人工智能在變電運行操作自動化中的應用

王雅琦

（國網山西省電力公司臨猗縣供電公司，山西 運城 044100）

0 引 言

傳統的變電運行操作依賴于人工，操作過程復雜、耗時較長，且存在一定的安全隱患。變電站環境惡劣，工作人員面臨高壓、高溫、高噪聲等危險因素，因此人工操作容易出現誤操作，對電力系統的安全穩定運行造成影響。近年來，人工智能技術在圖像識別、語音識別、數據分析等方面優勢顯著，逐漸成為電力系統自動化發展的關鍵技術。將人工智能技術應用于變電運行操作自動化，可以有效提高運行效率、降低人工成本，并提高系統安全性。本文通過研究人工智能在變電運行操作自動化中的應用，旨在提高變電運行操作的效率和準確性，降低人工成本，減少變電站工作人員面臨的危險因素，提高工作安全性，探索人工智能技術在電力系統中的應用前景，為電力行業的發展提供新思路。

1 人工智能技術概述

人工智能是一種通過模擬人類智能的方法，使計算機具有學習、推理、感知、解決問題的能力[1]。人工智能旨在實現計算機智能化，使計算機能夠適應各種環境，完成各種復雜的任務。從20 世紀50 年代開始，人工智能逐漸成為一門獨立的學科。隨著計算機技術、網絡技術和大數據技術的不斷發展，人工智能進入了一個新的繁榮時期，主要有機器學習、深度學習、自然語言處理以及計算機視覺4 類。

2 變電運行操作自動化現狀

在當前的變電運行操作中，雖然已經應用了一些自動化技術，但仍存在一些局限。通過分析當前變電運行操作自動化的局限性、存在的問題和挑戰，可以為后續探討人工智能在變電運行操作中的應用奠定基礎[2]。雖然自動化技術在變電運行操作中得到了一定程度的應用，但是與發達國家相比，我國在技術研發和應用水平上仍存在一定差距。不同廠家生產的設備之間兼容性較差，導致自動化系統難以實現無縫對接，影響了運行效率和穩定性。現有變電運行操作自動化系統的集成度較低，各個子系統之間的信息交流不足，導致數據冗余和資源浪費。人工智能在變電運行操作中的應用尚處于初級階段，未充分發揮其在提高運行效率、減少人工干預等方面的優勢。同時，變電運行操作自動化面臨著諸多問題和挑戰，因此實現現有操作系統的智能化升級，進一步提高運行效率和降低成本，才是未來發展的關鍵。

3 人工智能在變電運行操作自動化中的應用

3.1 智能判斷

在變電運行操作中，人工智能的應用能夠實現智能判斷，提高運行效率和可靠性[3]。第一，通過實時采集變電設備的運行數據，包括電流、電壓、溫度、濕度等，人工智能系統可以對這些數據進行清洗、整合與歸類，以便后續的分析和判斷。第二，利用機器學習算法和模式識別技術對采集到的數據進行分析，實時監測設備的狀態。通過對設備運行數據進行模式識別，可以檢測設備的異常運行狀態，并給出相應的預警或報警信息。第三，人工智能在故障診斷方面發揮著重要作用。基于歷史數據和故障案例的分析，利用機器學習和深度學習算法對設備的故障特征進行學習和識別[4]。通過對實時采集的數據進行故障特征的提取和匹配，可以快速準確地診斷設備的故障原因和位置，為故障搶修和恢復提供指導。第四，通過對設備運行數據的分析和預測，人工智能可以輔助運維決策的制定。借助機器學習算法和大數據分析技術，可以對設備的壽命進行預測，為設備維護和更換提供合理的時間窗口，同時通過數據驅動的方式，制定更加優化的運維策略，提高設備的可用性和運行效率。第五，人工智能技術可以實現智能報警和智能交互。通過自然語言處理和語音識別技術，實現與系統的智能對話和交互，在設備故障處理過程中為運維人員提供準確的信息和建議。當設備出現異常或故障時，系統可以自動發出報警信號，及時通知運維人員進行處理。

3.2 自動操作與控制

在變電運行操作自動化中，利用人工智能技術實現自動操作與控制是關鍵。通過引入人工智能技術，可以降低人工干預，提高運行安全性，同時減少人為失誤導致的故障風險。首先，利用人工智能技術進行實時監測，對變電站設備的運行狀態進行智能分析。通過對歷史數據的挖掘和對當前運行數據的實時分析，及時發現潛在的設備故障和運行隱患，以便在問題發生前采取預防措施，避免設備損壞和停電事故的發生。其次，人工智能技術可以對變電站設備的運行數據進行智能分析，優化運行參數。通過算法調整電壓、電流、功率等參數，使設備運行在最佳狀態，提高能源利用率，降低能源損耗。再次，人工智能技術可以實現對變電站設備的自動操作。在設備維護、故障處理和正常運行過程中，根據預設的規則和算法，自動完成設備的啟動、停止和切換等操作。最后，人工智能技術可以實現對變電站設備的智能控制。通過構建控制策略和規則，使設備在運行過程中自動調整狀態，以滿足電力系統的需求。例如，在電網負荷變化時，智能控制系統可以自動調整發電機組的輸出功率，保持電網穩定運行。

