人工智能在變電站運(yùn)維管理中的應(yīng)用研究

摘要：變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，能將高壓電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合輸送和供應(yīng)給用戶的低壓電能，還能實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)的控制與保護(hù)。為探究人工智能在變電站運(yùn)維管理中的應(yīng)用，本文從人工智能、變電站運(yùn)維管理兩大核心概念出發(fā)，簡要指出了人工智能技術(shù)在變電站運(yùn)維管理的作用，隨后重點(diǎn)剖析AI在變電站運(yùn)維管理的應(yīng)用要點(diǎn)，并指出AI在變電站運(yùn)維管理的應(yīng)用保障措施。

關(guān)鍵詞：人工智能（AI）；變電站；運(yùn)維管理；應(yīng)用

DOI：10.12433/zgkjtz.20232745

變電站的主要作用是為工業(yè)、商業(yè)、居民用戶提供所需的電力，同時(shí)還能對電力系統(tǒng)進(jìn)行控制和保護(hù)，提升電力能源的利用效率與電力供應(yīng)可靠安全性。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，變電站承擔(dān)著變能量、控制、保護(hù)、穩(wěn)定、安全等重要職責(zé)，占據(jù)著舉足輕重的地位，其運(yùn)行維護(hù)管理也備受人們關(guān)注。若將人工智能技術(shù)運(yùn)用到新時(shí)期下變電站的運(yùn)維管理中，可以提升運(yùn)維質(zhì)量與效率，滿足當(dāng)前精細(xì)化管理、智能化管理的需求。

一、人工智能與變電站運(yùn)維管理概述

人工智能技術(shù)（Artificial Intelligence， AI）是研究、開發(fā)用于模擬、延伸及擴(kuò)展人的智能理論、方法、技術(shù)等系統(tǒng)化技術(shù)科學(xué)，它于1956年Dartmouth學(xué)會上被提出。后來有更多的專家學(xué)者針對該領(lǐng)域深入探索并進(jìn)行技術(shù)攻堅(jiān)，獲得了豐富的研究成果。AI技術(shù)發(fā)展至今，其數(shù)據(jù)量、計(jì)算力都在大幅度提升。變電站運(yùn)維管理是電網(wǎng)順利運(yùn)行的支架，只有做好變電運(yùn)維，電網(wǎng)才能安全穩(wěn)定運(yùn)行。變電站的運(yùn)維管理存在的特點(diǎn)有：設(shè)備維護(hù)量大，出現(xiàn)各種異?；騿栴}的風(fēng)險(xiǎn)較高；一旦出現(xiàn)變電事故，造成的危害較嚴(yán)重。電能供需矛盾日益突出，變電站的數(shù)量也有所增長，加強(qiáng)運(yùn)維管理并找出變電站運(yùn)行中的安全隱患是關(guān)鍵。

二、人工智能在變電站運(yùn)維管理的作用

當(dāng)前有部分電網(wǎng)企業(yè)仍然采取傳統(tǒng)的管理模式，安排專門的運(yùn)維人員定期對變電站工作內(nèi)容檢查，不僅會加大運(yùn)維人員的壓力，還會導(dǎo)致電網(wǎng)維護(hù)時(shí)間變長，工作效率低下。同時(shí)，變電站中運(yùn)用到的設(shè)備與技術(shù)創(chuàng)新多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，依靠運(yùn)維人員難以順利完成對所有設(shè)備的操作和維護(hù)管理。通過積極運(yùn)用AI技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對變電站設(shè)備層、站控層相關(guān)信息的智能化收集與管理，隨后再整合分析所得信息來及時(shí)預(yù)警操作，讓變電站的運(yùn)維管理變得更簡單，工作效率更高。當(dāng)運(yùn)維管理過程中發(fā)現(xiàn)異常問題，AI技術(shù)自動(dòng)發(fā)出警告并協(xié)助變電站運(yùn)維人員處理，將問題造成的損失降到最低。

