人工智能在輸電線路安全運(yùn)行中的應(yīng)用

史偉

摘要：21世紀(jì)，智能電網(wǎng)的研究已成為電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。從最新智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，人工智能技術(shù)在輸電線路在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)維修方面的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。AI將為電力工業(yè)的發(fā)展開辟全新的途徑。

關(guān)鍵詞：人工智能;輸電線路;安全運(yùn)行;應(yīng)用

一、技術(shù)路徑

針對(duì)輸配電裝備運(yùn)維難點(diǎn)和電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)特征，通過(guò)研究多源信息采集與處理技術(shù)，依托不同平臺(tái)，借助數(shù)據(jù)融合法全方位獲取輸電線路運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如設(shè)備狀態(tài)、實(shí)時(shí)狀態(tài)、電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)等，從而對(duì)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行規(guī)范化使用，實(shí)現(xiàn)視頻、圖像、文本等多源電網(wǎng)數(shù)據(jù)的源端融合。

通過(guò)研究基于大數(shù)據(jù)分析的輸變電設(shè)備評(píng)估模型及狀態(tài)診斷方法，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)裝備狀態(tài)評(píng)價(jià)的智能化、專業(yè)化、信息化和互動(dòng)化。通過(guò)研究基于人工智能和大數(shù)據(jù)的輸配電裝備健康預(yù)警技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輸配電裝備的實(shí)時(shí)感知、在線監(jiān)測(cè)、科學(xué)預(yù)警、智能診斷。并以上述技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)基于大數(shù)據(jù)的輸配電裝備智能化遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)，根據(jù)輸配電裝備運(yùn)維需要，深入挖掘、分析裝備運(yùn)行數(shù)據(jù)，形成智能運(yùn)維報(bào)告。

二、人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電線路安全運(yùn)行中的應(yīng)用

（一）輸電線路在線監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用和研究中最活躍、最廣泛的課題。它具有啟發(fā)性、透明性和靈活性。輸電線路在線監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)的開發(fā)是根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推斷輸電線路故障原因。其結(jié)構(gòu)由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、解釋機(jī)制、推理機(jī)和人機(jī)界面五部分組成。

輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)避雷器、絕緣子污閃、覆冰、舞動(dòng)、輸電線路安全運(yùn)行、遠(yuǎn)程可視化等傳感監(jiān)測(cè)手段獲取的數(shù)據(jù)信號(hào)，建立;ES靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù);推理機(jī)制為正向推理;專家系統(tǒng)的核心是知識(shí)庫(kù)。輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的知識(shí)用產(chǎn)生式規(guī)則表示，知識(shí)用一般IF-THEN（條件—結(jié)論）形式。知識(shí)的獲取遵循領(lǐng)域知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)。輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊相互獨(dú)立，協(xié)調(diào)器控制和協(xié)調(diào)各模塊的工作。輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先啟動(dòng)輸電線路遠(yuǎn)程可視化監(jiān)測(cè)模塊，獲取現(xiàn)場(chǎng)的可視化圖像，然后啟動(dòng)避雷器模塊、絕緣子污閃模塊、覆冰監(jiān)測(cè)模塊，啟動(dòng)舞動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊和輸電線路安全運(yùn)行模塊。最后，根據(jù)各模塊的分析結(jié)果，啟動(dòng)綜合分析模塊進(jìn)行綜合判斷。輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)運(yùn)行中的輸電線路做出早期故障診斷結(jié)論，為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員提供參考。

（二）基于人工智能的輸配電裝備運(yùn)維策略

對(duì)設(shè)備狀態(tài)信息之間存在的關(guān)系進(jìn)行深入研究，建立設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與狀態(tài)間的關(guān)聯(lián)模型。研究基于“事故學(xué)習(xí)-事件驅(qū)動(dòng)”型的時(shí)空狀態(tài)模型。采用云模型給出采集數(shù)據(jù)缺乏情況下的可切換時(shí)變?cè)O(shè)備停運(yùn)模型。研究基于機(jī)器學(xué)習(xí)的適應(yīng)不同設(shè)備類型、不同電壓等級(jí)、不同運(yùn)行年限、不同運(yùn)行環(huán)境、不同運(yùn)行季節(jié)等輸變電裝備評(píng)估模型。

