智能技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用研究

王梅琦

摘要：文章概述了變電運(yùn)維的基本概念，并以AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺系統(tǒng)為例，結(jié)合傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)，探討了智能化技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用。通過具體案例和實(shí)際數(shù)據(jù)的分析，文章詳細(xì)闡述了智能化技術(shù)如何提高運(yùn)維效率、降低運(yùn)維成本以及提升運(yùn)維安全性。具體而言，自動化和智能化的設(shè)備巡視和操作顯著提高了運(yùn)維效率，而實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)則使智能化技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，從而極大地提升了運(yùn)維安全性。

關(guān)鍵詞：變電運(yùn)維；智能化；技術(shù)分析

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）13-0132-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

0 引言

隨著科技的飛速發(fā)展，智能化技術(shù)已逐漸滲透到各行各業(yè)，變電運(yùn)維領(lǐng)域亦不例外。變電運(yùn)維作為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，其技術(shù)水平直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。智能變電站是基于新一代信息技術(shù)和自動化控制技術(shù)的新型電力系統(tǒng)，具有高可靠性、高安全性和高效率等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用[1]。智能變電站的運(yùn)維能有效保障其安全運(yùn)行，并提高變電運(yùn)維的效率。

1 變電運(yùn)維技術(shù)概述

1.1 變電站基本概念

變電站的主要功能是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能進(jìn)行升壓或降壓，以滿足不同負(fù)荷的需求[2]。在此過程中，變電站設(shè)備需要進(jìn)行變壓、斷路等操作，以確保電能的安全傳輸和分配。同時，變電站還需根據(jù)實(shí)際需求對電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和平衡。

1.2 變電運(yùn)維流程

變電運(yùn)維包括按照規(guī)定的巡視時間和路線對所轄的變配電設(shè)備進(jìn)行巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時匯報(bào)并處理。同時，根據(jù)調(diào)度命令進(jìn)行設(shè)備的投切操作，定期對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，包括清掃、緊固、校準(zhǔn)以及更換磨損部件等。此外，還需定期對變配電設(shè)備進(jìn)行停電檢修，并在設(shè)備發(fā)生異?；蚬收蠒r，迅速進(jìn)行故障定位和隔離，及時通知維修人員進(jìn)行處理，以盡快恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。

1.3 變電運(yùn)維現(xiàn)狀

盡管智能牽引變電所的推廣正在加快，但配電環(huán)境的智能化程度仍不夠高?，F(xiàn)有的信息處理能力可能無法滿足實(shí)時監(jiān)測和快速響應(yīng)的需求，特別是在處理大量實(shí)時數(shù)據(jù)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)配置信息時，性能可能受到限制。盡管電力行業(yè)已經(jīng)研究了二次回路可視化技術(shù)，但這些技術(shù)在智能牽引變電所的實(shí)際應(yīng)用中仍需進(jìn)一步驗(yàn)證和優(yōu)化。隨著高速鐵路的普及，研究智能牽引變電所的二次設(shè)備智能運(yùn)維變得尤為重要。智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的對比如表1所示。

2 智能化技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用

2.1 傳感器技術(shù)

在變電運(yùn)維中，AcrelCloud-1000平臺在變電所內(nèi)部部署了多種傳感器，如多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝像頭和開關(guān)量采集裝置等。這些傳感器可以實(shí)時監(jiān)測變電站內(nèi)變壓器、斷路器等重要運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)[3]。平臺通過傳感器獲取變壓器的功率、負(fù)荷率等數(shù)據(jù)分析運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時處理，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。變電所運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示。變壓器1的功率為1 200 kW，負(fù)荷率為55 %，溫度為65 ℃，濕度為45 %，電壓為110 kV，電流為50 A。這表明變壓器1在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，負(fù)荷適中，沒有過熱或過濕的現(xiàn)象。變壓器2的功率為1 500 kW，負(fù)荷率為70 %，溫度為72 ℃，濕度為50 %，電壓為220 kV，電流為75 A。盡管變壓器2的負(fù)荷率稍高，但仍處于正常運(yùn)行范圍內(nèi)。不過，由于其溫度較高，需要持續(xù)監(jiān)測以防過熱。斷路器1和斷路器2的溫度分別為35 ℃和32 ℃，均處于正常范圍內(nèi)?；芈?的功率為400 kW，負(fù)荷率為25 %，電壓為10 kV，電流為20 A。這表明回路1的負(fù)荷較輕，運(yùn)行平穩(wěn)。回路2的功率為600 kW，負(fù)荷率為35 %，電壓為15 kV，電流為30 A。與回路1相比，回路2的負(fù)荷稍重，但仍處于正常范圍內(nèi)。