三、人工智能在變電站運(yùn)維管理的應(yīng)用要點(diǎn)

（一）遙測系統(tǒng)的應(yīng)用

遙測系統(tǒng)是指對遠(yuǎn)距離被測對象的某些參數(shù)測量、傳輸和處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)在變電站運(yùn)維中有重要作用，能幫助運(yùn)維人員遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)可能存在的故障，減少了運(yùn)維人員的巡視成本和時(shí)間，極大地提升了運(yùn)維效率與質(zhì)量。將AI技術(shù)與該系統(tǒng)融合能反饋數(shù)據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)行對應(yīng)分類及回歸任務(wù)。

1.變壓器/電抗器

以往在診斷變電站運(yùn)維系統(tǒng)中的變壓器、電抗器時(shí)，會普遍選擇閾值判斷、橫向或縱向?qū)Ρ鹊确椒?，但由于故障類型多樣且易受到變電站現(xiàn)場信號干擾影響，診斷效果并不理想。AI技術(shù)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)專家系統(tǒng)，分析變壓器（或電抗器）狀態(tài)和監(jiān)測參量間所具備的映射關(guān)系，對變電站的變壓器、電抗器更高效率、高質(zhì)量的診斷。在實(shí)際運(yùn)用中，運(yùn)維人員要根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論知識等掌握變壓器、電抗器故障判斷中的規(guī)則。此外，還可利用AI技術(shù)對變壓器等設(shè)備檢測，深度學(xué)習(xí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等機(jī)器學(xué)習(xí)具備較強(qiáng)的擬合能力，透過豐富的歷史樣本預(yù)測變壓器/電抗器中的狀態(tài)參量發(fā)展趨勢，實(shí)現(xiàn)對故障的有效預(yù)測，盡可能提前預(yù)防變電站運(yùn)維管理中的故障問題。

2.電容型設(shè)備

電容型設(shè)備在變電站設(shè)備總量中占據(jù)著40%～50%

的比例，它包括電流互感器、電力變壓器套管等，其運(yùn)行的可靠性是變電站運(yùn)維管理的重要內(nèi)容。在對此類設(shè)備監(jiān)測時(shí)需關(guān)注到介質(zhì)損耗因素等，但由于其易受外界干擾，必須提升相關(guān)數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)度。為此，可依托于AI技術(shù)運(yùn)用原理，深度學(xué)習(xí)辨識電容器介質(zhì)損耗，并且經(jīng)多次訓(xùn)練后構(gòu)建成多層次的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能快速識別介質(zhì)損耗角的變化量數(shù)據(jù)并及時(shí)修正。運(yùn)維管理技術(shù)人員可將支持向量機(jī)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，以提升對介質(zhì)損耗因素監(jiān)測的精確性。

3.斷路器/GIS

斷路器是能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)關(guān)合、承載和開斷異常回路條件下的電流的開關(guān)裝置，GIS則是氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，兩者的作用均是控制電力系統(tǒng)的開關(guān)，保護(hù)電力系統(tǒng)的安全。與變電站中的變壓器性質(zhì)相比，斷路器/GIS都具備局部放電的特點(diǎn)，且放電的結(jié)果可以有效反映出內(nèi)部絕緣可能存在的缺陷，為運(yùn)維管理提供參考。為保障變電站運(yùn)維管理質(zhì)量，技術(shù)人員可在AI技術(shù)的支持下來采取深度學(xué)習(xí)方法，對斷路器/GIS中的電信號有效的辨別和提取。隨后分解電信號，并在熵理論的基礎(chǔ)下來進(jìn)行信號分解結(jié)果的特征構(gòu)造。在此之前，在變電站現(xiàn)場還可利用放電模型進(jìn)行仿真演練，提高可信度。