（三）線路運(yùn)行監(jiān)測(cè)模塊

加強(qiáng)輸電線路的管理，保障輸電線路的安全運(yùn)行，是電力行業(yè)的工作重心。輸電線路需要科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，面對(duì)我國(guó)用電緊張的局面，實(shí)施輸電線路動(dòng)態(tài)增容尤為需要。通常導(dǎo)線溫度限額是70℃，由于導(dǎo)線綜合機(jī)械強(qiáng)度在70～90℃內(nèi)幾乎不變，在保障輸電線路安全的前提下，將輸電線路運(yùn)行溫度由規(guī)定的70℃提升到80℃或90℃，可大大提高線路輸電能力。同時(shí)，為了保證輸電的安全，要加強(qiáng)輸電線路的日常巡視、檢查、維修等工作，在線路維護(hù)過(guò)程中，進(jìn)行線路檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路中存在的安全隱患，檢測(cè)效果直接影響到線路維護(hù)工作的有效性。

輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)，可以對(duì)輸電線路狀態(tài)維修起到?jīng)Q定性的作用。在線路上和鐵塔上安裝各類傳感裝置，便于對(duì)輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)（導(dǎo)線溫度、額定電壓、電流強(qiáng)度）和環(huán)境條件（氣溫、風(fēng)速、日照等）進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)。輸電線路在線監(jiān)測(cè)采集的實(shí)時(shí)信號(hào)由監(jiān)測(cè)傳感器獲取，數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)GPRS/CDMA/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控中心，由AI對(duì)輸電線路的性能、狀態(tài)及存在的早期潛伏性故障作出診斷。

（四）遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)

傳輸線遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由客戶端監(jiān)控軟件、圖像編輯器、流媒體服務(wù)器等部分組成。其核心技術(shù)是數(shù)據(jù)采集、壓縮解碼、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線路周圍的環(huán)境，隨時(shí)獲取輸電線路的運(yùn)行情況，加強(qiáng)對(duì)輸電線路的管理。圖像編碼器通過(guò)壓縮編碼技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，并借助無(wú)線通信技術(shù)將處理后的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸給流媒體服務(wù)器。管理員只需登錄監(jiān)控軟件，對(duì)視頻流進(jìn)行解碼，即可獲得高質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)圖像，并進(jìn)行瀏覽和監(jiān)控，最后通過(guò)人工智能技術(shù)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行處理。

（五）舞動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊

輸電線路舞動(dòng)會(huì)引起斷線、金具磨損、倒塔、線路跳閘等故障，造成大面積停電等嚴(yán)重事故。輸電線路舞動(dòng)是由氣動(dòng)不穩(wěn)定引起的一種現(xiàn)象。它是導(dǎo)線在風(fēng)作用下的一種低頻大振幅自激振動(dòng)。目前，對(duì)輸電線路舞動(dòng)的研究主要集中在導(dǎo)線舞動(dòng)機(jī)理和導(dǎo)線的力學(xué)結(jié)構(gòu)上。對(duì)有舞動(dòng)或可能舞動(dòng)的線路，應(yīng)及時(shí)調(diào)整防舞動(dòng)方案，并采取安裝防舞動(dòng)裝置等措施。

風(fēng)激勵(lì)是導(dǎo)線舞動(dòng)的直接原因。通過(guò)在線路上安裝環(huán)境氣象（風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等）傳感器、振動(dòng)（振幅）傳感器，或者在鐵塔上安裝視頻傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電線路的狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重舞動(dòng)時(shí)，傳感器獲取的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)將通過(guò)GPRS/CDMA/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心，人工智能對(duì)舞動(dòng)故障進(jìn)行診斷并發(fā)布預(yù)警報(bào)告。

三、結(jié)論

AI的實(shí)現(xiàn)需要大量硬件的支撐，而軟件工程更是AI的核心技術(shù)。近年來(lái)，AI在輸電線路狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷中的開發(fā)和應(yīng)用，極大地提高了輸電線路在線監(jiān)測(cè)的智能化水平，保障了輸電線路的安全、可靠，降低了事故的發(fā)生率。隨著AI輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的逐步推廣，AI正越來(lái)越顯示出強(qiáng)大的生命力。

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