人工智能與大數(shù)據(jù)在變電領(lǐng)域的實踐與運用

楊 華，林先堪，廖柏程

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司銅仁供電局，貴州銅仁 554300）

0 引言

自南方電網(wǎng)公司提出將在2030 年前基本建成新型電力系統(tǒng)的目標后，建設(shè)新型電力系統(tǒng)的最終落點是切實增強用戶的獲得感、幸福感和安全感，完善的新型基礎(chǔ)配套設(shè)施是新型電力系統(tǒng)的重要內(nèi)容。

1 數(shù)字變電現(xiàn)狀

銅仁供電局220 kV 太平變電站于2001 年10 月13 日投入運行，自2018 年作為貴州電網(wǎng)智能化示范站，啟動數(shù)字化轉(zhuǎn)型建設(shè)工作。

1.1 改造原則

太平變電站的改造原則遵循系統(tǒng)性、經(jīng)濟性、可靠性。

（1）系統(tǒng)性體現(xiàn)在梳理站端系統(tǒng)應(yīng)用場景，巡視、操作、安全逐一梳理人工任務(wù)，系統(tǒng)考慮“機器替人”的本質(zhì)和實現(xiàn)手段；事件驅(qū)動、自動引發(fā)巡視、操作、安全管控等工作流程。如工作票確認后自動驅(qū)動電子圍欄生成、人員資質(zhì)核查、資源調(diào)度準備、箱柜開鎖等后續(xù)工作。

（2）經(jīng)濟性體現(xiàn)在充分利舊，全站攝像頭可預(yù)設(shè)多點位，支持行為識別、刀閘分合識別、表計識別等多功能需要；邊緣計算支持站端和運維中心對設(shè)備狀態(tài)的預(yù)判及處理，減少生產(chǎn)指揮中心信息處理壓力，提高效率。

（3）可靠性體現(xiàn)在把好入口關(guān)，對各類傳感器、智能終端進行技術(shù)把關(guān)和品質(zhì)控制，對平臺進行等保、安評等測試；把好運維關(guān)，將對照現(xiàn)有運行規(guī)程，加減運行維護的工作內(nèi)容，明確對智能終端的維護標準、責(zé)任和規(guī)程，進一步推動管理創(chuàng)新。

1.2 實現(xiàn)的功能

經(jīng)過太平變電站一期數(shù)字化改造后，基本上建成變電站智能巡視、智能操作、智能安全功能（圖1）。

圖1 數(shù)字變電技術(shù)路線

（1）智能巡視方面，搭建了變電站智能巡視系統(tǒng)，研發(fā)了變電站智能巡視系統(tǒng)刀閘識別模塊。2020 年通過系統(tǒng)巡視進行77 931 點次，其中：系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)緊急告警2 次，嚴重告警5次，一般告警8 次，無效告警3550 點次。

（2）智能操作方面，研發(fā)了智能巡視系統(tǒng)刀閘識別模塊、調(diào)控系統(tǒng)程序化操作模塊，前者用于SCADA（Upervisory ControI And Data AcquiSition System，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）、開關(guān)刀閘視頻識別，倒閘操作多源復(fù)核，但實際使用中刀閘識別率較低；后者則實現(xiàn)了出線及主變運行至冷備用。

（3）智能安全方面，搭建了門禁管理系統(tǒng)和箱柜安全系統(tǒng)：前者用于變電站大門的人員及車牌認證識別，全站所有功能室的人臉門禁識別；后者則用于站內(nèi)所有端子箱的鎖具安全管控及箱柜門狀態(tài)監(jiān)控。

2 技術(shù)應(yīng)用與實踐

人工智能與大數(shù)據(jù)在太平變電站的應(yīng)用和實踐主要通過變電站的智能化改造及搭建運行支持平臺實現(xiàn)?；谧冸娬驹O(shè)備設(shè)施信息建模技術(shù)，搭建太平變電站站端信息數(shù)據(jù)平臺，面向設(shè)備，將巡視監(jiān)測、檢修作業(yè)、視頻圖像識別等智能子系統(tǒng)以及SCADA、PMS（Production Management System，生產(chǎn)管理系統(tǒng)）等多源數(shù)據(jù)的疊加和空間位置的對應(yīng)，實現(xiàn)變電站的物理形態(tài)數(shù)字化、狀態(tài)數(shù)據(jù)可視化、運維決策智能化。實現(xiàn)變電運行基礎(chǔ)運維業(yè)務(wù)的智能替代，以友好、高效的人機交互界面，支持智能變電站智能巡視、智能操作、智能安全等功能，強化設(shè)備的管控力和管理的穿透力，降低設(shè)備及人員的成本與風(fēng)險，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

2.1 巡視

太平變電站運行支持平臺的智能巡視模塊建設(shè)，結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，主要實現(xiàn)3 個功能，分別為設(shè)備狀態(tài)評估、巡視策略生成和優(yōu)化。

