變電運(yùn)維中的智能巡檢技術(shù)研究與應(yīng)用

侯興旺

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司超高壓公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引 言

智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用正逐漸成為變電站管理的重要手段。通過利用智能巡檢設(shè)備收集、存儲(chǔ)以及分析巡檢數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)測(cè)以及優(yōu)化決策，提高變電站的可靠性和運(yùn)行效率。然而，智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用面臨著一些挑戰(zhàn)，在一定程度上制約著智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用。深入研究智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、挑戰(zhàn)以及解決方案，對(duì)推動(dòng)智能巡檢技術(shù)的發(fā)展、提升變電站管理水平具有重要意義。

1 智能巡檢技術(shù)概述

1.1 智能巡檢技術(shù)的定義

智能巡檢技術(shù)指利用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像處理、聲音識(shí)別、振動(dòng)分析以及紅外熱成像等先進(jìn)技術(shù)，通過對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化巡檢和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、缺陷和故障的檢測(cè)、診斷和預(yù)測(cè)。智能巡檢技術(shù)能夠收集、分析以及處理各類巡檢數(shù)據(jù)，自動(dòng)識(shí)別設(shè)備異常情況，提前發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，提高巡檢效率和準(zhǔn)確性，降低人為巡檢過程中的風(fēng)險(xiǎn)和誤判，保障變電設(shè)備的運(yùn)行安全和可靠性。通過智能巡檢技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期趨勢(shì)分析，還可以提供科學(xué)決策依據(jù)，優(yōu)化設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，降低維護(hù)成本，提高設(shè)備的使用壽命和可靠性。某供電公司實(shí)施變電站設(shè)備智能巡視系統(tǒng)前后對(duì)比如表1 所示。

表1 實(shí)施變電站設(shè)備智能巡視系統(tǒng)前后對(duì)比

1.2 智能巡檢技術(shù)分類和原理

智能巡檢技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況和采集數(shù)據(jù)的不同特征分為多種。例如：視覺巡檢技術(shù)通過采集設(shè)備表面的圖像或視頻，利用圖像處理和分析算法進(jìn)行特征提取、目標(biāo)檢測(cè)以及目標(biāo)識(shí)別，常用的算法包括邊緣檢測(cè)、模板匹配、顏色識(shí)別以及紋理分析等；聲音識(shí)別技術(shù)采集設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的聲音信號(hào)，利用聲音信號(hào)處理算法對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行特征提取和模式識(shí)別，常用的算法包括傅里葉變換、小波變換、相關(guān)性分析等；振動(dòng)分析技術(shù)采集設(shè)備振動(dòng)信號(hào)，利用振動(dòng)信號(hào)處理算法對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、時(shí)域分析、振動(dòng)模態(tài)分析等，常用的算法包括快速傅里葉變換、小波變換、自相關(guān)函數(shù)分析等；紅外熱成像技術(shù)的原理是通過采集設(shè)備表面的紅外熱像，利用熱像處理算法對(duì)采集的紅外熱像進(jìn)行溫度分布分析、異常點(diǎn)檢測(cè)和故障診斷，常用的算法包括熱像增強(qiáng)、溫度閾值檢測(cè)、熱像差異分析等；無人機(jī)巡檢技術(shù)利用相機(jī)、傳感器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電設(shè)備的航拍和監(jiān)測(cè)，通過圖像處理和遙感技術(shù)等進(jìn)行特征提取、目標(biāo)檢測(cè)以及目標(biāo)識(shí)別[1]。此外，可以結(jié)合其他技術(shù)如紅外熱成像、振動(dòng)分析等進(jìn)行多模態(tài)巡檢，根據(jù)具體情況和需求對(duì)智能巡檢技術(shù)進(jìn)行選擇和組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電設(shè)備的全面監(jiān)測(cè)和維護(hù)。