（二）遙視系統(tǒng)的應(yīng)用

遙視系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對變電站周圍環(huán)境的全面化監(jiān)測，在此系統(tǒng)的保護(hù)下，避免變電站中外在的自然、人員等因素的不良影響而造成各種故障。以往該系統(tǒng)的運(yùn)用中大多是對變電站的相關(guān)信息被動(dòng)化監(jiān)測，在圖像生產(chǎn)和篩選過程中，該系統(tǒng)的靈活性、主動(dòng)性存在缺陷。如今，AI技術(shù)被廣泛地運(yùn)用在遙視系統(tǒng)中，且取得重要研究成果，在AI技術(shù)的支持下，遙視系統(tǒng)不但對變電站的設(shè)備表面特性、信號燈指示情況等有效監(jiān)測，還可以結(jié)合紅外感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測的動(dòng)態(tài)化，提前發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)維管理中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。

1.設(shè)備方面

利用遙視系統(tǒng)對變電站設(shè)備方面的監(jiān)控管理時(shí)，主要將重點(diǎn)放在監(jiān)控設(shè)備是否漏油、設(shè)備元件是否有缺失、破損，或者表計(jì)、信號燈、開關(guān)等是否處于異常的狀態(tài)下。先利用紅外線圖像診斷設(shè)備問題，隨后基于AI技術(shù)下的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對故障的快速分類。運(yùn)維技術(shù)人員可借助于分水嶺分割算法分析避雷器工作區(qū)域，而后用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來搭建集成學(xué)習(xí)模式，將最終的故障判斷結(jié)果劃分為可疑、輕微、正常、故障四類，確保分析準(zhǔn)確率。在對設(shè)備外觀檢測時(shí)，如輸電線路是否有破損時(shí)，可先用簡單的模板匹配圖像，隨后利用機(jī)器學(xué)習(xí)識別的方式處理。機(jī)器學(xué)習(xí)——圖像識別，即卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于采用一個(gè)內(nèi)核去處理較小的區(qū)域，然后移動(dòng)處理其他不同的塊，應(yīng)用步驟包括：提取圖像特征、分類處理、訓(xùn)練并建立模型和識別。

2.人員方面

AI技術(shù)與遙視系統(tǒng)的結(jié)合下，對人員方面的管理主要體現(xiàn)在進(jìn)出站管理中的人臉識別、一鍵巡視管理上。例如，提前對變電站內(nèi)的工作人員、技術(shù)人員進(jìn)行人臉預(yù)設(shè)，并在運(yùn)維管理系統(tǒng)中記錄下人員的具體信息。當(dāng)變電站發(fā)生實(shí)際的故障時(shí)，技術(shù)人員便可人臉識別，及時(shí)向變電站的相關(guān)管理部門上報(bào)維修，隨后系統(tǒng)自動(dòng)向平臺發(fā)送信息，將具體情況告知給值班人員，提升變電站運(yùn)行維護(hù)的效率。在AI技術(shù)的支持下，結(jié)合變電站的管控中心生產(chǎn)綜合監(jiān)管平臺與自動(dòng)化平臺，一鍵啟動(dòng)巡視工作。機(jī)器人巡視后，自動(dòng)形成巡視報(bào)告。例如，當(dāng)巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)人員著裝不當(dāng)，未正確使用安全帶、未佩戴安全帽等違規(guī)行為，根據(jù)樣本信息及時(shí)分析，并進(jìn)行安全報(bào)警識別。

（三）智能聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用

當(dāng)前，智能化的變電站中常有不同的系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)，若其中任一系統(tǒng)發(fā)生故障，其他系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行信息采集和分析，同時(shí)對變電站現(xiàn)場情況追蹤調(diào)查，將最終的數(shù)據(jù)資料形成報(bào)告發(fā)給運(yùn)維管理人員。智能聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)屬于動(dòng)態(tài)化管理系統(tǒng)，利用了矩形聯(lián)動(dòng)的方式，再借助于AI技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行運(yùn)維管理，極大提升了不同運(yùn)行系統(tǒng)的管理質(zhì)量。