（1）利用圖像識別技術(shù)，識別站內(nèi)設(shè)備當前狀態(tài)（刀閘、表計、外觀生銹、移位情況等），結(jié)合設(shè)備缺陷、潮流信息、溫濕度等多源數(shù)據(jù)進行綜合分析，變更設(shè)備運維等級和設(shè)備風(fēng)險實時評估。

（2）根據(jù)設(shè)備最新的運維等級和風(fēng)險評估，在保供電或雷雨大風(fēng)天氣等多場景結(jié)合下，進行數(shù)據(jù)分析出最優(yōu)巡視策略，生成相應(yīng)的巡視路線。

（3）根據(jù)巡視策略進行巡視，巡視結(jié)果結(jié)合歷史記錄，進行趨勢分析，分析結(jié)果同時也反饋給服務(wù)器用于大數(shù)據(jù)分析，生成新的巡視策略，實現(xiàn)不間斷“分析—運維巡視—分析”，周而復(fù)始，最終實現(xiàn)變電穩(wěn)定運行。

2.2 操作

太平變電站運行支持平臺的智能操作模塊建設(shè)，主要是應(yīng)用于調(diào)度人員程序化操作多元輔助判別，現(xiàn)場無人化替代。以太備線斷電操作為例，當調(diào)度下發(fā)操作令，自動形成具體操作流程，每一步進行時對應(yīng)設(shè)備所綁定的攝像頭將瞄準設(shè)備，全程監(jiān)控錄像，操作后拍攝圖片，通過圖像分析技術(shù)，識別設(shè)備狀態(tài)是否與操作流程相符，并將結(jié)果通過反向隔離裝置傳至調(diào)度，作為調(diào)度作二次判斷的依據(jù)?；贐/S 架構(gòu)，可通過調(diào)控端的其他屏幕提取視頻及觀看設(shè)備狀態(tài)。通過一次接線圖和多項遙測信息進行多元輔助判斷。

變電站中所有刀閘的狀態(tài)可通過兩種方式獲得，一是AI（Artificial Intelligence，人工智能）識別，二是基于傳感器的在線監(jiān)測，兩者的識別結(jié)果應(yīng)該相同。如果AI 識別結(jié)果與在線監(jiān)測結(jié)果不匹配，則會產(chǎn)生告警，并通知運維人員。AI 識別結(jié)果與在線監(jiān)測結(jié)果的匹配程度越高，說明AI 識別的準確率越大。通過大量采集刀閘的歷史操作記錄以及數(shù)據(jù)分析、模型訓(xùn)練，不斷提高AI 識別的準確率。

2.3 安全

變電站的安全運行是電力系統(tǒng)正常運行的保障，主要涉及3 個方面的因素。

（1）變電設(shè)備。變電站的的設(shè)備處于長期運行狀態(tài)，需要定時檢查和維護，保障設(shè)備的可靠性。

（2）變電設(shè)備的操作。變電站的運行過程中，操作人員的失誤不僅會對其自身造成危險，也會對變電設(shè)備造成損害，更嚴重的會影響電力系統(tǒng)的安全性。

（3）運行管理問題和規(guī)范問題，變電站的管理和規(guī)范是變電站安全運行的保障。

智能變電站的實踐與應(yīng)用，需要從以上3 個方面考慮變電站的安全。太平變電站，不僅可以通過智能巡視、設(shè)備可視化模型和機器人巡視來保障設(shè)備安全，還可以通過系統(tǒng)信號、圖像識別等技術(shù)對變電站的設(shè)備操作進行無人化操作。

在變電站的運行管理和規(guī)范問題方面，太平站智能變電站的建設(shè)在原有的基礎(chǔ)上，通過增加消防分析設(shè)備、消防系統(tǒng)聯(lián)動報警設(shè)備、吊裝式多目視頻采集裝置、邊緣計算圖像采集終端等智能化設(shè)備，用三維模型關(guān)聯(lián)智能五防系統(tǒng)、北斗定位系統(tǒng)、兩票系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等，結(jié)合人工智能算法，以達到對變電站作業(yè)全過程的安全合規(guī)性智能管理的目的。

太平變電站運行支持平臺的智能安全模塊建設(shè)，在人員管理和規(guī)范操作上分為4 個方面，分別是資質(zhì)檢查、安措檢查、作業(yè)管控和消防管控。其中資質(zhì)檢查可以對進站人員的資質(zhì)進行核查，還有工作人員的數(shù)量、工作區(qū)域作業(yè)人員核查。安措檢查可以對工作前需要的設(shè)備狀態(tài)，接線情況還有工作地點的遮攔等方面安全措施進行檢查，確定工作區(qū)域、設(shè)置電子圍欄。作業(yè)管控可以對工作人員作業(yè)過程中的安全設(shè)備穿戴情況、擅自變更設(shè)備檢修狀態(tài)情況、擅自移動安全標示牌、非工作區(qū)域停留或作業(yè)等各類不安全行為進行實時監(jiān)控和告警，并且可以對作業(yè)區(qū)域進行風(fēng)險評估和告警。

