變電運(yùn)維中的智能化技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)分析

賀 歡，周純玉

（1.國網(wǎng)陜西省電力有限公司渭南供電公司，陜西 渭南 714000；2.國網(wǎng)陜西省電力有限公司超高壓公司，陜西 西安 710016）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在電力系統(tǒng)中智能化技術(shù)的應(yīng)用水平越來越高，變電站運(yùn)維管理逐步實(shí)現(xiàn)了智能化。智能化技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用主要涵蓋設(shè)備監(jiān)測(cè)、故障診斷與預(yù)警、設(shè)備狀態(tài)評(píng)估以及優(yōu)化維修等方面。通過物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電設(shè)備并采集數(shù)據(jù)，可以獲取設(shè)備工作狀態(tài)、溫度、振動(dòng)等相關(guān)指標(biāo)。基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法，可以快速處理和精確分析這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)和設(shè)備狀態(tài)評(píng)估。同時(shí)，智能化技術(shù)可以為運(yùn)維人員提供智能報(bào)警和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和故障，縮短故障處理時(shí)間，增強(qiáng)電網(wǎng)可靠性和穩(wěn)定性。因此，針對(duì)變電運(yùn)維的智能化技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)分析尤為重要。

1 變電運(yùn)維中智能化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 缺乏自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

現(xiàn)有的變電運(yùn)維模式中，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷仍然主要依賴于人工操作和巡檢[1]。這種依賴人工的方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還存在一定的主觀性和誤判的可能性。缺乏高效的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)意味著在故障發(fā)生時(shí)無法及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行診斷，從而延長(zhǎng)了故障處理的時(shí)間。

1.2 數(shù)據(jù)處理和分析能力不足

智能化運(yùn)維需要處理和分析大量的數(shù)據(jù)，包括傳感器數(shù)據(jù)、歷史記錄等。然而，現(xiàn)有的變電運(yùn)維模式缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和分析能力，難以從海量數(shù)據(jù)中提取有用的信息，并進(jìn)行準(zhǔn)確的故障分析。

1.3 技術(shù)集成和系統(tǒng)互聯(lián)的困難

技術(shù)集成要實(shí)現(xiàn)智能化的變電運(yùn)維，需要集成和互聯(lián)不同的技術(shù)組件和系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有的變電運(yùn)維模式在技術(shù)集成和系統(tǒng)互聯(lián)方面存在一定的困難，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和接口，限制了智能化技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用和發(fā)展。

2 針對(duì)變電運(yùn)維問題的解決對(duì)策

2.1 開展變電運(yùn)維自動(dòng)化設(shè)備故障診斷

為克服現(xiàn)有變電運(yùn)維模式中缺乏自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的問題，可以廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將傳感器節(jié)點(diǎn)、通信網(wǎng)絡(luò)和云平臺(tái)相連接，使設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)傳輸各種參數(shù)和狀態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障的及時(shí)診斷[2]。變電運(yùn)維能夠快速確定發(fā)生故障的設(shè)備，避免逐一排查檢修廠站內(nèi)各設(shè)備，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)并提供相關(guān)的故障診斷信息，運(yùn)維人員能夠快速確定發(fā)生故障的設(shè)備。變電運(yùn)維自動(dòng)化設(shè)備故障診斷流程如圖1所示。

圖1 變電運(yùn)維自動(dòng)化設(shè)備故障診斷流程

變電運(yùn)維自動(dòng)化設(shè)備故障診斷的流程主要包括以下幾個(gè)步驟。首先，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)采集設(shè)備的各種參數(shù)和狀態(tài)信息；其次，利用數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法處理和分析采集到的數(shù)據(jù)；再次，根據(jù)設(shè)備的工作規(guī)律和特征，判斷設(shè)備是否存在異常情況，如果出現(xiàn)異常，通過比對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)和正常工作模式進(jìn)行故障診斷，確定故障的具體原因；最后，生成故障報(bào)告，并提供相應(yīng)的故障修復(fù)方案給運(yùn)維人員[3]。通過這個(gè)流程，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的快速診斷和準(zhǔn)確判定，提高變電運(yùn)維的效率和可靠性。

該任務(wù)流程可部署適用于變電設(shè)備的高性能傳感器。這些傳感器能夠監(jiān)測(cè)溫度、濕度、振動(dòng)等關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過傳感器采集的各種參數(shù)和狀態(tài)信息，電流負(fù)載評(píng)估公式為

式中：P為電流負(fù)載能力；U為電壓；I為電流；cosθ為功率因素。根據(jù)電流負(fù)載能力的計(jì)算結(jié)果，可以評(píng)估設(shè)備當(dāng)前的負(fù)荷情況，并評(píng)估是否存在超負(fù)荷運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用各種公式分析和計(jì)算傳感器采集的設(shè)備參數(shù)和狀態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障的及時(shí)診斷。該方法有助于提高設(shè)備的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，降低故障風(fēng)險(xiǎn)，并有效提高變電系統(tǒng)的可靠性和可用性。

2.2 部署變電設(shè)備傳感器網(wǎng)絡(luò)