1.消防報(bào)警系統(tǒng)

當(dāng)前，用電負(fù)荷增加，電力火災(zāi)隱患增多，傳統(tǒng)消防報(bào)警管理模式已經(jīng)無法完全滿足新時(shí)期下電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求。為此，變電站運(yùn)維管理中可基于AI、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)來搭建智慧化、先進(jìn)的消防報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括智慧用電、防排煙、消防水、消防設(shè)備、防火門、消防設(shè)備、視頻監(jiān)控等多個(gè)子系統(tǒng)，一旦變電站出現(xiàn)各種煙霧、火災(zāi)、溫度過高等異常現(xiàn)象時(shí)，會即刻觸發(fā)消防報(bào)警系統(tǒng)，且該系統(tǒng)會及時(shí)給值班人員發(fā)送報(bào)警的信息；同時(shí)，系統(tǒng)快速啟動(dòng)無人機(jī)巡視，并對變電站現(xiàn)場安全進(jìn)行智能化識別、抓拍。

2.室內(nèi)溫濕度系統(tǒng)

變電站的運(yùn)維管理中，溫度、濕度也是重點(diǎn)關(guān)注的要素。要提前在系統(tǒng)中設(shè)置好適合的溫度、濕度標(biāo)準(zhǔn)值范圍，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控現(xiàn)場的溫濕度監(jiān)測與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。當(dāng)溫濕度超出該預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在AI技術(shù)的引導(dǎo)下和NB-IOT無線通信技術(shù)的支持下，自動(dòng)向聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的平臺發(fā)送提示信息，或以音頻、聲光警號、電話等方式告知外界具體的故障信息，保存相關(guān)記錄；同時(shí)啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，以確保溫濕度被調(diào)控在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。此外，AI技術(shù)下的溫濕度系統(tǒng)管理，具備日志管理功能，運(yùn)維人員能通過平臺的日志管理模塊來查詢溫濕度監(jiān)測和報(bào)警日志，了解該日志中表格、曲線圖等形式展示的溫濕度數(shù)據(jù)，并輸出相應(yīng)信息。

3.水浸報(bào)警系統(tǒng)

變電站運(yùn)維管理中供配電安全被大眾關(guān)注，而其中的漏水監(jiān)測安防問題便是重要切入點(diǎn)。水浸監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)中可選擇適合的不定位測漏控制器、不定位感應(yīng)線，它能將信號傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺中。該系統(tǒng)包括水浸傳感器、主控單元、定位單元、信號發(fā)送單元等組成。其中，主控單元和傳感器連接，能及時(shí)判斷水位信號是否超出了閾值，得到初步判斷結(jié)果；定位單元會生成定位信號。若發(fā)生漏水等現(xiàn)象，該系統(tǒng)會及時(shí)將信號回傳到終端并且通知變電站的值班人員及時(shí)處理。與此同時(shí)，在AI技術(shù)的支持下，發(fā)生水浸后變電站的無人機(jī)系統(tǒng)會即刻自動(dòng)化檢測變電站外的具體被淹沒情況，并向智能聯(lián)動(dòng)總平臺發(fā)送報(bào)告。

4.氣象監(jiān)測系統(tǒng)

新時(shí)期下，變電站運(yùn)維管理提出了更多的防汛要求，除了變電站水浸的監(jiān)測報(bào)警外，還包括微氣象在線監(jiān)測報(bào)警。氣象監(jiān)測系統(tǒng)所檢測到的異常情況能幫助運(yùn)維人員及時(shí)做好防范措施，以減少異常天氣對變電站安全運(yùn)行所造成的不良影響，為變電站設(shè)備安全運(yùn)作保駕護(hù)航?；贏I技術(shù)的支持下，變電站的氣象監(jiān)測系統(tǒng)各項(xiàng)功能均得到優(yōu)化。例如：系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能化采樣，包括風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、降水量、光輻射等；科學(xué)設(shè)置不同指標(biāo)采樣速率，以降水量為例，采樣速率為每分鐘一次，而風(fēng)速的瞬時(shí)值為每兩分鐘采樣一次。此外，氣象監(jiān)測系統(tǒng)具備自檢、自恢復(fù)、故障報(bào)警等功能。

