人工智能在輸電線路安全運行中的應(yīng)用

劉海川

（黑龍江龍源新能源發(fā)展有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

結(jié)合當下發(fā)展現(xiàn)狀分析，智能電網(wǎng)逐漸成為電力領(lǐng)域主要研究方向和電力系統(tǒng)主要發(fā)展目標。通過新時期智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢研究能夠發(fā)現(xiàn)，人工智能技術(shù)逐漸普及應(yīng)用到輸電線路的狀態(tài)維修和在線監(jiān)測當中，而人工智能技術(shù)也為中國電力企業(yè)發(fā)展提供全新渠道。

1 輸電線路相關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)分析

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)組成

通過設(shè)計研發(fā)在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠針對輸電線路中的安全運行、舞動、覆冰、絕緣子、避雷器等實施準確預(yù)判診斷，通過設(shè)置各種傳感裝置，能夠促進輸電線路實現(xiàn)全天候全過程的狀態(tài)監(jiān)測，提高線路運輸可靠性和安全性，實現(xiàn)智能化線路監(jiān)測目標。

輸電線路相關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)主要可以分為兩部分，第一部分包括數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等模塊。其中數(shù)據(jù)采集主要通過性能優(yōu)良的視頻探頭以及傳感器實施相關(guān)操作，能夠針對輸電線路安全運行，傳輸導線增容、舞動、覆冰，絕緣子和避雷器等實施全面監(jiān)測，前端系統(tǒng)針對采集到的數(shù)據(jù)信息實施初步處理后，借助無線通信網(wǎng)絡(luò)可以順利傳輸至控制中心。第二部分主要是以后端處理分析系統(tǒng)組成，后端借助人工智能方式處理獲得對應(yīng)信號，形成輸電線路實時診斷結(jié)論。為了能夠針對輸電線路實施在線監(jiān)測，形成了智能化監(jiān)測框架。

傳感器屬于監(jiān)測系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊，其主要功能是模擬人類感官，針對輸電線路中的風向、風速、日照、溫度等環(huán)境條件以及線路溫度、電壓等級和電流強度等電路運行狀態(tài)實施全面監(jiān)測。而在線監(jiān)測設(shè)備主要涵蓋測量導線溫度的紅外傳感器，遠程視頻裝置，監(jiān)測絕緣子和避雷器污閃、舞動、覆冰的傳感裝置，環(huán)境氣象變化監(jiān)測的傳感裝置，電流測定傳感裝置等。近幾年，國內(nèi)外鐵塔和輸電線路中的探測熱點均開始設(shè)置各種傳感裝置，能夠針對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時采集，并傳送到監(jiān)控中心。

1.2 信息無線傳輸

無線通信技術(shù)的誕生，進一步實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)大面積覆蓋以及信號快速傳遞。于輸電線路相關(guān)探測點區(qū)域設(shè)置傳感裝置，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時采集，利用無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)以及對應(yīng)監(jiān)測圖像的實時傳送。無線通信技術(shù)能夠把輸電線路現(xiàn)場的視頻信號以及監(jiān)測數(shù)據(jù)直接傳輸至控制中心，從而實現(xiàn)智能監(jiān)測系統(tǒng)對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的同步傳輸，借助GRRS技術(shù)，集成輸電線路在線監(jiān)測信息以及人工智能故障診斷技術(shù)的有效融合，形成統(tǒng)一監(jiān)測平臺，能夠順利實現(xiàn)輸電線路智能化控制目標。

2 人工智能在輸電線路運行管理中的有效應(yīng)用

2.1 監(jiān)測專家系統(tǒng)

ES屬于人工智能領(lǐng)域最為活躍的研究課題，其擁有靈活性、透明性和啟發(fā)性等特征。輸電線路相關(guān)在線監(jiān)測通過積極設(shè)計研發(fā)專家系統(tǒng)，主要利用監(jiān)測采集到的數(shù)據(jù)信息判斷輸電線路問題形成原因，具體結(jié)構(gòu)包括人機接口、推理機制、解釋機制、數(shù)據(jù)庫、知識庫五部分。