2.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)

AcrelCloud-1000平臺依靠高算力邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，處理智能儀表和傳感器采集的數(shù)據(jù)，并將其上傳至云服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集和傳輸都依賴網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。平臺使用有線/無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模式，確保數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定、高效地上傳至云服務(wù)器。即使在網(wǎng)絡(luò)故障時，數(shù)據(jù)也會存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后再繼續(xù)上傳，以保證數(shù)據(jù)完整性。AcrelCloud-1000平臺數(shù)據(jù)傳輸如表3所示。

在5次數(shù)據(jù)傳輸嘗試中，有4次成功上傳，1次因網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致上傳失敗。表明該平臺的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制是可靠的，但在某些情況下，如網(wǎng)絡(luò)故障，可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗。失敗的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)大小為1.2 MB。盡管上傳失敗，但AcrelCloud-1000平臺的設(shè)計(jì)確保數(shù)據(jù)被安全暫存本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后繼續(xù)上傳。傳感器和智能儀表采集數(shù)據(jù)均勻，顯示數(shù)據(jù)采集過程有序規(guī)律。只要網(wǎng)絡(luò)良好，傳感器和智能儀表無論采用有線還是無線傳輸方式，都能成功上傳至云服務(wù)器。

2.3 數(shù)據(jù)分析與處理技術(shù)

AcrelCloud-1000平臺是一款基于互聯(lián)網(wǎng)＋大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云管理系統(tǒng)，它利用應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。平臺還部署了帶有邊緣計(jì)算功能的智能融合終端裝置，用于感知和識別變電網(wǎng)的運(yùn)行狀況、設(shè)備狀態(tài)和環(huán)境情況等。根據(jù)生產(chǎn)和管理需求，平臺上傳必要的數(shù)據(jù)到云平臺。AcrelCloud-1000平臺組織架構(gòu)如圖1所示。

云平臺運(yùn)用智能化技術(shù)和各類傳感器，從海量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息。例如，平臺提供用能月報(bào)功能，支持用戶按照總用電量、變電站名稱和編號等條件查詢該站的用電情況。用戶只需在相應(yīng)的查詢框中輸入條件，系統(tǒng)即可自動檢索并生成相應(yīng)的用電情況報(bào)告。此外，平臺還通過邊緣計(jì)算設(shè)備和AI攝像機(jī)實(shí)時采集變電站內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)視頻數(shù)據(jù)，并借助AIBOX的智能分析功能，判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行，及時發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)。

3 智能化技術(shù)對變電運(yùn)維效果的影響

3.1 提高運(yùn)維效率

傳統(tǒng)的變電運(yùn)維主要依賴人工巡檢和操作，工作量大且效率低下。而智能運(yùn)維管理系統(tǒng)能夠自動化地完成一系列重復(fù)性的運(yùn)維任務(wù)。AcrelCloud-1000 變電所運(yùn)維云平臺系統(tǒng)從感知層、傳輸層、應(yīng)用層到展示層，實(shí)現(xiàn)了對變電站運(yùn)維的全面管理[4]。

