人工智能技術(shù)在變電站運(yùn)維管理中的應(yīng)用研究

聞立飛，孟 暉

1.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏 銀川 750000 2.國(guó)網(wǎng)寧夏電力有限公司固原供電公司，寧夏 固原 756000

0 引言

變電站承擔(dān)著電壓等級(jí)變換、電流匯集、電能分配、電壓調(diào)節(jié)等功能，其安全運(yùn)行直接影響電力系統(tǒng)的整體安全和穩(wěn)定。保證變電站的安全，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且難以滿足電網(wǎng)運(yùn)行和管理的需要。隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，變電站的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化水平不斷提高。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的在線監(jiān)控系統(tǒng)及巡檢機(jī)器人的引入，對(duì)變電站的各種設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行了全面的監(jiān)測(cè)，而各種來(lái)源和類型的狀態(tài)信息也迅速增多，逐步形成了典型的大數(shù)據(jù)特性。

1 人工智能技術(shù)概述

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1 算法豐富，應(yīng)用廣泛

在人工智能60 多年的發(fā)展過(guò)程中，涌現(xiàn)出了許多具有代表性的專家系統(tǒng)、智能優(yōu)化技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。人工智能算法主要包括遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法，以及最近的人工魚(yú)群算法、布谷算法、社會(huì)群體優(yōu)化算法等。深度學(xué)習(xí)是人工智能領(lǐng)域的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，在自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、生物識(shí)別、安全、醫(yī)療、交通、金融、能源等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

1.1.2 新的計(jì)算規(guī)則、模型正在出現(xiàn)

一方面，深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)、膠囊網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)算法與模型不斷更新；另一方面，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、知識(shí)圖譜等技術(shù)也在不斷發(fā)展，一些傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法也得到了人們的重視。

1.2 發(fā)展趨勢(shì)及熱點(diǎn)

1.2.1 算法

一方面，研究人員針對(duì)深度學(xué)習(xí)進(jìn)行了一些改進(jìn)，從功耗、解釋性、泛化能力和移植能力等方面進(jìn)行了深入的研究。在這些領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)將會(huì)是一個(gè)新的研究方向；另一方面，需要繼續(xù)探索新型理論和算法。

1.2.2 算力

考慮到現(xiàn)有的平臺(tái)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)安全和平臺(tái)特性，各大公司，包括傳統(tǒng)行業(yè)，將重點(diǎn)研究、開(kāi)發(fā)人工智能計(jì)算框架、平臺(tái)和芯片。

1.2.3 數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集的建設(shè)為人工智能技術(shù)的熱點(diǎn)，數(shù)據(jù)包括圖像、視頻、語(yǔ)音等通用數(shù)據(jù)集及行業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)數(shù)據(jù)集[1]，數(shù)據(jù)標(biāo)注工具也將智能化。

2 智能變電站的功能

智能變電站的智能控制技術(shù)主要有站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、一體化監(jiān)控系統(tǒng)、智能化輔助系統(tǒng)等。當(dāng)前，最常見(jiàn)的智能控制技術(shù)是序列控制，即一步一步地線性傳遞命令。同時(shí)，當(dāng)接收到信號(hào)時(shí)，控制裝置會(huì)迅速作出反應(yīng)，向下一級(jí)發(fā)送該信息。操作人員在第一時(shí)間作出故障判斷，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種控制裝置的工作狀態(tài)。報(bào)警功能是智能變電站取代人工電力系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要功能，是智能變電站的新的自動(dòng)化功能，是今后重要的發(fā)展方向。

（1）報(bào)警功能與變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連，使工作人員可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)監(jiān)測(cè)電廠的重要設(shè)施和操作狀況。

（2）除了操作所需要的控制設(shè)備和監(jiān)測(cè)工作環(huán)境的異常情況，智能變電站還具有紅外報(bào)警器、紅外探測(cè)器等多種報(bào)警器的功能。

（3）連接不同的開(kāi)關(guān)，當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)可以預(yù)先把開(kāi)關(guān)調(diào)到安全位置。

（4）智能變電站通過(guò)連接安全管理功能，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)使用者的權(quán)限、登錄環(huán)境，完整記錄使用者的操作。報(bào)警系統(tǒng)具有自動(dòng)控制的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值班的智能化改造。

3 變電站運(yùn)維管理中的人工智能應(yīng)用

3.1 遙測(cè)系統(tǒng)