變電站需要部署適用于變電設(shè)備的傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集設(shè)備的各種參數(shù)和狀態(tài)信息。這些傳感器利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理[4]。隨后，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)挖掘和分析這些數(shù)據(jù)，提取設(shè)備狀態(tài)的特征和趨勢(shì)。變電站傳感器數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 變電站傳感器數(shù)據(jù)

由表1 可知，氣溫呈逐漸升高的趨勢(shì)。從08:00—12:00，溫度從35 ℃上升到達(dá)38 ℃；濕度整體上呈現(xiàn)出輕微的波動(dòng)，但變化并不明顯。從60%上升到65%，幅度較小，而在溫度最高的時(shí)候，濕度稍有下降，為64%。相對(duì)于溫度和濕度的變化，振動(dòng)傳感器值的變化幅度相對(duì)較大，08:00 的傳感器值為0.05，12:00 升到了0.18，其后的傳感器值有所下降，但整體仍保持在較高的范圍。通過數(shù)據(jù)的匯總和可視化呈現(xiàn)，運(yùn)維人員可以直觀地了解設(shè)備的工作狀態(tài)和變化趨勢(shì)。

2.3 制定統(tǒng)一的技術(shù)通信協(xié)議

為實(shí)現(xiàn)不同變電設(shè)備之間的互聯(lián)互通，確保設(shè)備間能夠高效地傳輸數(shù)據(jù)和進(jìn)行通信，需要制定一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)通信協(xié)議。技術(shù)通信協(xié)議應(yīng)該考慮到變電設(shè)備之間的不同類型、品牌和通信接口的差異性。針對(duì)不同類型的設(shè)備（變壓器、斷路器、繼電器等），需要確定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)定義，以確保不同設(shè)備能夠正確解讀和處理收發(fā)的數(shù)據(jù)。對(duì)于設(shè)備間的通信接口，采用Modbus 通信協(xié)議根據(jù)不同設(shè)備的支持情況和特性，制定相應(yīng)的通信規(guī)范和指導(dǎo)，確保設(shè)備間的互聯(lián)互通。Modbus 通信協(xié)議設(shè)備互聯(lián)互通數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 Modbus 通信協(xié)議設(shè)備互聯(lián)互通數(shù)據(jù)

表2中，變電站通過采用統(tǒng)一的Modbus通信協(xié)議，不同設(shè)備可以使用相應(yīng)的Modbus 地址進(jìn)行指令的發(fā)送和接收，從而實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。例如，可以通過讀取Modbus 地址為1001 的設(shè)備的寄存器來獲取變壓器的溫度信息。在制定統(tǒng)一的技術(shù)通信協(xié)議時(shí)，發(fā)送方和接收方都持有由可信第三方（如數(shù)字證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)）簽發(fā)的數(shù)字證書。在通信過程中，發(fā)送方使用自己的私鑰加密數(shù)據(jù)，并附帶自己的數(shù)字證書，接收方使用發(fā)送方的公鑰解密數(shù)據(jù)，并通過驗(yàn)證數(shù)字證書的合法性來確保發(fā)送方的身份可信。引入數(shù)據(jù)加密和身份認(rèn)證等機(jī)制，能夠確保通信過程中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院屯暾裕岣哒麄€(gè)系統(tǒng)的安全性和保護(hù)能力。

3 變電運(yùn)維智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析

變電運(yùn)維是電力系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用，其發(fā)展也呈現(xiàn)出明顯的智能化和自動(dòng)化趨勢(shì)。

人工智能技術(shù)的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備的智能化監(jiān)測(cè)和故障診斷。利用人工智能算法和機(jī)器學(xué)習(xí)模型，可以實(shí)時(shí)處理和分析大量的傳感器數(shù)據(jù)，識(shí)別設(shè)備可能存在的故障或異常情況，并提供相應(yīng)的預(yù)警和建議[5]。人工智能技術(shù)通過深入分析歷史數(shù)據(jù)，可以挖掘設(shè)備運(yùn)行規(guī)律和特征，發(fā)現(xiàn)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和問題。

此外，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)與模型建立和優(yōu)化相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化維護(hù)和故障預(yù)測(cè)。利用數(shù)據(jù)分析，可以確定維護(hù)的最佳時(shí)間、方式和資源配置，最大限度地提高設(shè)備的可靠性，提前預(yù)防或避免設(shè)備故障導(dǎo)致的損失。

在人工智能深入發(fā)展的同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將為變電站運(yùn)維帶來新的發(fā)展機(jī)遇。運(yùn)維人員通過虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)時(shí)觀察和操作設(shè)備，不受時(shí)間和空間限制，提高工作效率和安全性。運(yùn)維人員可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)備的3D 仿真和模擬，幫助運(yùn)維人員更好地理解設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，并進(jìn)行安全操作指導(dǎo)。

4 結(jié) 論

智能化技術(shù)在變電運(yùn)維中的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著成果，并且具有廣闊的發(fā)展前景。傳感器網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算、人工智能以及大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段的不斷演進(jìn)，將為變電運(yùn)維帶來更高效、可靠的解決方案。因此，未來的發(fā)展中，智能化技術(shù)將持續(xù)發(fā)展并成為變電運(yùn)維的主流趨勢(shì)，為變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更好的支持。