3 成效

3.1 智能巡視

太平變電站加裝鐵芯電流在線監(jiān)測各3 套、開關(guān)柜雙光紅外裝置68 套、機構(gòu)箱溫濕度傳感器104 套、紅外雙光云臺8 臺、全景攝像頭2 臺等智能終端，完成智能巡視模塊研發(fā)。

通過兩期智能化建設(shè)，充分應(yīng)用圖像識別、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實現(xiàn)巡視數(shù)據(jù)的智能識別、檢測分析，各終端數(shù)據(jù)匯集于運行支持平臺中的模型后，通過閾值判斷，產(chǎn)生告警事件，并自動關(guān)聯(lián)相關(guān)故障計算模型，實現(xiàn)即時監(jiān)控、回顧歷史，趨勢分析。除了轉(zhuǎn)為檢修維護類的61 項工作任務(wù)之外，太平變電站實現(xiàn)275項日常巡維任務(wù)、81 項專業(yè)巡維任務(wù)和138 項動態(tài)巡維任務(wù)無人化替代，達到100%的巡視無人替代。

各終端數(shù)據(jù)（微環(huán)境、在線監(jiān)測、攝像頭、熱成像、機器人等）匯集于智能門戶后，可曲線、圖標、設(shè)備模型可視化等各種展示。通過智能門戶方便地設(shè)置機器人巡視路線，與機器人視角雙向互動。

3.2 智能操作

太平變電站對90 套隔離開關(guān)電源、PT 二次、母聯(lián)斷路器開關(guān)柜的空開遠程控制器進行改造、對8 把10 kVⅡ段8 面開關(guān)柜進行電動化改造、對1 把110 kV 備用間隔改造，加裝85 臺槍機專用于刀閘狀態(tài)識別、加裝127 臺監(jiān)控球機復(fù)用智能巡視，并完成智能操作模塊研發(fā)、調(diào)控系統(tǒng)程序化操作模塊升級。

通過主變間隔、出線間隔、開關(guān)柜、母線、PT 智能操作改造，并且以系統(tǒng)信號、圖像識別獨立來源信息，結(jié)合設(shè)備三維模型展示運行到檢修之間狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序化操作的鏡像對應(yīng)，提供開關(guān)刀閘遠程控制與設(shè)備位置的多源確認，實現(xiàn)變電站單一電氣間隔或跨間隔設(shè)備在“運行、熱備用、冷備用”3 種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)變電站倒閘操作無人化替代。

3.3 智能安全

太平變電站加安裝消防分析設(shè)備1 臺、消防系統(tǒng)聯(lián)動報警設(shè)備1 臺、吊裝式多目視頻采集裝置4 臺、固定高清圖像采集終端44 臺、聯(lián)動報警裝置1 臺、AI 邊緣計算圖像采集終端19 臺、北斗定位終端85 臺等智能終端，并完成智能安全模塊研發(fā)。通過三維模型關(guān)聯(lián)智能五防系統(tǒng)、北斗定位系統(tǒng)、兩票系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等，利用智能門戶進行任意距離測量、吊車進站規(guī)劃、自動立體電子圍欄、現(xiàn)場聲光報警、消防聯(lián)動、作業(yè)區(qū)域風(fēng)險評估及告警，對變電站作業(yè)全過程進行安全合規(guī)性智能管理。作業(yè)前對人員、環(huán)境等情況核實和交底，作業(yè)中人員行為軌跡跟蹤、視頻追蹤、報警聯(lián)動和消防告警，作業(yè)后現(xiàn)場恢復(fù)和工作閉環(huán)，作業(yè)前、中、后全過程智能安全無人化替代。

4 總結(jié)

人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能變電站的應(yīng)用和實踐效果，主要圍繞兩個目的：一是解放人力、降低成本、提高效率與規(guī)避風(fēng)險；二是提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，更快、更準地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或作業(yè)安全問題，及時發(fā)出告警并形成相應(yīng)策略。因此，近幾年改進方向合理預(yù)測會在數(shù)據(jù)精度提高與數(shù)據(jù)整合深耕。

（1）圖像識別技術(shù)不斷改進。對畫面的采集的精度要求越來越高，需要更高清立體的圖像視頻。

（2）設(shè)備信息不斷融合。充分結(jié)合人工智能技術(shù)，對不同的信息進行提取與融合，實現(xiàn)更精準的問題分析，更全面的結(jié)果輸出。

（3）與其他自動化設(shè)備結(jié)合。為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高利用率與巡檢效率和質(zhì)量的提高，未來發(fā)展趨勢會打通所有自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)通道，讓所有設(shè)備數(shù)據(jù)能夠融合并統(tǒng)籌在后臺大數(shù)據(jù)分析中，為結(jié)果提供更真實有效的驗證，提高結(jié)果可信度。