人工智能技術(shù)在電力輸電線路安全運(yùn)行中的應(yīng)用研究

摘""要：電力輸電線路運(yùn)行系統(tǒng)中的人工智能技術(shù)可以采集處理輸電線路信息、全天候、智能化監(jiān)測、深入挖掘價(jià)值數(shù)據(jù)。在多種先進(jìn)技術(shù)的支持下，電力輸電線路人工智能在線監(jiān)測系統(tǒng)得到了開發(fā)與運(yùn)用，其可以將專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合在一起對輸電線路運(yùn)行全過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，快速獲取有用信息為運(yùn)維調(diào)度提供可靠依據(jù)，保障電力輸電系統(tǒng)安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力輸電線路""安全運(yùn)行""人工智能技術(shù)""在線監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TM76

Research"on"the"Application"of"AI"Technology"in"the"Safe"Operation"of"Power"Transmission"Lines

ZHANG"Fengyan

State"Grid"Xiangxi"Power"Supply"Company，"Xiangxi，"Hu’nan"Province，"416000"China

Abstract："The"Artificial"Intelligence（AI）"technology"in"the"operation"system"of"power"transmission"lines"can"collect"and"process"transmission"line"information，"conduct"all-weather，"intelligent"monitoring，"and"in-depth"mining"of"valuable"data."With"the"support"of"various"advanced"technologies，"an"AI"online"monitoring"system"for"power"transmission"lines"has"been"developed"andnbsp;applied."It"can"integrate"expert"systems"and"artificial"neural"network"technology"to"dynamically"monitor"the"entire"operation"process"of"transmission"lines，"quickly"obtain"useful"information"to"provide"reliable"basis"for"operation"and"maintenance"scheduling，"ensuring"the"safe"operation"of"the"power"transmission"system.

Key"Words："Power"transmission"lines;"Safe"operation;"AI"technology;"Online"monitoring"system

智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)線路運(yùn)行監(jiān)測和狀態(tài)維修方面得到了有效應(yīng)用，能夠快速診斷線路故障、分析和預(yù)測線路災(zāi)害，并能夠提出相應(yīng)的預(yù)防措施，切實(shí)提高了輸電線路安全運(yùn)行管理水平?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候、智能化監(jiān)測，主要利用專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)上述功能，便于對輸電線路中多種數(shù)據(jù)參數(shù)的快速收集、處理和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路中的各種異常與故障，營造安全可靠的運(yùn)行環(huán)境，極大地提高了電力輸電線路的運(yùn)行質(zhì)效。

1""輸電線路運(yùn)行中人工智能技術(shù)的功能

1.1""采集和處理輸電線路信息

電力系統(tǒng)輸電線路系統(tǒng)運(yùn)維管理需要以完整、全面的信息數(shù)據(jù)為依據(jù)判斷輸電系統(tǒng)運(yùn)行期間的真實(shí)狀態(tài)，所以要保證相關(guān)信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。人工智能技術(shù)的應(yīng)用能夠快速、實(shí)時(shí)采集電力系統(tǒng)輸電線路運(yùn)行期間的多方面信息，而且支持遠(yuǎn)程采集和處理，將多源異構(gòu)數(shù)據(jù)整合在一起進(jìn)行統(tǒng)一分析與處理，方便后續(xù)運(yùn)行管理。根據(jù)收集到的全面數(shù)據(jù)信息可及時(shí)掌握線路設(shè)備特征和狀態(tài)，并根據(jù)輸電線路安全運(yùn)行需求快速整理各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)運(yùn)維管理提供指導(dǎo)。另外，人工智能技術(shù)在應(yīng)用過程中還可以根據(jù)輸電線路信息準(zhǔn)確判斷線路和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，分析故障問題，預(yù)測可能發(fā)生的異常風(fēng)險(xiǎn)，并采取有效措施應(yīng)對處理，以此保障輸電線路安全運(yùn)行。

1.2""深挖輸電線路信息數(shù)據(jù)中的有用內(nèi)容

電力系統(tǒng)輸電線路運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類型有很多，可通過不同渠道進(jìn)行采集分析。由于輸電線路信息數(shù)據(jù)繁雜多樣，整體的處理難度較大，若不能快速從中獲取有用信息，則會影響輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行，還容易引發(fā)安全問題[1]。人工智能技術(shù)具有數(shù)據(jù)挖掘能力，不會受到網(wǎng)絡(luò)平臺、數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)的影響，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大量數(shù)據(jù)處理工作，還能深入挖掘相關(guān)信息數(shù)據(jù)中的價(jià)值信息，通過分布式處理方式對有用數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納匯總，切實(shí)提高了電力輸電線路信息數(shù)據(jù)處理質(zhì)效，也能夠讓各類數(shù)據(jù)信息得到充分利用。在深入挖掘數(shù)據(jù)信息的過程中，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，有效防范運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

2""輸電線路運(yùn)行中的人工智能監(jiān)測系統(tǒng)