四、人工智能在變電站運(yùn)維管理的應(yīng)用保障措施

為進(jìn)一步保證AI技術(shù)在變電站運(yùn)維管理的應(yīng)用效果，還可從人員培訓(xùn)、制度健全等措施上加以落實(shí)。

一是人員培訓(xùn)。AI技術(shù)在變電站運(yùn)維管理中的實(shí)際應(yīng)用和操作人員的具體行為規(guī)范、對AI理論知識的掌握程度等有關(guān)。對此，相關(guān)管理部門要加強(qiáng)對運(yùn)維人員的培訓(xùn)，深入學(xué)習(xí)關(guān)于AI技術(shù)的理論和實(shí)操要點(diǎn)，同時(shí)強(qiáng)化對人員的思想教育，不斷提升責(zé)任心和增強(qiáng)安全意識，全方位避免安全事故。

二是健全運(yùn)行維護(hù)制度體系。為了能切實(shí)保障變電站運(yùn)維管理的效率與質(zhì)量，要強(qiáng)化制度體系上的保障。建立與完善關(guān)于AI技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)維管理的技術(shù)規(guī)范和制度，幫助運(yùn)維人員在實(shí)際工作中有據(jù)可依，高效、規(guī)范地處理故障。此外，若變電站維護(hù)管理中發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重且危險(xiǎn)性較大的問題，需要及時(shí)上報(bào)有關(guān)部門。

五、結(jié)語

綜上所述，隨著技術(shù)水平不斷提升，AI技術(shù)在變電站運(yùn)維管理中占據(jù)的優(yōu)勢愈發(fā)突出。改變了以往的變電站運(yùn)維管理舊模式，確保了運(yùn)維管理質(zhì)量。在實(shí)踐運(yùn)用中，變電站運(yùn)維管理的AI技術(shù)應(yīng)用可圍繞遙測系統(tǒng)（變壓器/電抗器、電容型設(shè)備、斷路器/GIS）、遙視系統(tǒng)（設(shè)備、人員管理）、智能聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)（消防報(bào)警系統(tǒng)、室內(nèi)溫濕度系統(tǒng)、水浸報(bào)警系統(tǒng)、氣象監(jiān)測系統(tǒng)）等多個(gè)方面落實(shí)，為提升應(yīng)用質(zhì)量，還要重視人員培訓(xùn)與制度健全等保障措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛少華，丁曉輝，程鵬，等.基于人工智能的變電站監(jiān)控信息事件化研究[J].微型電腦應(yīng)用，2022，38（06）：86-89.

[2]劉佳敏.智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)化提升[J].電子產(chǎn)品世界，2022，29（06）：16-17.

[3]吳斌，張桂芹，喬東偉，等.基于人工智能理論的變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)集成聯(lián)調(diào)驗(yàn)收研究[J].微型電腦應(yīng)用，2020，36（02）：10-12.

[4]蒲天驕，喬驥，韓笑，等.人工智能技術(shù)在電力設(shè)備運(yùn)維檢修中的研究及應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2020，46（02）：369-383.

[5]張昊，張宇，李勝，等.基于人工智能的變電站檢修信

號驗(yàn)收上送告警模式研究[J].微型電腦應(yīng)用，2019，35

（11）：30-32.

[6]于月平，臧海洋，李寧寧，等.基于人工智能的無人值班變電站遠(yuǎn)方監(jiān)控“四遙”信息的調(diào)試與配置[J].微型電腦應(yīng)用，2019，35（11）：131-133.

作者簡介：王燕勤（1978），女，山西省呂梁市人，本科，工程師，研究方向?yàn)樽冸娺\(yùn)維。