遙測(cè)系統(tǒng)是指對(duì)遠(yuǎn)距離的被測(cè)對(duì)象的某些參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、傳輸和處理功能的系統(tǒng)，一般由輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、終端設(shè)備三大部分組成。按照傳輸信號(hào)類型的不同，遙測(cè)系統(tǒng)可分為模擬遙測(cè)系統(tǒng)和數(shù)字遙測(cè)系統(tǒng)。模擬遙測(cè)系統(tǒng)所傳輸?shù)男盘?hào)為模擬信號(hào)，因此，當(dāng)遙測(cè)參數(shù)中有數(shù)字參量時(shí),不需對(duì)其進(jìn)行變換，僅將其視為模擬參量傳輸即可。當(dāng)遙測(cè)信號(hào)有模擬信號(hào)時(shí)，數(shù)字遙測(cè)系統(tǒng)需要先將模擬信號(hào)采樣編碼變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后方能傳輸。在變電站運(yùn)維中使用遙測(cè)系統(tǒng)可以幫助工作人員遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)變電站故障，減少人工巡視的時(shí)間和人力成本，極大地提高變電站運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本。

3.2 遙視系統(tǒng)

人工智能遙視系統(tǒng)可全面監(jiān)視變電站，適用范圍廣，但也有一定的限制。變電站的人工智能遙視系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、錄像，并與其他裝置配合，具備安全門禁的功能。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，能夠準(zhǔn)確地提取、科學(xué)地分析監(jiān)控錄像中的細(xì)節(jié)，從而發(fā)現(xiàn)與設(shè)備故障相關(guān)的事件，并做出相應(yīng)的處置。目前，人工智能技術(shù)受到業(yè)內(nèi)專家的重視，并收到了良好的效果,功能較多，設(shè)備監(jiān)視是其中的一個(gè)重要功能，這一功能的實(shí)現(xiàn)依靠圖像處理技術(shù)。目前，傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法在實(shí)際應(yīng)用中尚未普及。人工智能遙視系統(tǒng)能夠從圖像中提取特征，為遙感數(shù)據(jù)的分析提供了新的思路。但目前人工智能遙視系統(tǒng)還處在起步階段，需要進(jìn)一步的完善[2]。

3.3 FTU/DTU 等模擬斷路器的應(yīng)用

隨著電力系統(tǒng)和“泛在”物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，配電自動(dòng)化產(chǎn)品的投資和使用日益增多，給今后的運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)了巨大的工作量和挑戰(zhàn)，其中包括饋線自動(dòng)控制終端（FTU）、DTU、TTU、開(kāi)關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜等各種配套設(shè)施。研制和使用10 kV 配電自動(dòng)化終端邏輯試驗(yàn)機(jī)，可以在不停電情況下，對(duì)配電自動(dòng)化裝置進(jìn)行仿真和試驗(yàn)，確保一次裝置的安全和穩(wěn)定，便于對(duì)線路設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，提高智能化管理水平[3]。

3.4 變電站重要設(shè)備狀態(tài)感知技術(shù)的應(yīng)用

隨著電網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)展，采用傳感器對(duì)變電設(shè)備和運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以為變電關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)參數(shù)。

（1）設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，這需要結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，重點(diǎn)是分布式機(jī)器學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)和增量學(xué)習(xí)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)變電站的可擴(kuò)展性和實(shí)時(shí)性[4]。此外，結(jié)合人工智能和邊緣計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)的計(jì)算。

（2）電力系統(tǒng)的狀態(tài)信息可以反映出許多問(wèn)題，因此，在故障診斷中應(yīng)用傳感器搜集電力系統(tǒng)的狀態(tài)信息十分重要，但必須重視人工智能技術(shù)的可解釋性、交互性和可操作性。

3.5 智能預(yù)警、智能決策的應(yīng)用

（1）智能預(yù)警：以“數(shù)據(jù)池”為基礎(chǔ)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析大量視頻、圖像，及在線監(jiān)測(cè)、驗(yàn)證、維護(hù)、故障等數(shù)據(jù)，結(jié)合智能預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)異常操作、設(shè)備行為故障檢測(cè)與智能預(yù)警、環(huán)境分析等。

（2）智能決策：通過(guò)建立故障評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)，依據(jù)故障特征和故障排除策略，通過(guò)智能分析模型的智能決策，將故障信息整合到數(shù)據(jù)庫(kù)智能決策中，并自動(dòng)判斷故障的種類，主動(dòng)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，從而提高故障處理的及時(shí)和效率，縮短故障處理的時(shí)間[5]。

4 人工智能技術(shù)在變電站運(yùn)維管理中的應(yīng)用措施

4.1 加強(qiáng)人員培訓(xùn)