2.1""在線監(jiān)測專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是人工智能技術(shù)中的重要組成部分，在電力輸電線路人工智能監(jiān)測系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，合理開發(fā)在線監(jiān)測專家系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對線路運(yùn)行中涉及到的多種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行充分利用，快速排查、診斷線路故障。基于人工智能技術(shù)的輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)主要利用多種監(jiān)測傳感手段獲取線路運(yùn)行中的數(shù)據(jù)信息，在此基礎(chǔ)上建立專家數(shù)據(jù)庫，利用推理機(jī)制開展推理工作。該系統(tǒng)由多個(gè)模塊組成，而且不同模塊相互關(guān)聯(lián)但也相互獨(dú)立，主要運(yùn)用協(xié)調(diào)器進(jìn)行控制與管理，可促進(jìn)各模塊工作協(xié)調(diào)開展。人工智能在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行階段，遠(yuǎn)程可視模塊率先啟動，收集輸電線路工作現(xiàn)場圖像，而后逐步啟動其他功能模塊，綜合分析不同模塊監(jiān)測的信息數(shù)據(jù)能夠?qū)﹄娏旊娋€路運(yùn)行情況進(jìn)行全面了解，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、診斷線路故障，為運(yùn)維管理人員提供依據(jù)[2]。

2.2""專家系統(tǒng)知識庫

電力輸電線路人工智能檢測系統(tǒng)中專家系統(tǒng)知識庫屬于技術(shù)核心，開發(fā)效果直接影響監(jiān)測結(jié)果，其主要以該領(lǐng)域?qū)＜抑R為依據(jù)，通過整合完善形成完整的知識庫。知識庫模塊種類較多，具體如圖1所示。

2.2.1""絕緣子監(jiān)測模塊

絕緣子監(jiān)測模塊主要監(jiān)測電力輸電線路中的絕緣控件，分析其功能性能和使用狀態(tài)，如果絕緣子表面灰塵污物堆積嚴(yán)重受到污染，那么在電壓作用下受到外部因素影響時(shí)，會發(fā)生污閃現(xiàn)象，而這一現(xiàn)象的發(fā)生會影響輸電線路安全運(yùn)行，所以，應(yīng)保證輸電線路中絕緣子的質(zhì)量和功能性，使其具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和良好的絕緣性能。一般可根據(jù)泄漏的電流值來分析輸電線路絕緣控件的污穢程度，需要進(jìn)行在線測量[3]。在多種先進(jìn)技術(shù)的支持下，可通過在絕緣子上安裝電流傳感器的方式來監(jiān)測相關(guān)控件的漏電情況，獲取準(zhǔn)確的漏電電流值。絕緣子監(jiān)測模塊在運(yùn)行之前會提前設(shè)置報(bào)警值，而后對整個(gè)輸電線路絕緣子的泄漏電流情況進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合電流信息判斷絕緣子的污閃程度，為后續(xù)階段控制調(diào)整提供可靠依據(jù)。

2.2.2""避雷器監(jiān)測模塊

避雷器是電力輸電線路安全運(yùn)行中的重要裝置，能夠保護(hù)電路，限制過載電壓，可避免線路遭受雷擊時(shí)出現(xiàn)跳閘問題。輸電線路中電壓值處于正常狀態(tài)時(shí)，經(jīng)過避雷裝置的電流值比較小，若電壓過大且明顯超出正常值的情況下，該裝置的電阻值會下降，充分泄放電壓能量，防止電壓過大對線路、設(shè)備造成危害。目前電力系統(tǒng)輸電線路中運(yùn)用的避雷器種類較多，金屬氧化鋅避雷器的應(yīng)用范圍較廣，但是這一避雷裝置會受到自身因素、外界環(huán)境因素的影響而發(fā)生損壞，嚴(yán)重情況下還會發(fā)生爆炸，需要定期檢查、維護(hù)和更換，從而保障線路安全運(yùn)行。人工智能在線監(jiān)測系統(tǒng)中的避雷器檢測模塊則能夠?qū)υ撗b置進(jìn)行在線監(jiān)測，根據(jù)泄漏電流值和避雷器性能的對應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確分析和判斷避雷器的運(yùn)行狀態(tài)，在對應(yīng)部位安裝傳感器采集監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)，并可以及時(shí)發(fā)送到控制中心，實(shí)現(xiàn)智能化狀態(tài)分析和故障診斷。

2.2.3""覆冰監(jiān)測模塊

由于我國各地區(qū)的氣候環(huán)境條件不同，在較為寒冷的季節(jié)電力輸電線路表面會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，影響線路整體安全運(yùn)行。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因有很多，如氣候條件、溫度環(huán)境、線路支設(shè)高度和線路走向等。需要綜合全面分析多種影響因素，制定相應(yīng)的防冰和除冰措施，以保障線路正常運(yùn)行。覆冰監(jiān)測模塊在實(shí)際運(yùn)行過程中能夠利用線路視頻監(jiān)測技術(shù)、傾角變化弧垂技術(shù)以及力學(xué)計(jì)算和分析技術(shù)等掌握輸電線路的覆冰情況，主要借助智能傳感器和攝像設(shè)備來完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集監(jiān)測，并可通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及時(shí)傳遞相關(guān)信號，而后由人工智能技術(shù)分析線路覆冰實(shí)際狀況，可及時(shí)預(yù)警并妥善處理。

