輸出控制策略，經(jīng)過功率放大之后，發(fā)出報警信息。電纜溝代運維監(jiān)控終端在通信方式上，可以選擇無線通信方式，使傳感器設備和現(xiàn)場的主機設備相互之間實現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)共享。同時還應該采取傳感器，用來采集電纜溝外的情況，以便多個角度來判斷是否有小動物入侵[4]。同時在電纜溝代運維監(jiān)控終端開發(fā)中，對于裝置中所采用到的電子元件，應把好質量關，并考慮到電纜溝現(xiàn)場應用的實際條件，應選擇散熱性能較好的電子設備，同時還應選擇在濕度較高的環(huán)境下也能夠運行的設備。

同時監(jiān)控終端應采用多種不同的傳感器，首先是采用溫度傳感器，當采集到的溫度數(shù)據(jù)超過了所設定的范圍，則自動發(fā)出報警信息。其次是采用局部放電傳感器，以便當電纜溝中的設備出現(xiàn)漏電情況時，能夠對微小的電流進行采集。再次是采用紅外線感應器，以便第一時間發(fā)現(xiàn)入侵電纜溝的小動物。如果采集到的圖像數(shù)據(jù)不符合小動物入侵的特征，則應禁止發(fā)出警報，為此應加強對小動物入侵數(shù)據(jù)辨識算法的設計，提高電纜溝代運維系統(tǒng)報警的準確性[5]。

2.2 電纜溝代運維系統(tǒng)中的現(xiàn)場主機控制系統(tǒng)

電纜溝代運維系統(tǒng)主要的分析及控制功能，都需要依靠現(xiàn)場主機實現(xiàn)，利用人工智能技術，可以構建現(xiàn)場主機分析控制系統(tǒng)。通過現(xiàn)場主機系統(tǒng)，能夠發(fā)現(xiàn)電纜溝溫度變化、小動物入侵、局部放電、火災等多種異常情況。其中檢測功能主要是通過軟件控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，加強電纜溝代運維系統(tǒng)中的軟件控制系統(tǒng)開發(fā)，是保障電纜溝代運維系統(tǒng)實際應用效果的關鍵。圖2為電纜溝代運維系統(tǒng)中的現(xiàn)場主機軟件控制系統(tǒng)運行流程圖。

圖2 電纜溝代運維系統(tǒng)中的軟件控制系統(tǒng)運行流程圖

從圖2的電纜溝代運維系統(tǒng)中的軟件控制系統(tǒng)運行流程圖中可知，首先是現(xiàn)場主機程序判斷電纜溝是否出現(xiàn)了入侵信號，如果是入侵信號再接著判斷該信號是否為干擾信號。如果不是干擾信號，并且滿足告警條件，如溫度、局部放電電流值等達到了告警的閾值，就可以啟動告警模塊，發(fā)出異常運行信息的告警，并且繼續(xù)進行電纜溝的監(jiān)測。如果軟件控制系統(tǒng)在運行的過程中，收到了一些干擾信號，則應忽略而不啟動告警模塊，防止出現(xiàn)誤告警或者是亂告警的情況發(fā)生，保證告警信息采集及上送的準確性[6]。

3 電纜溝代運維系統(tǒng)的應用

在目前的電纜溝運維中，也存在著當小動物入侵時，沒有及時發(fā)出告警的運維技術難題。通過應用電纜溝代運維裝置，可以實現(xiàn)電纜溝視頻監(jiān)測和燈光聯(lián)動，一旦電纜溝中出現(xiàn)了小動物入侵，則通過電纜溝代運維裝置中的視頻分析技術，發(fā)出相關的聲音及燈光等告警信息，驅趕小動物離開電纜溝，實現(xiàn)電纜溝的主動防御功能，保證電纜溝中的各類線纜不會受到小動物的啃咬而損壞。在變電站電纜溝視頻監(jiān)測中，可以結合遠紅外成像技術，確定電纜溝中是否是出現(xiàn)了非法入侵行為[7]。

電纜溝代運維系統(tǒng)在使用的過程中，由于電纜溝的內部情況相對較為復雜，既有平直段、也有彎曲段，無論是哪種電纜溝段，都應該保證系統(tǒng)的通信正常。同時對于電纜溝中的監(jiān)控終端的布置，應根據(jù)人工智能中的神經(jīng)網(wǎng)絡技術，對監(jiān)控終端進行合理的優(yōu)化布局，一般在每十五米的距離上就需要設置一個監(jiān)控終端，這樣就可以取得較好的應用效果。各個監(jiān)控終端在通信的過程中，除了需要使用路由器之外，還需要使用到協(xié)調器，保證通信數(shù)據(jù)信息能夠可靠傳送。同時利用人工智能技術構建的電纜溝代運維系統(tǒng)，還具有電纜溝火災報警的功能，借助溫度成像技術，對電纜溝中的溫度異常點進行可靠的辨識。一旦發(fā)現(xiàn)電纜溝中某個點的溫度達到了可能發(fā)生火災的閾值時，則應發(fā)出火災預警信息。今后隨著人工智能技術水平的提高，電纜溝代運維系統(tǒng)的智能化功能也將更加完善，對辨識電纜溝中的異常運行情況也更為靈敏，更好地保障電纜溝的可靠運行。

4 結語

強化對變電站電纜溝的運維，對于提高變電站中各類設備的運行可靠性具有重要的意義。本文系統(tǒng)分析了基于人工智能的電纜溝代運維系統(tǒng)的開發(fā)及實現(xiàn)原理，并介紹了電纜溝代運維系統(tǒng)的各類功能，在實際的電纜溝運維中可以加以應用。