電力監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用

鄒清林，邱龍富，蔣再新，池小兵

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司欽州供電局，廣西 欽州 535000）

0 引 言

電力監(jiān)控系統(tǒng)為電力生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)提供了更多的技術(shù)支撐。根據(jù)國家構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)提升電力工程及生產(chǎn)運(yùn)維的數(shù)字化程度，通過創(chuàng)新提升電力監(jiān)控手段，讓“用好電”“放心電”成為電力生產(chǎn)的核心內(nèi)容。合理利用電力監(jiān)控系統(tǒng)對電力工程進(jìn)行全面的建設(shè)和使用管理，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制、操作、調(diào)控等方面的數(shù)字化發(fā)展。

1 電力生產(chǎn)發(fā)展與電力監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 電力系統(tǒng)構(gòu)成

電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計需要先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，是一項復(fù)雜的工程技術(shù)。

電力系統(tǒng)包含4個主體結(jié)構(gòu)。

（1）電源。也就是通過水力、風(fēng)能、火力、潮汐能、太陽能等多種形式發(fā)電的發(fā)電廠，在不同的電源點(diǎn)之間也存在著相互關(guān)聯(lián)的電能調(diào)節(jié)和交換。

（2）變電站。變電站主要建設(shè)在人煙稀少的地方，能夠有效改變電壓數(shù)值，目前常見的有升壓變電站、電力變電站以及運(yùn)用在電車等交通工具中的牽引變電站。

（3）輸電與配電線路。在復(fù)雜的電路網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行電流運(yùn)輸?shù)碾娋€，與變電站共同組成電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（4）負(fù)荷中心。電力系統(tǒng)的負(fù)荷中心主要是為了減少電壓過大或者其他電流輸送環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時的電能損耗。

1.2 電力生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀

電能是社會生產(chǎn)環(huán)節(jié)必不可少的能源，與電能生產(chǎn)、輸送、使用等有關(guān)工程項目都被稱為電力工程。20世紀(jì)的電力發(fā)展主要通過常見的火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電這些形式實(shí)現(xiàn)基本的電能供應(yīng)。隨著科技技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了更加清潔的發(fā)電形式，即潮汐能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、風(fēng)能發(fā)電。由于電能在輸送的過程中會造成大量消耗，希望通過先進(jìn)技術(shù)的使用減少電能的損耗，提高電力工程的建設(shè)質(zhì)量。不論是發(fā)電、變電，還是配電、用電，所有的環(huán)節(jié)都需要在完善的安全管理制度下進(jìn)行，以保障電能的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，形成統(tǒng)一發(fā)展、統(tǒng)一管理的實(shí)體工程系統(tǒng)[1]。

1.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)

電力監(jiān)控的建立是在電力工程建設(shè)的基礎(chǔ)上，借助計算機(jī)設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行的變電、配電、輸電工作數(shù)據(jù)監(jiān)控。不僅如此，電力監(jiān)控系統(tǒng)還能夠在通訊設(shè)備的支持下，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，提升電力工程的運(yùn)行效率。電力監(jiān)控系統(tǒng)主要使用測控單元作為基本工具，提供電壓檢測的實(shí)時監(jiān)控平臺，在數(shù)據(jù)收集、儲存、處理、分析的過程中，反饋電力工程監(jiān)測的各種問題，便于技術(shù)處理輸變配設(shè)施，滿足電力需求的調(diào)度安排。

電能分配需要經(jīng)過統(tǒng)一的能源調(diào)度，保障各地區(qū)都獲得正常的電能使用。為了穩(wěn)定所有使用電能用戶能夠獲得正常的體驗(yàn)，需要在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行電力監(jiān)督控制。通過安全管理模式的制約，對電力系統(tǒng)進(jìn)行安全監(jiān)督控制。電力調(diào)度工作內(nèi)容非常復(fù)雜，根據(jù)用電單位的用電需求負(fù)荷分派發(fā)電任務(wù)，指導(dǎo)技術(shù)人員安排運(yùn)行計劃，在電力分配的過程中還要實(shí)時進(jìn)行安全監(jiān)測，最后遇到電能輸送出現(xiàn)的問題還要及時進(jìn)行處理。電力系統(tǒng)的調(diào)度必須要分層次進(jìn)行工作，既要保障每個環(huán)節(jié)能夠獨(dú)立進(jìn)行，同時也要讓各環(huán)節(jié)和諧統(tǒng)一，做好集中的調(diào)度指揮[2]。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則

