數(shù)字智能化技術(shù)在變電運(yùn)維技術(shù)中的應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】數(shù)字智能化技術(shù)；變電運(yùn)維技術(shù)；運(yùn)維效率

引言

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。變電運(yùn)維作為保障電網(wǎng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正面臨著技術(shù)升級(jí)與創(chuàng)新的迫切需求。隨著傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等數(shù)字智能化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的變電運(yùn)維模式正在經(jīng)歷深刻變革。這些先進(jìn)技術(shù)不僅提高了設(shè)備監(jiān)測精度和故障預(yù)測能力，還優(yōu)化了運(yùn)維決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)維護(hù)到主動(dòng)預(yù)防的重大轉(zhuǎn)變。特別是在復(fù)雜環(huán)境下的智能巡檢以及應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況時(shí)的快速響應(yīng)方面，展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。本文將深入探討數(shù)字智能化技術(shù)如何革新變電運(yùn)維工作流程，旨在為相關(guān)從業(yè)者提供前沿的技術(shù)參考，并推動(dòng)行業(yè)向更高層次的自動(dòng)化與智能化發(fā)展。通過實(shí)例分析，展示新技術(shù)帶來的實(shí)際效益與未來潛力。

一、數(shù)字智能化技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

（一）傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)是數(shù)字智能化技術(shù)在變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的基礎(chǔ)，通過實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為設(shè)備的健康狀態(tài)提供科學(xué)依據(jù)。變電設(shè)備配備不同類型的傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等，用以監(jiān)測變電設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障。例如，溫度傳感器可監(jiān)測變壓器的油溫和繞組溫度，精度為±0.1℃。當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值如85℃時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示設(shè)備可能過熱，避免發(fā)生損壞[1]。振動(dòng)傳感器用于檢測設(shè)備的振動(dòng)情況，精度可達(dá)±0.05 mm，捕捉設(shè)備內(nèi)部的不平衡狀態(tài)或潛在故障，通過振動(dòng)頻率和幅度分析識(shí)別異常情況。壓力傳感器監(jiān)測油箱壓力或氣體壓力，常用于密封裝置的監(jiān)控，確保設(shè)備正常運(yùn)行。傳感器通過高靈敏度和高精度的特點(diǎn)，在設(shè)備運(yùn)行過程中提供實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，幫助運(yùn)維人員精準(zhǔn)識(shí)別設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)做出維護(hù)決策，提升設(shè)備運(yùn)行的可靠性與安全性[2]。

（二）數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)確保傳感器采集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，以便進(jìn)行分析和決策。首先，數(shù)據(jù)采集裝置將傳感器采集到的模擬信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，如溫度傳感器的輸出信號(hào)被轉(zhuǎn)換為0～1 023之間的數(shù)字值，以確保數(shù)據(jù)的精度和穩(wěn)定性。其次，采集的數(shù)據(jù)會(huì)通過不同的通信方式進(jìn)行傳輸。光纖通信是長距離、大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x技術(shù)，具備較高的抗干擾性和高速傳輸能力，適合用于大范圍的變電站監(jiān)控。對(duì)于靈活性較高、局部區(qū)域內(nèi)的設(shè)備監(jiān)控，4G/5G網(wǎng)絡(luò)和WiFi也是常用的傳輸方式，具備較低的延遲和高帶寬特性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

二、數(shù)字智能化技術(shù)在故障診斷與預(yù)警中的應(yīng)用

（一）故障特征提取與模式識(shí)別

數(shù)字智能化技術(shù)通過采集到的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)來提取故障特征信號(hào)，并進(jìn)行精準(zhǔn)分析。故障特征信號(hào)包括振動(dòng)信號(hào)、電氣信號(hào)、聲音信號(hào)等。這些信號(hào)在設(shè)備正常運(yùn)行和發(fā)生故障時(shí)呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。通過對(duì)信號(hào)的對(duì)比分析，有效地識(shí)別設(shè)備故障類型及故障位置。例如，在斷路器的故障診斷中，通過監(jiān)測設(shè)備操作過程中的振動(dòng)信號(hào)，捕捉設(shè)備內(nèi)部的異常振動(dòng)模式，進(jìn)而確定是機(jī)械故障還是電氣故障。在具體實(shí)施中，利用傅里葉變換對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換至頻域，提取頻率成分，進(jìn)而識(shí)別設(shè)備的潛在故障[3]。