2 智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用

2.1 缺陷檢測(cè)和故障診斷

在變電運(yùn)維中運(yùn)用智能巡檢技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電設(shè)備的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷和潛在故障，并進(jìn)行準(zhǔn)確診斷。具體來說，智能巡檢技術(shù)在缺陷檢測(cè)和故障診斷中的應(yīng)用包括異常檢測(cè)、缺陷識(shí)別、故障診斷以及數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)等。異常檢測(cè)指智能巡檢技術(shù)通過運(yùn)用圖像處理、聲音識(shí)別、振動(dòng)分析等方法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。例如，2021 年10 月17 日，國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學(xué)研究院的研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)安徽省宣城市古泉換流站內(nèi)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行2 年多的聲紋智能識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，使該系統(tǒng)的聲紋識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上，單次識(shí)別最快僅用0.06 s，大大提升了工作人員的故障處理效率。缺陷識(shí)別則是利用智能巡檢技術(shù)，通過圖像處理和分析算法，對(duì)設(shè)備表面的圖像進(jìn)行特征提取、目標(biāo)檢測(cè)以及目標(biāo)識(shí)別，如識(shí)別設(shè)備表面的裂紋、漏油、腐蝕等缺陷，生成缺陷報(bào)告，便于后續(xù)的維修和保養(yǎng)工作。故障診斷則是指智能巡檢技術(shù)通過采用振動(dòng)分析、聲音識(shí)別、紅外熱成像等方法，對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中的異常情況進(jìn)行診斷。數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)指智能巡檢技術(shù)對(duì)采集到的巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘算法，建立設(shè)備的健康模型，并進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和維護(hù)計(jì)劃優(yōu)化，從而避免設(shè)備故障對(duì)運(yùn)行造成影響[2]。

2.2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)

將智能巡檢技術(shù)應(yīng)用到變電運(yùn)維中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)獲取設(shè)備的健康狀況，通過數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)算法，預(yù)測(cè)設(shè)備的未來狀態(tài)，為運(yùn)維決策提供科學(xué)依據(jù)。智能巡檢技術(shù)主要功能如下：可以通過傳感器、攝像頭、紅外熱成像設(shè)備等，實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括溫度、振動(dòng)、聲音及電流等參數(shù)，以此判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況；對(duì)采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，提取出設(shè)備的特征參數(shù)，并建立設(shè)備的健康模型，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)分析等方法，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估；通過比較設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)與預(yù)設(shè)的正常狀態(tài)，識(shí)別設(shè)備的異常情況，發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)，幫助運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題并進(jìn)行維修和保養(yǎng)；對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的歷史記錄和趨勢(shì)分析，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘算法，建立設(shè)備的故障預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果制定相應(yīng)的維護(hù)計(jì)劃，便于運(yùn)維人員提前采取維修和保養(yǎng)措施，避免設(shè)備故障對(duì)運(yùn)行造成的影響。

2.3 安全隱患排查和預(yù)警

應(yīng)用智能巡檢技術(shù)可以對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行全面的安全隱患排查和監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全問題，并提供預(yù)警信息，以確保變電設(shè)備的安全運(yùn)行。例如，圖像識(shí)別和分析，即智能巡檢技術(shù)通過圖像處理和分析算法，對(duì)變電設(shè)備表面的圖像進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，排查可能存在的安全隱患。例如，2022 年，國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司在迎峰度冬期間累計(jì)開展16 輪無人機(jī)自主巡視，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)、絕緣子破損等缺陷9 處，為線路的靶向性檢修提供了依據(jù)，有效保障了生產(chǎn)安全。溫度監(jiān)測(cè)和預(yù)警指通過紅外熱成像技術(shù)，對(duì)變電設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。聲音識(shí)別和分析指通過聲音識(shí)別和分析算法，對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的聲音進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，通過對(duì)異常聲音的識(shí)別和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。振動(dòng)分析和監(jiān)測(cè)，即通過振動(dòng)分析和監(jiān)測(cè)，對(duì)變電設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析，可以提前發(fā)現(xiàn)安全隱患，并及時(shí)采取措施進(jìn)行修復(fù)。數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)指通過對(duì)采集到的巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，建立設(shè)備的健康模型，并基于此模型進(jìn)行安全隱患的預(yù)測(cè)[3]。通過機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘算法，可以識(shí)別出與安全隱患相關(guān)的特征，并預(yù)測(cè)設(shè)備未來可能出現(xiàn)的問題，從而提前采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