3.3 智能巡檢與維護

智能巡檢與維護是人工智能在變電運行操作自動化中的重要應用之一[5]。通過運用無人機、機器人等載體，實現對變電站設備的高效巡檢和維護，可以顯著提高設備的運行可靠性。智能巡檢機器人，如濟南祥控自動化設備有限公司研制的XKCON 祥控智能巡檢機器人，采用紅外測溫技術、設備熱缺陷鑒別技術等，對變電站現場環境進行近距離觀察，實現可見光視頻分析、溫濕度檢測、紅外測溫等重要功能。機器人支持定時定點巡檢，能夠進行數據采集和異常處理，并及時上報變電站智能監控系統數據中心。在變電站的運行過程中，設備發熱的現象一方面是由于設備持續使用的影響，另一方面提示著設備運行存在的缺陷和問題。紅外測溫儀通過采集物體發射的紅外線，無須接觸電力設備，就能在設備的正常運行過程中快速準確地測定溫度，并識別設備的工作狀況、判斷設備故障的發生部位和性質，使得紅外測溫技術在電力行業成為檢測電力設備溫度和診斷電力設備故障的重要手段。智能巡檢機器人還具備360°全景監測范圍高速云臺，實現對變電站設備的多角度、高清監測，確保巡檢覆蓋全面，及時發現隱患。

3.4 一鍵順控

在變電運行操作自動化中，一鍵順控是人工智能技術的重要應用之一。首先，通過一鍵順控功能，變電站運行人員可以實現對變電設備的一鍵自動控制和操作。一鍵順控功能利用人工智能技術對變電設備的運行數據進行實時監測和分析。通過對設備運行數據的處理和判斷，一鍵順控系統可以自動識別設備的運行狀態和參數，并根據運行要求進行自動調整。例如：當電流超過額定值時，系統可以自動切斷電路；當溫度超過安全范圍時，系統可以自動降低負荷。其次，通過一鍵順控功能，變電站運行人員可以快速、準確地對設備進行操作，提高運行效率和可靠性。一鍵順控功能還可以與人工智能算法和模式識別技術結合，實現故障預測和診斷。系統通過對設備歷史數據和故障案例的學習和分析，可以提前判斷設備可能出現的故障，并發出相應的預警信息。運行人員可以根據系統的提示和建議進行相應的處理，及時避免設備故障的發生，保證電力系統的正常運行。再次，一鍵順控功能的應用可以極大簡化運行人員的操作步驟，減少人為失誤的風險，同時便于運行人員可以快速、便捷地對設備進行控制，提高工作效率。最后，一鍵順控功能還能實現設備的自動聯動。例如，在發生故障時，系統可以自動聯動其他設備，進行短暫切換和恢復操作，減少對電力系統的影響。

4 一鍵順控技術應用案例

某變電站原本采用傳統的操作方式，即人工對設備進行逐一操作。隨著技術的不斷發展，該變電站引入了一鍵順控技術，提高了操作效率和安全性。一鍵順控技術應用前后的對比分析如表1 所示。

表1 一鍵順控技術應用前后的對比分析

4.1 操作效率對比

在引入一鍵順控技術前，操作人員需要對設備進行逐一操作和操作前的安全檢查，并在操作后進行設備狀態確認。引入一鍵順控技術后，操作人員只需在控制中心點擊鼠標，即可完成設備的全部操作，大大提高了操作效率。傳統操作方式為30 min/次，而應用一鍵順控技術后僅為1 min/次。

4.2 安全性對比

傳統操作方式中，操作人員需要直接接觸設備，存在觸電、誤入間隔、高空墜落等安全風險。引入一鍵順控技術后，操作人員在控制中心進行遠程操作，避免了直接接觸設備，降低了安全風險。據統計，傳統操作方式的安全事故發生率為0.50%，而應用一鍵順控技術后的安全事故發生率為0.01%。

4.3 人力資源對比

傳統操作方式需要大量的人力資源，而一鍵順控技術則大大減少了人力資源的需求。傳統操作方式每次操作所需的人員為5 人，應用一鍵順控技術后每次操作僅需1 人。

4.4 設備故障率對比

引入一鍵順控技術后，設備的故障率明顯降低。傳統操作方式的設備故障率為2.0%，應用一鍵順控技術后的設備故障率為0.1%。

4.5 對比總結

通過以上對比分析可以看出，引入一鍵順控技術后，變電站的操作效率、安全性、人力資源需求和設備故障率都得到了顯著改善。隨著技術的不斷發展，一鍵順控技術將在更多領域得到應用和推廣。

5 結 論

隨著人工智能技術的不斷發展，其在變電運行操作自動化領域的應用將呈現以下趨勢。首先，基于大數據和云計算的智能分析與決策支持技術將得到廣泛應用，有助于提高變電運行的效率和安全性。其次，人工智能技術與變電運行領域專業知識的結合將更加緊密，推動行業創新和發展。再次，隨著機器學習和深度學習等技術的進步，故障診斷和預測能力將得到顯著提高，降低運行風險。最后，人工智能將促進變電運行管理模式的變革，實現狀態檢修、智能巡檢等先進運維方式，為電力系統的發展注入新的活力。

盡管人工智能技術在變電運行操作自動化中具有巨大的潛力，但其在實際應用過程中仍面臨一些挑戰。一是變電運行環境復雜多變，涉及高壓、高電流等高危因素，因此人工智能系統在應對不同場景時的穩定性和可靠性至關重要。二是變電運行所需的實時數據量大，數據質量參差不齊，如何有效處理這些數據以保證人工智能模型的準確性是一大難題。三是現有的人工智能技術在故障診斷和預測方面仍存在一定的局限性，需要進一步提高其準確性和適應性。四是人工智能技術與變電運行領域的專業知識相結合尚存在一定的困難，需要進一步加強技術研發和人才培養。