在模式識(shí)別方面，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)算法，根據(jù)提取到的故障特征，對(duì)其進(jìn)行分類和識(shí)別。通過訓(xùn)練大量的正常和故障數(shù)據(jù)，支持向量機(jī)能夠識(shí)別不同故障類型及其發(fā)生的具體位置。支持向量機(jī)的目標(biāo)是通過找到最佳的超平面來區(qū)分正常與故障狀態(tài)，其決策函數(shù)如公式（1）所示：

f（x）=∑ni=1αiyiK（xi，x）+b（1）

其中，αi是訓(xùn)練數(shù)據(jù)的拉格朗日乘子，yi是類別標(biāo)簽，K（xi，x）為核函數(shù)，b是偏置項(xiàng)，n是樣本的數(shù)量。利用該模型，可快速、準(zhǔn)確地判斷設(shè)備的故障類型，為運(yùn)維人員提供實(shí)時(shí)診斷結(jié)果，提高故障識(shí)別效率。

（二）故障預(yù)警模型構(gòu)建

為防止設(shè)備在運(yùn)行中突然出現(xiàn)問題，可在運(yùn)維系統(tǒng)構(gòu)建故障預(yù)警模型來提前判斷風(fēng)險(xiǎn)。把設(shè)備運(yùn)行中的溫度、電流、振動(dòng)等各種關(guān)鍵數(shù)據(jù)，和過往的故障情況進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)某項(xiàng)數(shù)據(jù)超過設(shè)定的警戒線，就會(huì)立刻發(fā)出預(yù)警，提醒運(yùn)維人員及時(shí)檢查處理，避免小問題變成大故障。

目前常用的方法包括數(shù)據(jù)分析模型，如多因素對(duì)比分析、概率預(yù)測等。其中，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)用得比較多，即使數(shù)據(jù)不是百分百確定，也能根據(jù)已有的信息估算出設(shè)備出問題的可能性，不僅反應(yīng)快，而且判斷相對(duì)準(zhǔn)確，已經(jīng)在很多變電站的日常運(yùn)維中得到了實(shí)際應(yīng)用。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)核心公式如式（2）所示：

P（A|B）=P（B|A）P（A）P（B）（2）

其中，P（A|B）是在給定條件B下A發(fā)生的概率，P（B|A）是在A發(fā)生的條件下B的概率，P（A）和P（B）是A和B的先驗(yàn)概率。通過將設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入模型中，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)評(píng)估設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)。如變壓器的溫度和油色譜數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定的閾值，模型會(huì)自動(dòng)計(jì)算其發(fā)生故障的概率，并預(yù)警運(yùn)維人員進(jìn)行檢查。

（三）故障應(yīng)急處理決策支持

數(shù)字孿生技術(shù)是故障應(yīng)急處理中的重要工具。數(shù)字孿生通過在虛擬環(huán)境中模擬設(shè)備的運(yùn)行過程，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)模擬不同的處理方案，評(píng)估每種方案的效果。例如，當(dāng)變壓器發(fā)生過熱故障時(shí)，數(shù)字孿生模型模擬不同的冷卻措施，預(yù)測其對(duì)設(shè)備溫度的影響，并為運(yùn)維人員提供最佳的處理方案。

三、數(shù)字智能化技術(shù)在智能巡檢中的應(yīng)用

（一）巡檢機(jī)器人技術(shù)

巡檢機(jī)器人作為數(shù)字智能化技術(shù)在變電站巡檢中的關(guān)鍵載體，部署在高壓室、開關(guān)站、電纜通道等復(fù)雜環(huán)境中，具備全天候、高精度、智能化巡檢能力。巡檢機(jī)器人配備激光雷達(dá)、高清攝像頭、紅外熱像儀、超聲波傳感器、局部放電檢測裝置等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)設(shè)備的三維定位、外觀識(shí)別、溫度監(jiān)測和異常識(shí)別。其定位精度可達(dá)到±2 cm，移動(dòng)速度一般為0.3～0.5 m/s，紅外測溫精度控制在±2℃以內(nèi)。例如，當(dāng)機(jī)器人檢測到電纜接頭溫度升高至設(shè)定閾值（如65℃），系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出預(yù)警。通過圖像識(shí)別技術(shù)，巡檢機(jī)器人還能識(shí)別表計(jì)讀數(shù)誤差，判別是否存在接觸燒蝕、絕緣老化等問題[4]。

（二）無人機(jī)巡檢技術(shù)

