變電運(yùn)維中智能化技術(shù)運(yùn)用分析

國網(wǎng)許昌供電公司 孫夢雅

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，變電站作為電網(wǎng)的重要組成部分，其運(yùn)維效率和可靠性直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。傳統(tǒng)的變電站運(yùn)維模式已難以滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的要求，因此智能化技術(shù)的引入成為提升變電站運(yùn)維水平的必然趨勢。智能化技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提高運(yùn)維效率，減少人為錯誤，還能通過高級數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)，進(jìn)而提升整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。本文以某變電站為例，重點(diǎn)圍繞智能化技術(shù)在變電站運(yùn)維中的應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)分析，旨在為電力行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型提供實踐經(jīng)驗和參考。

1 智能化技術(shù)在變電運(yùn)維中的運(yùn)用分析

1.1 智能巡檢系統(tǒng)的部署與效果

變電站的傳統(tǒng)運(yùn)維模式是人工巡檢，存在的主要問題是工作效率低下、精確程度不足，無法及時發(fā)現(xiàn)問題[1]。在本單位中，傳統(tǒng)人工巡檢模式下，某變電站的日常巡檢任務(wù)由5名技術(shù)人員完成，每日須投入8h，月均故障響應(yīng)時間為30min，故障修復(fù)時間平均為3h。巡檢范圍涵蓋10個關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域，每月記錄故障次數(shù)約為10次。總體來看，人工巡檢模式下，該變電站故障發(fā)生頻率高、故障修復(fù)耗時長，生產(chǎn)效率相對較低。經(jīng)過系統(tǒng)性討論后，本單位決定引進(jìn)智能巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由集成的傳感器網(wǎng)絡(luò)、圖像識別技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析平臺三個部分組成。

集成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。由多個檢測設(shè)備構(gòu)成，包括但不限于振動傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、電流和電壓傳感器等。每個關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域至少配備一種傳感器，確保對設(shè)備狀態(tài)的全方位監(jiān)控。本單位選用的振動傳感器型號為VibraSense-5000，溫度傳感器型號為ThermoGuard-TP150，均選用工業(yè)級別，以滿足高精度和穩(wěn)定性的要求。傳感器網(wǎng)絡(luò)通過無線方式與中央數(shù)據(jù)收集單元（DataHub-Central）連接，實時傳輸數(shù)據(jù)[2]。不同傳感器采集數(shù)據(jù)的原理依據(jù)傳感器類型而異。以溫度傳感器為例，采集數(shù)據(jù)的過程為：

Tactual=（Vout-Vzcro）/Stemp

式中：Tactual表示實際溫度。

Vout是傳感器輸出電壓。

Vzcro是零點(diǎn)電壓。

Stemp是傳感器的靈敏度。

本單位引入的圖像識別系統(tǒng)由具有自動移動功能的機(jī)器人，以及搭載高清攝像頭（型號為CamVision-X9）的無人機(jī)、熱像儀（型號為ThermoScan-TX200）組成。攝像頭和熱像儀能夠捕捉變電站設(shè)備的實時圖像，并將這些圖像數(shù)據(jù)傳送至圖像處理單元。圖像處理單元運(yùn)用深度學(xué)習(xí)算法，如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），對圖像進(jìn)行分析。CNN通過訓(xùn)練數(shù)據(jù)集學(xué)習(xí)設(shè)備正常與異常狀態(tài)的特征，從而實現(xiàn)故障診斷。控制程序主要實施“三步驟處理”：圖像預(yù)處理。調(diào)整圖像大小、對比度和亮度，以提高后續(xù)處理的準(zhǔn)確性；特征提取。使用卷積層提取圖像中的關(guān)鍵特征；分類。利用全連接層對特征進(jìn)行分類，判斷設(shè)備狀態(tài)[3]。

數(shù)據(jù)分析平臺是智能巡檢系統(tǒng)的大腦，主要由高性能服務(wù)器組成。本單位為該服務(wù)器配置了先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理軟件（DataMaster-Pro V2.4）。在自動化運(yùn)維作業(yè)期間，數(shù)據(jù)分析平臺收集傳感器網(wǎng)絡(luò)和圖像識別系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以預(yù)測設(shè)備故障和性能退化。統(tǒng)計模型可能包括回歸分析、時間序列分析等。以線性回歸分析為例，公式原理如下：

y=β0+β1x1+β2x2+…+βnxn+ε

式中：y是響應(yīng)變量（例如設(shè)備故障次數(shù)）。

x1、x2、xn是預(yù)測變量（例如溫度、振動等）。

β0、β1、β2、βn系數(shù)代表各預(yù)測變量的影響權(quán)重。

ε是誤差項。

數(shù)據(jù)分析平臺根據(jù)分析結(jié)果生成報告，為運(yùn)維決策提供依據(jù)。如通過分析振動傳感器數(shù)據(jù)，平臺可以預(yù)測某變壓器的維護(hù)時間點(diǎn)，減少意外停機(jī)時間。