輸電線路中的在線監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感監(jiān)測方法得到數(shù)據(jù)信息，創(chuàng)建ES動態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)庫。推理機制主要是以正向推理為主，知識庫是以ES核心，監(jiān)測系統(tǒng)具體表達主要是以產(chǎn)生式規(guī)則為主，將知識當成一般條件-結(jié)論形式，按照現(xiàn)場經(jīng)驗和領(lǐng)域知識來獲取知識。監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)建模塊化機構(gòu)的知識庫，不同模塊之間處于互相獨立狀態(tài)，通過協(xié)調(diào)器對各個模塊實施有效的協(xié)調(diào)控制。在監(jiān)測系統(tǒng)運行中，需要率先啟動輸電線路中的遠程監(jiān)測模塊，得到現(xiàn)場可視化圖像，并開啟安全運行模塊、舞動監(jiān)測模塊、覆冰監(jiān)測模塊、避雷器模塊，聯(lián)系不同模塊分析結(jié)果，實施綜合分析，全面判斷。在線監(jiān)測系統(tǒng)還可以針對輸電線路進行早期故障診斷，為現(xiàn)場維修人員提供有效參考。

2.2 絕緣子監(jiān)測

絕緣子屬于一種絕緣控件，能夠支持導線絕緣體。而在絕緣子受到工業(yè)污穢以及自然環(huán)境污穢影響下，便會在瓷表層形成一種污穢層，受到污染后的絕緣子在電壓影響下，受到外部特定條件影響，便會出現(xiàn)沿面污穢閃絡(luò)問題。污染問題還會直接威脅輸電線路的安全運行。由此能夠看出絕緣子質(zhì)量對于線路安全運行具有重要作用，需要使絕緣子保持足夠的機械強度以及良好的絕緣性能。

泄漏電流值能夠準確反映出絕緣子表層污穢程度，而泄漏電流更加適合在線測量。在絕緣子泄漏電流監(jiān)測裝置誕生后，通過于絕緣子表層設(shè)置電流傳感裝置，能夠針對泄漏電流大小進行實時監(jiān)測。借助無線通信網(wǎng)絡(luò)把監(jiān)測數(shù)據(jù)順利傳輸至監(jiān)控中心，通過AI結(jié)合泄漏電流數(shù)據(jù)，對絕緣子表層污穢程度實施合理診斷，形成警告預(yù)示。

2.3 避雷器監(jiān)測

在應(yīng)用避雷器后，因為閥門老化、內(nèi)部受潮等因素影響出現(xiàn)損壞，嚴重情況下還會出現(xiàn)各種爆炸事故。為此在日常維護中，需要相關(guān)技術(shù)人員定期檢查避雷器瓷套表層污穢狀態(tài)，合理測量泄漏電流和絕緣電阻，如果發(fā)現(xiàn)避雷器中的絕緣電阻出現(xiàn)擊穿和降低現(xiàn)象，應(yīng)該進行及時替換，保證避雷器始終維持良好性能。相關(guān)研究專家通過對避雷器在線監(jiān)測機理進行深入研究，初步提出泄漏電流值以及避雷器性能兩者關(guān)系?？梢栽诒芾灼鲗?yīng)監(jiān)測位置合理安裝泄漏電流的檢測傳感器，針對避雷器表層泄漏電流實施全面采樣，及時得到監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，借助無線通信網(wǎng)絡(luò)把所采集的信息傳送到控制中心，借助人工智能手段準確分辨避雷器的狀態(tài)、性能，及時作出故障預(yù)報診斷[1]。