在變電站日常巡檢中，對(duì)于高架母線、密林覆蓋區(qū)或地形復(fù)雜的山區(qū)等人工難以到達(dá)的區(qū)域，無人機(jī)可發(fā)揮重要作用。常用的無人機(jī)大多為四旋翼或六旋翼，飛行靈活，能飛5～10 km，空中停留時(shí)間一般半小時(shí)左右，足夠完成一次巡檢。無人機(jī)還有許多種傳感器，高清攝像頭能拍清設(shè)備表面情況，紅外熱成像儀能看出哪里發(fā)熱異常，多光譜和激光測距裝置能獲取更多設(shè)備運(yùn)行細(xì)節(jié)。系統(tǒng)能精準(zhǔn)測出電容器或者母線連接點(diǎn)的溫度改變，一旦出現(xiàn)超出預(yù)定值的情況，就立刻標(biāo)記為危險(xiǎn)點(diǎn)。更方便的是，無人機(jī)事先設(shè)定好巡查線路，到了地點(diǎn)就會(huì)自行起飛，巡查完畢會(huì)自動(dòng)飛回來，搜集到的數(shù)據(jù)也會(huì)即時(shí)傳回系統(tǒng)，幫技術(shù)人員遠(yuǎn)距離判定設(shè)備是否存在故障，找出問題所在，進(jìn)而優(yōu)化巡查效率。

（三）巡檢數(shù)據(jù)管理與分析

變電站日常巡檢中，巡檢機(jī)器人和無人機(jī)每天會(huì)抓拍大量照片并錄制視頻素材，為避免這些圖片和視頻資料堆積，需對(duì)其進(jìn)行及時(shí)分類整理與分析。如今的運(yùn)維系統(tǒng)會(huì)將這些信息全部存放在數(shù)據(jù)庫里隨時(shí)更新，這樣既能將重要的信息歸檔起來存儲(chǔ)，又能方便后期隨時(shí)檢索查看，出現(xiàn)問題時(shí)也可以迅速找到以前的記錄來比對(duì)。最值得重視的一點(diǎn)是，當(dāng)運(yùn)維人員對(duì)比不同巡檢時(shí)間和不同地方時(shí)，能從中看出哪個(gè)設(shè)備在哪段時(shí)間最容易出狀況，哪個(gè)地方更容易發(fā)生故障，掌握這些規(guī)律之后就能夠提前安排巡檢計(jì)劃，這樣能夠及時(shí)消除隱患，針對(duì)不同的錯(cuò)誤還能給出對(duì)應(yīng)的解決方式，并據(jù)此制定更加符合實(shí)際工作的檢修計(jì)劃，既減少了不必要的麻煩，又能高效地執(zhí)行維護(hù)任務(wù)。

四、數(shù)字智能化技術(shù)在操作控制中的應(yīng)用

（一）智能操作票系統(tǒng)

在變電站每一次操作時(shí)，都必須保持高度謹(jǐn)慎，否則極有可能引發(fā)安全事故。過去，操作票的填寫和審核全部依靠人工，費(fèi)時(shí)又易出錯(cuò)。如今，借助智能操作票系統(tǒng)，這一流程已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。該系統(tǒng)能夠即時(shí)讀取設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，如電壓是否正常、負(fù)載是否超出上限以及是否安排了檢修等相關(guān)事項(xiàng)[5]。系統(tǒng)內(nèi)置了多種操作規(guī)則，如“先斷后合”“確認(rèn)對(duì)側(cè)斷路器狀態(tài)”等安全邏輯。若某個(gè)操作不符合這些要求，系統(tǒng)就會(huì)馬上停止指令，并記錄操作信息，從而防止帶電誤操作發(fā)生。此外，系統(tǒng)還有仿真演練功能，可在電腦上模擬整套操作流程，提前識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)，使操作人員心中有數(shù)，操作更穩(wěn)。

（二）遠(yuǎn)程控制與自動(dòng)化操作

遠(yuǎn)程控制與自動(dòng)化操作技術(shù)是變電站實(shí)現(xiàn)“無人值守、有人值班”的核心。依托實(shí)時(shí)感知系統(tǒng)、自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，運(yùn)維人員無需到場，即可對(duì)變電設(shè)備完成操作任務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過電力調(diào)度系統(tǒng)對(duì)變壓器分接頭進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，控制精度達(dá)±1級(jí)電壓等級(jí)，響應(yīng)時(shí)間小于1秒，有效保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。自動(dòng)化系統(tǒng)基于規(guī)則邏輯和歷史數(shù)據(jù)，可自動(dòng)識(shí)別負(fù)載偏移趨勢(shì)，并提前做出調(diào)整。以負(fù)荷預(yù)測模型為例，當(dāng)預(yù)測負(fù)荷在未來15分鐘內(nèi)增長幅度超過10%，系統(tǒng)將自動(dòng)開啟備用冷卻裝置，并調(diào)整開關(guān)順序，提升變壓器運(yùn)行能力。該技術(shù)還用于母線切換、備用電源投切、站用電切換等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（三）操作安全防護(hù)技術(shù)