總體來說，集成的傳感器網(wǎng)絡(luò)、圖像識別技術(shù)和數(shù)據(jù)分析平臺三者互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了智能巡檢系統(tǒng)的核心，大大提高了變電站運(yùn)維的效率和準(zhǔn)確性。具體而言，系統(tǒng)部署后，數(shù)據(jù)顯示巡檢效率顯著提升。月均故障響應(yīng)時間縮短至5min，故障修復(fù)時間縮減至1h以內(nèi)。同時，由于實時監(jiān)控的精準(zhǔn)性，每月記錄的故障次數(shù)減少至2次，運(yùn)維人員由原來的5人減少至2人進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)工作，日均工作量減少至2h，見表1，對比明顯。

表1 智能巡檢系統(tǒng)部署前后變電站運(yùn)維工作對比

1.2 高級監(jiān)控與故障預(yù)測技術(shù)的集成

本單位在引入智能巡檢技術(shù)的同時，還集成了高級監(jiān)控與故障預(yù)測技術(shù)，實現(xiàn)了變電站運(yùn)維狀態(tài)監(jiān)控與數(shù)據(jù)預(yù)測于一體，確保了變電站設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，并顯著降低了意外停機(jī)的風(fēng)險。監(jiān)控技術(shù)運(yùn)用先進(jìn)的實時數(shù)據(jù)采集與分析方法，綜合應(yīng)用了振動分析、溫度監(jiān)測和視覺識別等多種手段。故障預(yù)測則依托于數(shù)據(jù)分析平臺的算法模型，通過歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練，對未來的設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)測。表2為智能巡檢系統(tǒng)集成前后的監(jiān)控數(shù)據(jù)與故障預(yù)測準(zhǔn)確性對比。

表2 多種智能技術(shù)集成前后監(jiān)控數(shù)據(jù)與故障預(yù)測準(zhǔn)確性對比

具體來說，高級監(jiān)控確保了每分鐘對關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域的數(shù)據(jù)采集頻率，故障預(yù)測準(zhǔn)確性從70%提高至95%，平均故障預(yù)測提前時間從2h提升至12h，設(shè)備年度停機(jī)次數(shù)由5次減少至1次，降低了80%。由此可見，智能巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅提升了監(jiān)控效率，還通過精準(zhǔn)的預(yù)測模型顯著提高了故障預(yù)測的時間窗口，讓維護(hù)團(tuán)隊能夠提前采取措施，避免了大規(guī)模的設(shè)備停機(jī)事件，為變電站的高效和可靠運(yùn)行提供了堅實保障。

2 智能化技術(shù)在變電運(yùn)維中面臨的挑戰(zhàn)與解決方案

2.1 數(shù)據(jù)管理與信息安全挑戰(zhàn)

在智能化技術(shù)助力下的變電運(yùn)維中，數(shù)據(jù)管理成為一項核心活動，而信息安全則構(gòu)成了一大挑戰(zhàn)。隨著數(shù)據(jù)量的激增，本單位有關(guān)上述變電站運(yùn)維工作的監(jiān)控數(shù)據(jù)每天產(chǎn)出量約達(dá)到1TB，包括來自傳感器的讀數(shù)和圖像識別系統(tǒng)的輸出。這些數(shù)據(jù)的存儲、處理和分析對于運(yùn)維工作至關(guān)重要，但同時也提高了數(shù)據(jù)泄露和濫用的風(fēng)險。信息安全問題主要表現(xiàn)在外部攻擊和內(nèi)部濫用。針對外部攻擊，智能系統(tǒng)可能面臨惡意軟件、釣魚攻擊和其他網(wǎng)絡(luò)安全威脅。內(nèi)部濫用則可能源于未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)訪問或操作[4]。

為有效防范上述數(shù)據(jù)安全風(fēng)險，本單位采取的措施如下：對于存儲和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)加密是基本要求。采用最新的加密標(biāo)準(zhǔn)如AES-256位加密，可以確保數(shù)據(jù)在存儲和傳輸過程中的安全性。此外，實施嚴(yán)格的訪問控制，確保只有授權(quán)人員能夠訪問敏感數(shù)據(jù)。定期進(jìn)行訪問審計，可以幫助檢測和預(yù)防未授權(quán)的數(shù)據(jù)訪問行為；對于外部攻擊，必須部署先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)防御措施，包括但不限于防火墻、入侵檢測系統(tǒng)和定期的安全漏洞掃描。這些措施可以減少潛在的網(wǎng)絡(luò)安全威脅，并提供及時的警報；增強(qiáng)員工的安全意識也是防范內(nèi)部濫用不可或缺的一環(huán)。通過定期的安全培訓(xùn)和意識提升活動，員工能夠更好地理解安全政策和程序，從而減少因疏忽或誤操作帶來的風(fēng)險。