電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計為城市電力工程使用起到很好的監(jiān)督作用，保障了電能配送、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行，并且及時解決了電源質(zhì)量故障問題。電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則如下。

（1）周期性原則。作為電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本內(nèi)容之一，在規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)該對電力生產(chǎn)、輸送、使用等環(huán)節(jié)做出周期性監(jiān)督控制規(guī)劃，保障所有環(huán)節(jié)能夠相互配合，形成完整的工程系統(tǒng)，避免監(jiān)控失誤導(dǎo)致電力設(shè)備的損壞。從整體的發(fā)展與局部的實(shí)施進(jìn)行方案總結(jié)，減少對用電需求單位的不利影響，提升用戶的生活質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

（2）安全性原則。電力監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計必須要嚴(yán)格遵循安全性原則，在安全建設(shè)的前提下進(jìn)行電力工程施工和維護(hù)。為了讓設(shè)計方案具有實(shí)用性，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行才是最重要的工作任務(wù)。

（3）智能監(jiān)控原則。推進(jìn)“云、大、物、移、智”在電力作業(yè)風(fēng)險管控中的應(yīng)用，開展現(xiàn)場作業(yè)可視化監(jiān)督平臺建設(shè)與應(yīng)用的要求，研發(fā)與推廣應(yīng)用基于人工智能技術(shù)的電力作業(yè)全過程風(fēng)險管控系統(tǒng)已勢在必行。將智能芯片部署在攝像頭、可移動視頻終端、智能裝備、應(yīng)急指揮系統(tǒng)中，通過圖像視頻識別技術(shù)、文本識別技術(shù)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)等獲取作業(yè)的實(shí)時信息，采用深度學(xué)習(xí)算法分析作業(yè)風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險預(yù)警和管控，能克服和彌補(bǔ)電力作業(yè)中人工判斷的缺陷，提升電力作業(yè)全過程的安全水平和智能化水平。

3 電力監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用

3.1 輸電通道可視化智能檢測

輸電通道可視化智能檢測是基于邊緣計算和人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)的輸電通道可視化監(jiān)拍裝置關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備及變電站監(jiān)控圖像的采集、前端識別、故障隱患報警功能。關(guān)鍵技術(shù)包括人工智能機(jī)器視覺技術(shù)、數(shù)據(jù)設(shè)備安全傳輸技術(shù)等。在輸電線路在線監(jiān)測中，對圖像智能分析的需求主要體現(xiàn)在對缺陷場景的智能診斷和智能預(yù)警兩方面。輸電線路智能可視化監(jiān)拍裝置通過前端感知設(shè)備采集輸電通道和線路桿塔設(shè)備圖像信息，傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)匯聚，后端平臺對采集的通道圖像進(jìn)行智能分析，智能預(yù)警是否有外破事件發(fā)生，對采集的設(shè)備圖像進(jìn)行處理，生成設(shè)備巡視報表，形成隱患庫、缺陷庫和設(shè)備臺賬庫，高效管理輸電通道及本體設(shè)備異常狀態(tài)，減輕人員巡線工作量，提高巡檢效率。架構(gòu)如圖1所示。

圖1 輸電通道可視化智能檢測架構(gòu)

3.2 智能監(jiān)控線路安全隱患

目前的巡檢方式主要是人防和技防，所謂人防指巡檢人員定期巡查，技防指4G視頻監(jiān)控，這兩種方案都有很大的局限性。巡檢人員定期巡查的方案，首先巡視周期長，難以保證把隱患信息及時的傳遞給上位者，其次有人參與難免會出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致信息的失真，最重要的是無法保證人員確實(shí)是到指定位置巡查，稍有疏漏就容易引發(fā)無法預(yù)料的后果。因此，智能識別外力破壞隱患成為重要的監(jiān)測手段。前端設(shè)備可視化智能檢測裝置，采用人工智能技術(shù)，在攝像頭就地識別輸變電設(shè)備周圍的多種隱患情況。智能可視化監(jiān)控終端層包括低功耗的云臺、球機(jī)、槍機(jī)、巡線無人機(jī)及各類傳感器，感知輸電線路運(yùn)行狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)層可以通過5G/4G、APN或者電力專網(wǎng)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，對于無信號的輸電區(qū)段可通過網(wǎng)橋方式進(jìn)行輸電傳輸。平臺層通過部署平臺服務(wù)器、接入服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲服務(wù)器、運(yùn)維服務(wù)器及AI超腦，滿足業(yè)務(wù)平臺的硬件需求[3]。系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 智能可視化監(jiān)控