感知層中的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝像頭和開關(guān)量采集裝置等協(xié)同工作，提供全面實(shí)時數(shù)據(jù)。傳輸層主動采集設(shè)備數(shù)據(jù)并進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，智能網(wǎng)關(guān)通過交換機(jī)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。即使在網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，數(shù)據(jù)也能本地存儲，并在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后上傳。應(yīng)用層對傳輸層的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、存儲和管理。對于小型變電所，可以合并服務(wù)器以節(jié)約資源。服務(wù)器需固定IP 地址以接收智能網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)。展示層允許用戶通過各種終端訪問平臺，實(shí)時了解變電所運(yùn)行狀態(tài)，做出決策。集中監(jiān)控IT、機(jī)房環(huán)境和監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制和智能診斷，從而提高運(yùn)維效率，減少人工參與。

3.2 降低運(yùn)維成本

傳統(tǒng)的變電運(yùn)維方式需要大量的人力資源進(jìn)行日常巡檢和維護(hù)，導(dǎo)致人員成本較高。智能化技術(shù)的應(yīng)用，通過實(shí)時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，能夠準(zhǔn)確判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和潛在故障，從而減少了人工巡檢的頻率[5]。傳統(tǒng)的人工巡檢方式不僅成本高，而且效率低下，容易受到人為因素的影響。鵬城變電站是深圳供電局“5G+智能電網(wǎng)”生態(tài)圈中的一個5G集中應(yīng)用示范點(diǎn)。在深圳市“5G智慧之城發(fā)布會”上，該項(xiàng)目榮獲5G智慧樣板項(xiàng)目授牌。智能設(shè)備監(jiān)測流程圖如圖2所示。

借助智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全天候監(jiān)測，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)異常情況。常規(guī)巡檢工作可由智能設(shè)備代勞，從而大幅減少了人力成本。巡檢機(jī)器人沿預(yù)設(shè)軌跡緩慢且穩(wěn)定地移動，通過高清攝像頭精確檢查變電站內(nèi)的各個設(shè)備。無論是開關(guān)、壓板、指示燈還是儀表等，均可被這些智能設(shè)備準(zhǔn)確識別和讀取。相關(guān)信息以1 ms的速度迅速傳至指揮中心，有效提升了電網(wǎng)設(shè)備的巡檢效率高達(dá)270 %，極大地減輕了人工巡檢的負(fù)擔(dān)。

3.3 提升運(yùn)維安全性

在傳統(tǒng)變電運(yùn)維工作中，由于環(huán)境和人為因素的影響，存在一定的安全隱患。然而，通過引入智能化技術(shù)，利用智能感知和預(yù)警系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。借助數(shù)字化技術(shù)和人工智能算法，配電室實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)和優(yōu)化運(yùn)行。此外，“數(shù)智化裝備”如機(jī)器人、無人機(jī)、傳感器等的應(yīng)用，使得設(shè)備巡視和操作實(shí)現(xiàn)了自動化和智能化。這些裝備能夠全天候連續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)精確、規(guī)范、快速的設(shè)備巡視和操作，極大地提高了工作效率。通過人工智能、控制策略等技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，產(chǎn)生了超越“1+1”的效果。智能運(yùn)維體系實(shí)現(xiàn)了對變電運(yùn)維全流程的數(shù)字化閉環(huán)管理，涵蓋了“智能巡視”“智能操作”和“智能安全”三個方面。其中，“智能巡視”能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，預(yù)防故障惡化；“智能操作”通過遠(yuǎn)程和程序化操作，降低了人為失誤的風(fēng)險(xiǎn)；“智能安全”則全面管控了作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。智能化技術(shù)能夠識別設(shè)備缺陷，其識別率高達(dá)93%，遠(yuǎn)超人眼的判斷能力。這意味著智能化技術(shù)能夠更早地發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，有效避免線路停電等風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語

智能化技術(shù)通過實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。與傳統(tǒng)的運(yùn)維方式相比，智能化技術(shù)不受人為因素和環(huán)境因素的影響，能夠利用先進(jìn)的算法和模型對變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，顯著提升運(yùn)維安全性，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障。

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