2.4 覆冰監(jiān)測

輸電線路中的覆冰厚度監(jiān)測方法主要可以分成稱重法和圖像法。輸電線路中的覆冰監(jiān)測系統(tǒng)主要是以力學載荷計算、線路視頻監(jiān)測、傾角變化弧垂等綜合技術(shù)方法對線路覆冰狀態(tài)實施全面監(jiān)測。對應(yīng)系統(tǒng)裝置主要由拉力傾斜傳感裝置、微氣象傳感裝置、前端智能攝像機等部分構(gòu)成。通過傳感裝置采集覆冰數(shù)據(jù)信息以及現(xiàn)場圖像信息，借助無線通信網(wǎng)絡(luò)把實時采集的信號傳輸至控制中心，通過診斷分析覆冰狀態(tài)，合理推算覆冰厚度以及發(fā)展趨勢，形成覆冰預(yù)警信息。

2.5 線路運行監(jiān)測

通過針對輸電線路合理研發(fā)在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠提高輸電線路的狀態(tài)維修效果，而在鐵塔和線路中合理設(shè)置各種傳感裝置，方便針對輸電線路中的運行條件和運行狀態(tài)實施全面監(jiān)測。輸電線路通過在線監(jiān)測的方法從傳感器能夠?qū)崟r獲取監(jiān)測信號，隨時利用無線網(wǎng)絡(luò)把信號傳輸至監(jiān)控中心，通過AI診斷輸電線路狀態(tài)、性能以及所存在的各種潛伏性故障[2]。

2.6 遠程視頻監(jiān)測

輸電線路中的遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由供電系統(tǒng)、低功耗視頻主機和高清攝像機構(gòu)成。遠程監(jiān)測系統(tǒng)核心技術(shù)涵蓋信號處理診斷、太陽能和蓄電池供電技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、圖像數(shù)據(jù)采集以及壓縮編解碼技術(shù)。系統(tǒng)能夠?qū)旊娋€路、避雷器、塔桿、導線風偏、覆冰、絕緣子、舞動等裝置實時全面監(jiān)控，準確掌握線路周邊狀況，實時監(jiān)控樹木生長和施工狀況，方便了解輸電線路安全狀態(tài)，從而順利實現(xiàn)輸電線路的管理和檢修，優(yōu)化生產(chǎn)管理水平。

輸電線路相關(guān)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由客戶端監(jiān)控軟件、圖像監(jiān)控服務(wù)器、圖像編碼器構(gòu)成。圖像編碼器能夠針對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行實時采集，通過壓縮編碼處理以及無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心對應(yīng)流媒體服務(wù)器，并在監(jiān)控中心順利登錄監(jiān)控軟件，解碼視頻流，通過計算機控制，將現(xiàn)場圖像全面展示出來，便能夠看到攝像頭所拍攝的現(xiàn)場畫面，順利實現(xiàn)圖像監(jiān)控、瀏覽，隨后通過AI實施統(tǒng)一處理[3]。

2.7 輸電線路人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于人工智能技術(shù)中的重要分支，屬于模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)的重要數(shù)學模型，擁有較強的推理能力和學習能力，可以準確發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)內(nèi)的各種非線性關(guān)系。而以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的故障診斷和以ES原理為基礎(chǔ)的故障診斷主要差異是無需知識庫建立、知識表達和知識獲取工作，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于信息處理系統(tǒng)，擁有聯(lián)想記憶、自適應(yīng)、并行分布處理等優(yōu)勢。其融入了反向傳播網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擁有模式分類功能，能夠針對故障診斷中部分模糊問題實施有效處理。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)僅僅借助領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑暮Ａ楷F(xiàn)場信息，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)以及學習算法實施樣本訓練，從而構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下的故障診斷樣本集，是智能型工具。

3 結(jié)語

綜上所述，人工智能技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，無法脫離各種基礎(chǔ)硬件支撐，同時軟件統(tǒng)稱還是人工智能核心技術(shù)。在近幾年發(fā)展中，人工智能相關(guān)技術(shù)在輸電線路故障診斷和狀態(tài)檢測中的開發(fā)應(yīng)用，進一步提升了輸電線路可靠性和安全性，減少了事故發(fā)生的概率，為輸電線路在線檢測發(fā)展提供全新途徑。