3.3 監(jiān)控接入系統(tǒng)

接入系統(tǒng)規(guī)劃過程需要通過綜合考慮能源工程以及電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的實(shí)際特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，由相應(yīng)電力建設(shè)機(jī)構(gòu)提出具體的指導(dǎo)和計劃，還要在設(shè)計方案做出以后，比較各個方案的適宜性和科學(xué)性。接入系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行節(jié)約能源和減少土地利用的綜合考慮，通過引進(jìn)先進(jìn)機(jī)械設(shè)備，并采用新技術(shù)對電網(wǎng)布局大小和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。針對地區(qū)電壓變化和運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)變，電力監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)時調(diào)整接入系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)控，關(guān)注接入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變化情況?；诓煌\(yùn)行趨勢的情況下，接入系統(tǒng)運(yùn)行效果監(jiān)控，還要參考電力系統(tǒng)是否符合規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)要求。接入系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在給定的框架內(nèi)部減少電流異常的情況，能夠有效提升電力工程的開發(fā)效率，為社會生產(chǎn)提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)。因此，電力監(jiān)控系統(tǒng)做好接入系統(tǒng)的管理有助于調(diào)節(jié)下一階段的電力供應(yīng)。

3.4 監(jiān)控電力電量平衡

約束電力生產(chǎn)的主要因素就是電力電量的平衡功能，電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計通過對電力負(fù)荷預(yù)測和電源輸出狀況進(jìn)行監(jiān)控分析研究，計算電力系統(tǒng)建設(shè)的主要區(qū)域電流量以及供電區(qū)域的電力平衡數(shù)值，結(jié)合兩個數(shù)據(jù)的最終比較，制定較為完善的電量平衡計劃。與此同時，電力電量的平衡監(jiān)控還要與電力負(fù)荷預(yù)測監(jiān)控結(jié)果相結(jié)合，確定電力系統(tǒng)在每一周期或者每一階段內(nèi)的最大負(fù)荷。根據(jù)電源的損益狀況選擇適當(dāng)?shù)碾娏υO(shè)備，在這之中最重要的是短路電流計算。在電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中，由于短路問題而產(chǎn)生負(fù)荷損耗值，會導(dǎo)致電力生產(chǎn)能力較弱，為了減少損耗出現(xiàn)在電氣零件上，可以選擇更加先進(jìn)的電氣設(shè)備，作為主要使用機(jī)械[4]。

3.5 遠(yuǎn)程監(jiān)控操作電力生產(chǎn)

電力生產(chǎn)過程其實(shí)具有一定的危險性，大部分的電力設(shè)備操作都有可能造成安全事故的發(fā)生，將電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用其中，能夠通過終端操作來進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，不論是調(diào)節(jié)操作，還是監(jiān)督管理，都能夠利用通信設(shè)備技術(shù)達(dá)到無人操作的目的。尤其是當(dāng)電力工程建設(shè)規(guī)模較為龐大時，大量的電力設(shè)備使用需要更多的技術(shù)與管理人員投入，為電力工程造成大量的成本支出，消耗社會人力物資。電力遠(yuǎn)程監(jiān)控不僅能有效減少人力操作的工作負(fù)擔(dān)，還能夠在電力系統(tǒng)發(fā)生運(yùn)行故障時及時做出預(yù)警通報，反饋電力設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)和參數(shù)，為維修護(hù)理提供更加有效的數(shù)據(jù)信息[5]。

4 結(jié) 論

要想全面提升電力生產(chǎn)的總體效率，就必須要做好電力監(jiān)控安全預(yù)防工作，通過質(zhì)量控制監(jiān)控與安全管理監(jiān)控的提升，把安全建設(shè)放在工作的首要位置，提升所有人員的安全責(zé)任意識，保障電力工程在運(yùn)行過程當(dāng)中能夠獲得有效的管理控制，避免更多的電力設(shè)備受到干擾。電力工程涉及到人們的生活、生產(chǎn)發(fā)展建設(shè)，必須要及時進(jìn)行電力體制改革，適應(yīng)社會的文明和諧發(fā)展趨勢，保障施工過程能夠更加安全，維護(hù)國家電力事業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。