人工智能在電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用分析

賈玉濤，王洪曉，鄭才偉

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司登封市供電公司，河南 登封 452470）

0 引言

電纜溝由于位于地下，其運(yùn)行環(huán)境較為封閉，存在著空氣不夠通暢的問(wèn)題，容易使得電纜線路出現(xiàn)發(fā)熱情況，進(jìn)而加快電纜線路的老化速度。如果電纜線路的發(fā)熱情況較為嚴(yán)重，還會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)生局部放電的現(xiàn)象，甚至可能導(dǎo)致燃燒事故。為了保證電纜線路的運(yùn)行穩(wěn)定，需要對(duì)電纜溝進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電纜溝內(nèi)存在異常情況時(shí)，則應(yīng)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，提醒運(yùn)維人員及時(shí)采取措施加以處理[1]。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，本文介紹了電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，對(duì)于提高電纜溝的運(yùn)維技術(shù)水平具有一定的價(jià)值。

1 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用必要性及監(jiān)測(cè)內(nèi)容

1.1 采用電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的必要性

在目前的電纜溝運(yùn)維中，一般是由電纜線路的運(yùn)維檢修人員攜帶相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)電纜溝中的電纜設(shè)備進(jìn)行檢修。但采取這種電纜運(yùn)維方式，對(duì)故障的定位時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)維效率不高，也會(huì)給運(yùn)維檢修人員帶來(lái)一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此可以采用電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)，通過(guò)布置在電纜溝中的運(yùn)維監(jiān)測(cè)終端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜溝內(nèi)的情況[2]，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜溝內(nèi)不同區(qū)域中的環(huán)境數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行傳輸。此外應(yīng)用電纜溝代運(yùn)維裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜溝內(nèi)的環(huán)境溫濕度、有毒氣體、易燃?xì)怏w、火災(zāi)、水位等信息的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)異常，可以及時(shí)發(fā)出告警，電纜溝的運(yùn)維人員即可快速采取措施，在最大程度上降低電纜線路發(fā)生故障的概率。同時(shí)該電纜溝代運(yùn)維裝置的運(yùn)行功耗較低，具備視頻分析功能，可以有效實(shí)現(xiàn)電纜溝的智能巡檢，減輕人員巡檢勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.2 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容

對(duì)于電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容，包括電纜溝溫度監(jiān)測(cè)、火災(zāi)預(yù)警、局部放電監(jiān)測(cè)、氣體監(jiān)測(cè)、水位監(jiān)測(cè)以及防盜監(jiān)測(cè)等。首先對(duì)于溫度監(jiān)測(cè)，由于電纜線路的中間接頭在制作過(guò)程中連接不緊，導(dǎo)致電纜線路的接觸電阻較大。電纜線路在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)熱，故應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電纜的溫度監(jiān)測(cè)、火災(zāi)預(yù)警及局部放電監(jiān)測(cè)。其次如果電纜線路長(zhǎng)期浸泡在水中，尤其是在污水中，則會(huì)加快電纜線路的老化。并且電纜線路遇水，也容易出現(xiàn)局部放電的情況，導(dǎo)致電纜線路被擊穿。

2 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

2.1 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在開(kāi)發(fā)電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)之前，需要先規(guī)劃好電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。在電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)中，一是安裝在電纜溝內(nèi)的監(jiān)測(cè)終端設(shè)備，在這一設(shè)備中采用了環(huán)境傳感器，包括溫度采集傳感器、濕度采集傳感器、局放傳感器、紅外入侵檢測(cè)傳感器、水位傳感器以及氣體傳感器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜溝運(yùn)行環(huán)境的全方位多角度在線監(jiān)測(cè)。二是智能網(wǎng)關(guān)，能夠發(fā)揮通信協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用，實(shí)現(xiàn)電纜溝現(xiàn)場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)終端和遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信和交互，并且各個(gè)智能網(wǎng)關(guān)之間可以自行開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)通信組網(wǎng)[3]。三是遠(yuǎn)程服務(wù)器及客戶端系統(tǒng)，通過(guò)客戶端，可以實(shí)時(shí)展示電纜溝的運(yùn)行狀態(tài)，包括預(yù)警信息及故障點(diǎn)的具體位置等，從而高效對(duì)電纜溝進(jìn)行監(jiān)管，圖1為電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

圖1 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

其中溫度傳感器應(yīng)能夠采集電纜溝的環(huán)境溫度以及電纜線路的運(yùn)行溫度等，這樣能夠評(píng)估電纜線路發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，也能夠用來(lái)判斷電纜溝中的通風(fēng)情況是否良好。但電纜溝內(nèi)是否發(fā)生了火災(zāi)，還需要結(jié)合氣體傳感器所采集到的數(shù)據(jù)，如電纜溝內(nèi)的一氧化碳?xì)怏w含量較高，則代運(yùn)維系統(tǒng)需要發(fā)出火災(zāi)預(yù)警信息。對(duì)于水位傳感器，當(dāng)監(jiān)測(cè)到電纜溝內(nèi)的水位較高時(shí)，則說(shuō)明電纜線路存在著較大的浸泡或者具備放電風(fēng)險(xiǎn)，需要及時(shí)采取措施，從而防患于未然，保證電纜線路的運(yùn)行安全。通過(guò)對(duì)上述電纜線路各個(gè)運(yùn)行物理量的監(jiān)測(cè)，基本可以實(shí)現(xiàn)全方位保障電纜線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