2.2.4""舞動監(jiān)測模塊

電力輸電線路在風(fēng)力較大的環(huán)境下會發(fā)生舞動，容易造成線路斷裂、桿塔傾斜或者線路跳閘，影響輸電線路安全、穩(wěn)定運(yùn)行。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生主要與空氣動力不穩(wěn)定有關(guān)，舞動監(jiān)測模塊能夠?qū)σ疠旊娋€路舞動的因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，根據(jù)監(jiān)測到的信息數(shù)據(jù)分析可能發(fā)生舞動的線路，設(shè)計(jì)調(diào)整相應(yīng)的防范方案。一般會在輸電線路上安裝多種類型傳感器，監(jiān)測風(fēng)力、風(fēng)向、風(fēng)速等，還會安裝振動傳感器和視頻傳感器，便于及時(shí)了解現(xiàn)場情況，人工智能在線監(jiān)測系統(tǒng)可以進(jìn)行綜合分析和快速診斷，及時(shí)發(fā)布預(yù)警報(bào)告，快速處理舞動故障。

2.2.5""線路運(yùn)行監(jiān)測模塊

為保障電力輸電線路安全運(yùn)行，還應(yīng)加強(qiáng)對整個(gè)線路的日常監(jiān)測、檢查與維護(hù)，結(jié)合線路運(yùn)行情況及各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)的具體變化快速、準(zhǔn)確了解線路狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，為有效開展運(yùn)維管理工作提供可靠依據(jù)[4]。線路運(yùn)行監(jiān)測模塊能夠?qū)﹄娐份旊娋€路狀態(tài)進(jìn)行全面細(xì)致監(jiān)測，主要借助鐵塔和線路上的傳感器設(shè)備來采集信息數(shù)據(jù)，并能夠?qū)⒈O(jiān)測到的實(shí)時(shí)信號傳遞到監(jiān)控中心，再利用人工智能技術(shù)進(jìn)行綜合分析，了解輸電線路性能狀態(tài)的真實(shí)情況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期故障[4]。

2.2.6""遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測模塊

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測模塊主要是對電力輸電線路運(yùn)行期間所處環(huán)境條件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)測，快速掌握較為全面的周邊環(huán)境，分析輸電線路運(yùn)行期間的安全狀況，有針對性地開展線路檢修、維護(hù)與管理工作，提升輸電線路整體運(yùn)行性能。該模塊系統(tǒng)主要利用圖像編碼器實(shí)時(shí)采集輸電線路現(xiàn)場環(huán)境信息，而后進(jìn)行壓縮編碼處理轉(zhuǎn)化為無線信號，通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心流媒體服務(wù)器中，線路運(yùn)維管理人員登錄監(jiān)控軟件后解碼視頻流，可獲得清晰的現(xiàn)場圖像，而后利用人工智能技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。

2.3""輸電線路的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于人工智能中的關(guān)鍵技術(shù)，能夠模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)獲取到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性推理，可以快速了解不同信息數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行輸電線路故障診斷的過程中無須進(jìn)行知識獲取、表達(dá)和知識庫建立，能夠自動完成各類數(shù)據(jù)信息的分布式處理工作，且具有自適應(yīng)的特點(diǎn)，能夠進(jìn)行模式分類，有效處理故障診斷中的模糊分析[5]。通常情況下，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只需要獲取電力輸電線路運(yùn)行期間的現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本訓(xùn)練，形成豐富的故障診斷樣本集，便于對輸電線路故障問題的智能判斷與處理。結(jié)合輸電線路安全運(yùn)行需求開發(fā)相應(yīng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可切實(shí)提高整個(gè)線路系統(tǒng)智能分析、監(jiān)測線路設(shè)備狀態(tài)、診斷線路故障和進(jìn)行狀態(tài)維修的能力。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要由輸入層、隱含層和輸出層構(gòu)成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)不同層的維數(shù)可以分析輸電線路是否發(fā)生故障，同時(shí)也可以判斷故障的嚴(yán)重程度，便于后續(xù)運(yùn)維管理，使電路輸電線路快速恢復(fù)正常狀態(tài)。

3""結(jié)語

將人工智能技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)輸電線路安全運(yùn)行當(dāng)中，可充分發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢，全面收集、處理線路信息，準(zhǔn)確評估輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問題，并實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測與管理，降低輸電線路運(yùn)行期間安全事故的發(fā)生率。未來發(fā)展階段，電力系統(tǒng)輸電線路建設(shè)應(yīng)注重與人工智能技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，并對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，不斷改進(jìn)優(yōu)化，持續(xù)擴(kuò)大人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)運(yùn)行管理中的價(jià)值作用，高質(zhì)高效開展線路運(yùn)維工作，使整個(gè)電力系統(tǒng)一直保持安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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[4]黑嘉欣.基于人工智能的柔直線路故障定位方法研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2020.

[5]劉城欣.結(jié)合人工智能技術(shù)的輸電線路路徑規(guī)劃方法研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2020.