人工智能技術(shù)在變電站運(yùn)維管理中的應(yīng)用效果與操作人員的操作行為、知識(shí)儲(chǔ)備密切相關(guān)。因此需要加強(qiáng)相關(guān)人員的培訓(xùn)，傳授人工智能技術(shù)理論與操作方法；同時(shí)，要加強(qiáng)思想教育，提高操作人員、巡檢人員的責(zé)任心和安全意識(shí)，要求有關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)變電站運(yùn)行管理的監(jiān)督，重視運(yùn)行過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，以預(yù)防安全事故[6]。

4.2 健全運(yùn)行維護(hù)制度體系

在智能變電站的管理與維護(hù)中，確保變電站的工作質(zhì)量與效率非常重要。為了維護(hù)體系的建立與完善，必須重視人工智能化技術(shù)的具體實(shí)施和規(guī)章制度的制定，通過(guò)變電站智能化運(yùn)維，可以有效地保障變電站的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)工作的質(zhì)量。故障發(fā)生時(shí)，規(guī)章制度讓相關(guān)人員有據(jù)可依，通過(guò)規(guī)范的流程處理故障[7]。

4.3 記錄并存儲(chǔ)故障信息

在設(shè)備的正常使用期間，故障是很常見(jiàn)的。維護(hù)人員應(yīng)及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障，確定故障所在，對(duì)故障進(jìn)行分析，并對(duì)故障類型做出正確的判斷。如果故障不嚴(yán)重，可以采取維護(hù)的方法。若發(fā)現(xiàn)故障嚴(yán)重、危險(xiǎn)性較大，應(yīng)立即上報(bào)有關(guān)部門，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，暫停生產(chǎn)。并收集有關(guān)資料，以便日后維護(hù)。對(duì)故障進(jìn)行詳細(xì)的記錄，以便以后的維護(hù)工作[8]。

4.4 重視智能變電站巡檢工作

在智能變電站運(yùn)維管理系統(tǒng)中，設(shè)備的檢測(cè)質(zhì)量直接影響變電站的安全性與可靠性。有關(guān)技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)變電站運(yùn)行管理的監(jiān)督，重視運(yùn)行過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，預(yù)防安全事故。智能變電站地處偏僻，環(huán)境條件惡劣，往往會(huì)遭遇雷電、強(qiáng)風(fēng)等災(zāi)害。如果對(duì)設(shè)備的檢查不夠重視，很容易使變電站的設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致安全事故[9]。因此，在日常的設(shè)備檢查中，技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的管理，要根據(jù)本地特點(diǎn)和工作需要，制訂完善的巡檢方案，保證方案的科學(xué)性和合理性。

智能化變電所是智能化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的核心，也是新一代能源變革的關(guān)鍵載體。智能變電所的運(yùn)營(yíng)技術(shù)必須立足電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，要求電力公司不斷地進(jìn)行研究與創(chuàng)新，不斷地開(kāi)發(fā)各種智能化的設(shè)備與技術(shù)，為電力系統(tǒng)的智能電網(wǎng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

4.5 實(shí)現(xiàn)即時(shí)監(jiān)測(cè)

該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)視功能，可對(duì)各種電壓、電流、頻率、功率、電源開(kāi)關(guān)狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，并可對(duì)各種不同的電壓、電流、頻率、功率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，并對(duì)各種不同的指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)預(yù)警，并對(duì)超出的范圍進(jìn)行預(yù)警。并可對(duì)重要的斷電、斷電等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，在斷路或斷路時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)的警報(bào)和錄音。

4.6 及時(shí)收集相關(guān)自然環(huán)境數(shù)據(jù)

變電所智能化系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集溫度、濕度、含水量、SF6 含量等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)處理中心，然后上傳到運(yùn)營(yíng)管理中心，轉(zhuǎn)換成數(shù)字和圖表，便于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史時(shí)間查詢、數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能夠聯(lián)動(dòng)報(bào)警[10]。

4.7 提高變電站的運(yùn)作維護(hù)效率、可靠性、安全性

在遙控開(kāi)關(guān)時(shí)，通常發(fā)生的錯(cuò)誤是當(dāng)遙控開(kāi)關(guān)時(shí)，它會(huì)延誤事件的發(fā)生，有時(shí)候還會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果。智能化變電所的輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以有效地改善其運(yùn)行和維修的效果，從而保證其運(yùn)行和運(yùn)行的可靠性。智能變電所無(wú)須人工操作，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)傳輸、故障診斷及智能處置，提高了運(yùn)檢工作的速度[11]。

5 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，將人工智能技術(shù)運(yùn)用到變電站運(yùn)維中，既可以提高運(yùn)行效率，又可以大大改善運(yùn)行管理的質(zhì)量。各相關(guān)單位要掌握人工智能技術(shù)在變電站的使用與維護(hù)中的運(yùn)用，并對(duì)其進(jìn)行全面維護(hù)，確保變電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。