2.2 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的通信機(jī)制

電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中傳感器所采集到的數(shù)據(jù)信息，需要借助通信傳輸系統(tǒng)，才能夠達(dá)到遠(yuǎn)程服務(wù)器中。加強(qiáng)電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是保證電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用性能的關(guān)鍵。在電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中，由于不同類型的傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)接口類型不同，需要利用智能網(wǎng)關(guān)發(fā)揮通信協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)換及共享。通信機(jī)制是構(gòu)建電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)，圖2為電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的通信傳輸系統(tǒng)。

圖2 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的通信傳輸系統(tǒng)

從上圖2的電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的通信傳輸系統(tǒng)中可以看出，傳感器所采集到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)終端節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一傳輸?shù)铰酚晒?jié)點(diǎn)，并經(jīng)過(guò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)程控制中心中的服務(wù)器。經(jīng)過(guò)服務(wù)器的分析和處理，就可以發(fā)出相關(guān)的電纜溝運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)警信息。同時(shí)由于所采用到的是無(wú)線通信技術(shù)，故在通信的過(guò)程中，還應(yīng)注意網(wǎng)絡(luò)信息的安全防護(hù)，保證不出現(xiàn)信息數(shù)據(jù)泄露的情況。可以配置類似于防火墻等網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)備，限制非法的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)行為。

上述通信傳輸系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)合理選擇和通信傳輸頻率，其和通信傳輸距離密切相關(guān)。如果所選的通信頻率較高，則可以設(shè)置的傳輸距離就較大。上述終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)以及協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)，需要進(jìn)行合理的布局設(shè)計(jì)，才能夠在保證通信系統(tǒng)運(yùn)行暢通的前提下，降低電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的建設(shè)成本[4]。為此可以采用人工智能技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化布局，以下進(jìn)行詳細(xì)的分析和介紹[4]。

3 人工智能技術(shù)在電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 人工智能遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在優(yōu)化監(jiān)控終端布局中的應(yīng)用

由于電纜溝的實(shí)際長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為了能夠?qū)﹄娎|溝全程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要布置較多的監(jiān)測(cè)終端，如何對(duì)眾多的電纜溝監(jiān)測(cè)終端設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化布局，是構(gòu)建電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。人工智能遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的算法基礎(chǔ)是神經(jīng)科學(xué)，能夠通過(guò)模擬人腦的思維模式，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合處理和分析，廣泛用于優(yōu)化計(jì)算領(lǐng)域中。應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算時(shí)，需要經(jīng)過(guò)多次迭代計(jì)算，才能夠得到最終的優(yōu)化計(jì)算結(jié)果。同時(shí)還應(yīng)設(shè)置合理的收斂指標(biāo)，保證在迭代計(jì)算的過(guò)程中，既不會(huì)出現(xiàn)迭代次數(shù)過(guò)多的情況，也不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榈螖?shù)較少，導(dǎo)致所得到的解不是最優(yōu)解的情況。電纜溝監(jiān)測(cè)終端經(jīng)過(guò)遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的優(yōu)化之后，一般是每隔十五米的距離就設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)終端點(diǎn)，這樣既能夠滿足監(jiān)測(cè)應(yīng)用的要求，也不會(huì)顯得終端設(shè)置冗余。同時(shí)這樣還能夠充分發(fā)揮協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的作用，在實(shí)際應(yīng)用中也取得了較好的效果。如果所設(shè)置的監(jiān)測(cè)終端節(jié)點(diǎn)過(guò)多，則會(huì)增加電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的投資成本，故通過(guò)優(yōu)化監(jiān)控終端，也能夠取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 人工智能技術(shù)在電纜溝監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用

利用人工智能技術(shù)，可以判斷出電纜溝的異常運(yùn)行情況。首先可以在局放傳感器中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)電纜線路中的微小放電電流進(jìn)行采集捕捉，當(dāng)放電電流值超過(guò)了所設(shè)定的閾值，則說(shuō)明該電纜線路可能發(fā)生了漏電情況，從而避免電纜線路發(fā)生導(dǎo)電事故。其次利用人工智能中的溫度成像技術(shù)，對(duì)電纜溝內(nèi)的溫度異常點(diǎn)進(jìn)行辨識(shí)，實(shí)現(xiàn)電纜溝內(nèi)溫度信息的可視化分析，當(dāng)滿足溫度異常判據(jù)時(shí)，則發(fā)出火災(zāi)預(yù)警信息。同時(shí)利用溫度成像技術(shù)，能夠?qū)﹄娎|溝內(nèi)是否出現(xiàn)了入侵情況進(jìn)行探測(cè)，從而可以對(duì)電纜溝的非法入侵及時(shí)采取主動(dòng)防御技術(shù)措施。但以加強(qiáng)對(duì)物體辨識(shí)算法的設(shè)計(jì)，保證電纜溝代運(yùn)維裝置不會(huì)出現(xiàn)誤發(fā)告警的情況。同時(shí)通過(guò)采用電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電纜溝的精準(zhǔn)運(yùn)維和故障的靈活定位[6]。由于電纜溝的異常運(yùn)行信息發(fā)布較為及時(shí)，故能夠降低電纜線路發(fā)生事故的概率，提升電纜線路運(yùn)行的安全性，在電纜溝的運(yùn)維中具有較高的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

本文系統(tǒng)分析了電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，以及人工智能在電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。通過(guò)采用電纜溝代運(yùn)維裝置，可以有效降低電力企業(yè)在電纜線路運(yùn)維中所投入的成本，同時(shí)在技術(shù)發(fā)展上也解決了電纜溝井中非法入侵及時(shí)告警的技術(shù)難題，可以在實(shí)際的電纜線路運(yùn)維中加以應(yīng)用。