人工智能在輸電線路安全運行中的應用

史偉

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

關鍵詞：人工智能;輸電線路;安全運行;應用

一、技術路徑

針對輸配電裝備運維難點和電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)特征，通過研究多源信息采集與處理技術，依托不同平臺，借助數(shù)據(jù)融合法全方位獲取輸電線路運行過程中的各項數(shù)據(jù)，如設備狀態(tài)、實時狀態(tài)、電網(wǎng)運行指標等，從而對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進行處理，并進行規(guī)范化使用，實現(xiàn)視頻、圖像、文本等多源電網(wǎng)數(shù)據(jù)的源端融合。

通過研究基于大數(shù)據(jù)分析的輸變電設備評估模型及狀態(tài)診斷方法，實現(xiàn)電網(wǎng)裝備狀態(tài)評價的智能化、專業(yè)化、信息化和互動化。通過研究基于人工智能和大數(shù)據(jù)的輸配電裝備健康預警技術，實現(xiàn)輸配電裝備的實時感知、在線監(jiān)測、科學預警、智能診斷。并以上述技術為基礎，開發(fā)基于大數(shù)據(jù)的輸配電裝備智能化遠程運維系統(tǒng)，根據(jù)輸配電裝備運維需要，深入挖掘、分析裝備運行數(shù)據(jù)，形成智能運維報告。

二、人工智能技術在電力系統(tǒng)輸電線路安全運行中的應用

（一）輸電線路在線監(jiān)測專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是人工智能應用和研究中最活躍、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)測專家系統(tǒng)的開發(fā)是根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)推斷輸電線路故障原因。其結(jié)構(gòu)由知識庫、數(shù)據(jù)庫、解釋機制、推理機和人機界面五部分組成。

輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)避雷器、絕緣子污閃、覆冰、舞動、輸電線路安全運行、遠程可視化等傳感監(jiān)測手段獲取的數(shù)據(jù)信號，建立;ES靜態(tài)數(shù)據(jù)庫和動態(tài)數(shù)據(jù)庫;推理機制為正向推理;專家系統(tǒng)的核心是知識庫。輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的知識用產(chǎn)生式規(guī)則表示，知識用一般IF-THEN（條件—結(jié)論）形式。知識的獲取遵循領域知識和現(xiàn)場操作經(jīng)驗。輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的知識庫采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊相互獨立，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)測系統(tǒng)運行時，首先啟動輸電線路遠程可視化監(jiān)測模塊，獲取現(xiàn)場的可視化圖像，然后啟動避雷器模塊、絕緣子污閃模塊、覆冰監(jiān)測模塊，啟動舞動監(jiān)測模塊和輸電線路安全運行模塊。最后，根據(jù)各模塊的分析結(jié)果，啟動綜合分析模塊進行綜合判斷。輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)可以對運行中的輸電線路做出早期故障診斷結(jié)論，為現(xiàn)場運行人員提供參考。

（二）基于人工智能的輸配電裝備運維策略

對設備狀態(tài)信息之間存在的關系進行深入研究，建立設備運行數(shù)據(jù)與狀態(tài)間的關聯(lián)模型。研究基于“事故學習-事件驅(qū)動”型的時空狀態(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變設備停運模型。研究基于機器學習的適應不同設備類型、不同電壓等級、不同運行年限、不同運行環(huán)境、不同運行季節(jié)等輸變電裝備評估模型。

（三）線路運行監(jiān)測模塊

加強輸電線路的管理，保障輸電線路的安全運行，是電力行業(yè)的工作重心。輸電線路需要科學合理的設計，面對我國用電緊張的局面，實施輸電線路動態(tài)增容尤為需要。通常導線溫度限額是70℃，由于導線綜合機械強度在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，為了保證輸電的安全，要加強輸電線路的日常巡視、檢查、維修等工作，在線路維護過程中，進行線路檢測可以及時發(fā)現(xiàn)線路中存在的安全隱患，檢測效果直接影響到線路維護工作的有效性。

輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，可以對輸電線路狀態(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，便于對輸電線路的運行狀態(tài)（導線溫度、額定電壓、電流強度）和環(huán)境條件（氣溫、風速、日照等）進行全方位的監(jiān)測。輸電線路在線監(jiān)測采集的實時信號由監(jiān)測傳感器獲取，數(shù)據(jù)信號經(jīng)GPRS/CDMA/3G網(wǎng)絡發(fā)送至監(jiān)控中心，由AI對輸電線路的性能、狀態(tài)及存在的早期潛伏性故障作出診斷。

（四）遠程視頻監(jiān)測

傳輸線遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由客戶端監(jiān)控軟件、圖像編輯器、流媒體服務器等部分組成。其核心技術是數(shù)據(jù)采集、壓縮解碼、無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g。該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測輸電線路周圍的環(huán)境，隨時獲取輸電線路的運行情況，加強對輸電線路的管理。圖像編碼器通過壓縮編碼技術對采集到的數(shù)據(jù)信號進行處理，并借助無線通信技術將處理后的數(shù)據(jù)信號傳輸給流媒體服務器。管理員只需登錄監(jiān)控軟件，對視頻流進行解碼，即可獲得高質(zhì)量的現(xiàn)場圖像，并進行瀏覽和監(jiān)控，最后通過人工智能技術對相關信息進行處理。

（五）舞動監(jiān)測模塊

輸電線路舞動會引起斷線、金具磨損、倒塔、線路跳閘等故障，造成大面積停電等嚴重事故。輸電線路舞動是由氣動不穩(wěn)定引起的一種現(xiàn)象。它是導線在風作用下的一種低頻大振幅自激振動。目前，對輸電線路舞動的研究主要集中在導線舞動機理和導線的力學結(jié)構(gòu)上。對有舞動或可能舞動的線路，應及時調(diào)整防舞動方案，并采取安裝防舞動裝置等措施。

風激勵是導線舞動的直接原因。通過在線路上安裝環(huán)境氣象（風速、風向、溫度等）傳感器、振動（振幅）傳感器，或者在鐵塔上安裝視頻傳感器，可以實時監(jiān)測輸電線路的狀態(tài)。當發(fā)生嚴重舞動時，傳感器獲取的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)信號將通過GPRS/CDMA/3G網(wǎng)絡發(fā)送到監(jiān)控中心，人工智能對舞動故障進行診斷并發(fā)布預警報告。

三、結(jié)論

AI的實現(xiàn)需要大量硬件的支撐，而軟件工程更是AI的核心技術。近年來，AI在輸電線路狀態(tài)檢測和故障診斷中的開發(fā)和應用，極大地提高了輸電線路在線監(jiān)測的智能化水平，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)測系統(tǒng)應用的逐步推廣，AI正越來越顯示出強大的生命力。

參考文獻

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