在變電站的日常操作中，安全始終是第一位。為了防止誤操作和非法指令，現(xiàn)在的操作系統(tǒng)都加入了多重防護(hù)措施。首先，在下達(dá)任何操作指令前，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行身份核驗(yàn)，如要求刷操作卡、輸入密碼，甚至進(jìn)行人臉識(shí)別，確保操作者身份準(zhǔn)確。如果有人試圖執(zhí)行超出權(quán)限的操作，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)阻止，并發(fā)出警告提示。其次，為了防止網(wǎng)絡(luò)攻擊，系統(tǒng)還設(shè)置了專用的防火墻和數(shù)據(jù)隔離措施，外部人員無法隨意接入。在操作環(huán)節(jié)中，像合閘、拉閘這種關(guān)鍵動(dòng)作，系統(tǒng)會(huì)先檢查相關(guān)設(shè)備是否處于安全狀態(tài)，如接地開關(guān)有沒有斷開、電壓是否正常，只有條件滿足才允許繼續(xù)操作。最后，所有的操作過程都會(huì)被系統(tǒng)詳細(xì)記錄下來，這樣不僅操作更安全，出現(xiàn)問題也能及時(shí)查清原因，真正實(shí)現(xiàn)全過程可控、可查、可追溯。

五、數(shù)字智能化技術(shù)在運(yùn)維管理中的應(yīng)用

（一）運(yùn)維資源優(yōu)化配置

在變電站運(yùn)維過程中，數(shù)字智能化技術(shù)通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史故障記錄及運(yùn)維人員作業(yè)信息的綜合分析，實(shí)現(xiàn)了資源的動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度。系統(tǒng)依據(jù)設(shè)備健康評(píng)分（如設(shè)備狀態(tài)評(píng)估值在0～1之間，低于0.4判定為需檢修）進(jìn)行智能排序，確定巡檢優(yōu)先級(jí)，并自動(dòng)生成最短巡檢路徑，平均可縮短行程約20%。此外，該平臺(tái)結(jié)合庫存數(shù)據(jù)與設(shè)備維修預(yù)測，優(yōu)化了備品備件的管理，如變壓器常用冷卻風(fēng)扇的庫存周轉(zhuǎn)率由原先的45天縮短至18天[6]。

（二）運(yùn)維決策支持系統(tǒng)

運(yùn)維決策支持系統(tǒng)的主要功能，是把變電站中分散的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，協(xié)助運(yùn)維人員全面掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)從監(jiān)控系統(tǒng)、狀態(tài)檢測裝置以及日常巡檢記錄中提取數(shù)據(jù)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)分析模型，對(duì)設(shè)備進(jìn)行評(píng)分。評(píng)分越高，表明設(shè)備狀態(tài)越好；評(píng)分較低則提示著可能存在隱患，需要安排檢查或維修。例如，在評(píng)估氣體絕緣設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)會(huì)綜合分析其放電情況、環(huán)境溫度、濕度和氣體壓力等關(guān)鍵指標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)某項(xiàng)指標(biāo)異常，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出提示，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，提出相應(yīng)的維護(hù)建議[7]。

（三）運(yùn)維知識(shí)管理與共享

在實(shí)際工作中，變電站的運(yùn)維需要依賴經(jīng)驗(yàn)傳授或分散在紙質(zhì)文檔中，不僅查找不便，也難以積累和傳承。因此，有必要建立統(tǒng)一知識(shí)管理平臺(tái)，對(duì)各類現(xiàn)場案例、處理流程、技術(shù)資料和圖紙文件進(jìn)行整理歸類，通過關(guān)聯(lián)設(shè)備類型、常見故障與歷史操作記錄，幫助運(yùn)維人員快速定位問題根源。例如，在處理電纜接頭過熱的問題時(shí)，運(yùn)維人員通過平臺(tái)輸入關(guān)鍵參數(shù)，如溫度異常、負(fù)載變化等，系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)聯(lián)歷史中類似的故障，同時(shí)給出相對(duì)應(yīng)的解決對(duì)策。

結(jié)語

數(shù)字智能化技術(shù)正加速變電運(yùn)維模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。通過引入傳感器、大數(shù)據(jù)、人工智能等手段，變電站能實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的精準(zhǔn)感知、故障的提前預(yù)警、操作的自動(dòng)控制以及管理決策的智能支持。未來，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，變電運(yùn)維將朝著更高程度的自治化和智慧化方向發(fā)展，為構(gòu)建安全、高效、現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)提供堅(jiān)實(shí)支撐。

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