通過實施上述措施，本單位有關(guān)變電站運(yùn)維工作的信息安全事件在一年內(nèi)下降了40%，表明上述三項措施具有較強(qiáng)的可行性。

2.2 技術(shù)升級與員工培訓(xùn)需求

變電站運(yùn)維模式的轉(zhuǎn)變，意味著部分技術(shù)已經(jīng)全面升級。由此帶來的另一項挑戰(zhàn)是，技術(shù)升級的步伐與員工技能的提升應(yīng)同步進(jìn)行，以確保運(yùn)維團(tuán)隊能夠有效管理和利用新系統(tǒng)。本單位變電站智能運(yùn)維系統(tǒng)升級后的最初6個月內(nèi)，設(shè)備故障率下降了30%，運(yùn)維效率提升了50%，但與此同時收集的觀察數(shù)據(jù)顯示，升級實施前僅有15%的員工具備操作新系統(tǒng)的技能，升級后這一比例需提升至至少80%才能滿足日常維護(hù)需求。

為有效應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，本單位制定了詳細(xì)的培訓(xùn)計劃：對所有運(yùn)維人員進(jìn)行基本的智能系統(tǒng)操作和維護(hù)培訓(xùn)，確保每位員工都能熟悉新技術(shù)。通過模擬訓(xùn)練和在線課程，6個月內(nèi)已有75%的員工完成了初級培訓(xùn)；為了深入理解高級監(jiān)控和預(yù)測系統(tǒng)，本單位還提供了專業(yè)培訓(xùn)課程。其中，專業(yè)培訓(xùn)包含數(shù)據(jù)分析、故障診斷和系統(tǒng)優(yōu)化等內(nèi)容。在進(jìn)階培訓(xùn)方面，40%的運(yùn)維人員已經(jīng)通過并獲得了相應(yīng)的資格認(rèn)證；針對培訓(xùn)效果的跟蹤顯示，在培訓(xùn)結(jié)束后的12個月內(nèi)，通過率達(dá)到95%。同時，培訓(xùn)后的員工在實際工作中應(yīng)用新技能，令運(yùn)維響應(yīng)時間平均縮短了20%，維修作業(yè)的準(zhǔn)確性提高了35%；為了持續(xù)提高員工的技能和知識水平，本單位實施了持續(xù)的教育計劃。通過定期的研討會和技能更新課程，員工能夠跟上技術(shù)發(fā)展的步伐，確保運(yùn)維團(tuán)隊的專業(yè)能力始終處于行業(yè)前沿。

通過實施上述措施，本單位不僅實現(xiàn)了技術(shù)的順利升級，而且建立了一支能夠高效運(yùn)用新系統(tǒng)的專業(yè)運(yùn)維團(tuán)隊。這種技術(shù)與人才發(fā)展的并行策略，為變電站的長期穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅實的基礎(chǔ)。

2.3 智能化與現(xiàn)有流程的融合

在融合新技術(shù)過程中，確保與現(xiàn)有流程的無縫對接至關(guān)重要。通過細(xì)致地規(guī)劃和調(diào)整，本單位成功地將智能化技術(shù)集成于原有的變電站運(yùn)維工作模式之中。

在技術(shù)融合的前期，例行巡檢時間由原本的每周8h縮減至4h，提高了100%的工作效率，同時減少了人力資源的投入。智能監(jiān)控系統(tǒng)的實施，使得實時數(shù)據(jù)分析成為可能，故障預(yù)測準(zhǔn)確率提升了20%，從而大幅降低了突發(fā)事故的發(fā)生率；在技術(shù)融合過程中，本單位特別注重現(xiàn)有流程的優(yōu)化。通過對工作流程的再設(shè)計，確保了新舊系統(tǒng)的平滑過渡。例如，智能化系統(tǒng)與傳統(tǒng)的維護(hù)日志相結(jié)合，保證了數(shù)據(jù)記錄的完整性和可追溯性。此舉確保了運(yùn)維數(shù)據(jù)在技術(shù)升級后的一致性，維護(hù)了歷史數(shù)據(jù)的價值，同時也提升了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和效率。

本單位在融合智能化技術(shù)的同時，對員工的工作職責(zé)進(jìn)行了重新分配。智能系統(tǒng)承擔(dān)了大量的數(shù)據(jù)收集和初步分析工作，而運(yùn)維人員則更多地關(guān)注于決策制定和高級故障排除。這一轉(zhuǎn)變使得運(yùn)維團(tuán)隊能夠?qū)Ｗ⒂诟訌?fù)雜和技術(shù)性的任務(wù)，推動了員工技能的提升和職業(yè)成長；在智能化技術(shù)全面融合后，上述變電站維護(hù)的年度成本節(jié)約了15%，同時運(yùn)維相關(guān)的人為錯誤減少了25%。這些數(shù)據(jù)不僅反映了智能化帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益，也表明了流程優(yōu)化對于提高運(yùn)維質(zhì)量和降低風(fēng)險的重要性。

3 結(jié)語

本文詳細(xì)分析了智能化技術(shù)在變電站運(yùn)維中的應(yīng)用，并針對實施過程中遇到的挑戰(zhàn)提出了有效的解決策略。智能巡檢、高級監(jiān)控與故障預(yù)測、自動化控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了運(yùn)維效率，還確保了變電站的高可靠性和安全性。同時，對數(shù)據(jù)管理、技術(shù)升級及流程融合等挑戰(zhàn)的深入分析和策略制定，保障了智能化技術(shù)的順利實施。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和電力市場的深化改革，變電站智能化運(yùn)維將更加深入人心，成為推動電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵力量。