2.4 巡檢數(shù)據(jù)管理和分析

智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中進(jìn)行巡檢數(shù)據(jù)管理和分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷，提前預(yù)警潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化設(shè)備的維護(hù)以及保養(yǎng)策略，提高變電站的可靠性和運(yùn)行效率。利用智能巡檢設(shè)備收集、存儲(chǔ)和分析變電站設(shè)備的巡檢數(shù)據(jù)，可以為變電站運(yùn)維管理人員提供故障診斷、預(yù)測(cè)和優(yōu)化決策的依據(jù)。智能巡檢設(shè)備通過傳感器等技術(shù)手段巡檢變電站設(shè)備，收集相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，同時(shí)對(duì)收集到的巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。常見的方式是利用云平臺(tái)或者本地服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以保證數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。另外，由于巡檢數(shù)據(jù)的采集過程中存在噪聲和異常值，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和處理，包括數(shù)據(jù)去重、異常值剔除、數(shù)據(jù)插補(bǔ)等。數(shù)據(jù)分析和診斷識(shí)別設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能特征并利用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，提取設(shè)備的故障特征，進(jìn)行故障診斷和預(yù)測(cè)。將巡檢數(shù)據(jù)的分析結(jié)果以可視化的方式展示，可以幫助運(yùn)維管理人員更直觀地了解設(shè)備的運(yùn)行狀況和趨勢(shì)，還可以生成巡檢報(bào)告，用于記錄和匯報(bào)設(shè)備的巡檢情況和分析結(jié)果[4]。

3 智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及挑戰(zhàn)

3.1 智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

第一，智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在能夠提升巡檢效率和質(zhì)量。傳統(tǒng)的人工巡檢需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力資源，而智能巡檢技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化巡檢，快速、準(zhǔn)確地收集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能特征，從而更全面、準(zhǔn)確地了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，通過自動(dòng)記錄巡檢數(shù)據(jù)，避免人為因素對(duì)巡檢結(jié)果的影響，提高巡檢的準(zhǔn)確性和可靠性[5]。第二，智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)故障預(yù)測(cè)和預(yù)防，降低運(yùn)維成本。通過對(duì)巡檢數(shù)據(jù)的分析，智能巡檢技術(shù)可以分析數(shù)據(jù)的異常變化來預(yù)測(cè)故障的發(fā)生，及時(shí)采取維修或更換措施，避免故障導(dǎo)致的停電事故和設(shè)備損壞，還可以幫助運(yùn)維管理人員更科學(xué)、合理地制定設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)策略，避免不必要的維護(hù)和保養(yǎng)，同時(shí)提高設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率，降低維修和更換成本。第三，智能巡檢技術(shù)可以減少人工巡檢的風(fēng)險(xiǎn)和危險(xiǎn)性。對(duì)于高壓設(shè)備和危險(xiǎn)環(huán)境，智能巡檢設(shè)備可以代替人工進(jìn)行巡檢，降低工作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高變電站的可靠性和運(yùn)行效率。

3.2 智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用挑戰(zhàn)

智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用面臨著多方面的挑戰(zhàn)。例如：智能巡檢設(shè)備的成本較高，對(duì)于一些中小型變電站來說存在一定的經(jīng)濟(jì)壓力；智能巡檢技術(shù)需要大量的巡檢數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，但獲取和管理大規(guī)模的巡檢數(shù)據(jù)需要建立完善的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)體系；智能巡檢技術(shù)需要運(yùn)維管理人員具備相關(guān)的技術(shù)和分析能力，以充分利用巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和優(yōu)化決策；智能巡檢技術(shù)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的變電設(shè)備故障時(shí)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的算法優(yōu)化。

4 結(jié) 論

在變電運(yùn)維中應(yīng)用智能巡檢技術(shù)，不僅能進(jìn)行缺陷檢測(cè)和故障診斷、設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和預(yù)測(cè)，還能進(jìn)行安全隱患排查和預(yù)警、對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析，為相關(guān)工作人員提供設(shè)備維護(hù)和決策依據(jù)。智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用具有提高巡檢效率和質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)和預(yù)防、降低運(yùn)維成本以及改善工作安全性等優(yōu)勢(shì)。通過深入研究智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)，可以為變電運(yùn)維管理人員提供決策支持和技術(shù)指導(dǎo)，推動(dòng)智能巡檢技術(shù)在變電運(yùn)維中的廣泛應(yīng)用，提升變電站的可靠性和運(yùn)行效率。