智慧輸電建設(shè)場(chǎng)景應(yīng)用研究

劉嵐 吳新橋 李彬

（南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司 廣東省廣州市 510700）

1 引言

輸電網(wǎng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要載體，當(dāng)前隨著特高壓骨干網(wǎng)的快速發(fā)展，“強(qiáng)直弱交”的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)給安全運(yùn)行帶來(lái)巨大壓力，且輸電線(xiàn)路點(diǎn)多面廣，通道環(huán)境復(fù)雜，長(zhǎng)期遭受雷電、山火、覆冰舞動(dòng)、地質(zhì)滑坡等自然災(zāi)害及外破影響，大面積停電風(fēng)險(xiǎn)始終存在；同時(shí)城市電纜化率在不斷提升，各電壓等級(jí)電力電纜同通道密集敷設(shè)的情況不斷增多，火災(zāi)、外破等導(dǎo)致通道斷面喪失事件尤為突出。構(gòu)建更加高效的遠(yuǎn)程智慧管控模式，全方位提升電網(wǎng)運(yùn)維水平，實(shí)現(xiàn)重要輸電線(xiàn)路及通道狀態(tài)實(shí)時(shí)可知可控，是提升輸電線(xiàn)路抵御各類(lèi)災(zāi)害能力、降低大面積停電風(fēng)險(xiǎn)、確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必然要求。

輸電線(xiàn)路智能化建設(shè)在狀態(tài)監(jiān)控、信息管理和運(yùn)行維護(hù)這三方面仍存在一些不足[1]。在實(shí)際運(yùn)用中受條件限制，成果不盡人意，主要是由于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建不規(guī)范、監(jiān)控設(shè)備無(wú)法大范圍覆蓋、監(jiān)控終端容易受自然環(huán)境影響、網(wǎng)絡(luò)配套設(shè)施不完善、終端設(shè)備穩(wěn)定性不夠以及信息收集的管理標(biāo)準(zhǔn)不夠規(guī)范等因素；在信息管理方面，智能化的信息管理更加詳盡，但尚未建立起完善的體系，缺乏完整的流程和制度，相關(guān)人員缺乏系統(tǒng)的培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致信息管理人員無(wú)法有效掌握輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響輸電效率的問(wèn)題；近年來(lái)輸電設(shè)備規(guī)模以年均超過(guò)5%的比例增長(zhǎng)（高壓電纜保持年均10%快速增長(zhǎng)），運(yùn)維人員數(shù)量不升反降，輸電專(zhuān)業(yè)人才儲(chǔ)備嚴(yán)重不足，結(jié)構(gòu)性缺員問(wèn)題日益突出，運(yùn)檢效率和質(zhì)量提升緩慢。

在輸電線(xiàn)路外部運(yùn)行環(huán)境日趨復(fù)雜，全社會(huì)對(duì)供電可靠性要求不斷提高，內(nèi)部專(zhuān)業(yè)管理更趨精益化的背景下，加快構(gòu)建智慧輸電體系，實(shí)現(xiàn)輸電專(zhuān)業(yè)管理的轉(zhuǎn)型提升，是應(yīng)對(duì)電網(wǎng)迅猛發(fā)展，彌補(bǔ)人員缺失嚴(yán)重，實(shí)現(xiàn)運(yùn)檢提質(zhì)增效的必然趨勢(shì)。

2 智慧輸電建設(shè)價(jià)值分析

智慧輸電線(xiàn)路建設(shè)是通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等數(shù)字技術(shù)，集成先進(jìn)傳感技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等新技術(shù)和新材料、新設(shè)備，具備高度信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化等特征，將數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)要素應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，對(duì)業(yè)務(wù)模式、管理模式、商業(yè)模式進(jìn)行創(chuàng)新和重塑，達(dá)到電網(wǎng)安全、可靠、綠色、高效運(yùn)行的目標(biāo)。

智慧輸電線(xiàn)路的建設(shè)能夠有效地提高電網(wǎng)安全性和電力系統(tǒng)效率、節(jié)省人工成本[2]。智慧輸電線(xiàn)路建設(shè)通過(guò)廣泛應(yīng)用智能技術(shù)，能夠提升電網(wǎng)安全性及可靠性，支撐綠色節(jié)能環(huán)保建設(shè)，促進(jìn)模式創(chuàng)新和重塑；通過(guò)使用智能化平臺(tái)管理，可提供端到端的數(shù)據(jù)服務(wù)和業(yè)務(wù)服務(wù)，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)流程和決策，實(shí)現(xiàn)端到端、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的扁平化管理模式，促進(jìn)整體運(yùn)營(yíng)管控能力提升，保障電網(wǎng)高效運(yùn)行。智慧輸電線(xiàn)路利用互聯(lián)網(wǎng)及其他智能技術(shù)，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的掌握輸電線(xiàn)路的狀態(tài)，降低巡查所用的時(shí)間；使用智能設(shè)備，能夠一定程度上替代人工，減少電力人員的使用數(shù)量，降低電力企業(yè)的人工成本，提高企業(yè)效益。

目前智慧輸電線(xiàn)路建設(shè)有待進(jìn)一步完善，數(shù)字化轉(zhuǎn)型承接不足，數(shù)據(jù)分析手段較為單一，未能結(jié)合業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用進(jìn)行深度挖掘，融合分析能力有待加強(qiáng)，智能技術(shù)應(yīng)用水平有待提升。因此，需全面梳理輸電領(lǐng)域典型場(chǎng)景，結(jié)合電網(wǎng)各業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)邊緣計(jì)算與云邊端協(xié)同的應(yīng)用需求，應(yīng)用云計(jì)算、人工智能、邊緣計(jì)算、5G等技術(shù)，支撐電網(wǎng)各場(chǎng)景業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)時(shí)分析、決策需要，因地制宜逐步開(kāi)展試點(diǎn)建設(shè)和推廣應(yīng)用，形成規(guī)模化場(chǎng)景應(yīng)用效應(yīng)。

3 智慧輸電全場(chǎng)景應(yīng)用

智慧輸電全場(chǎng)景應(yīng)用主要包括構(gòu)建數(shù)字化輸電線(xiàn)路通道、構(gòu)建數(shù)字化輸電線(xiàn)路通道、多維融合與協(xié)同自主巡視、智能操作檢修與動(dòng)態(tài)防護(hù)、全景智能識(shí)別與及時(shí)預(yù)警、輸電線(xiàn)路的智能安全管控、智能防災(zāi)減災(zāi)與決策支持六大領(lǐng)域及其所涵蓋的具體應(yīng)用場(chǎng)景。

強(qiáng)化智慧輸電的場(chǎng)景應(yīng)用，加強(qiáng)輸電線(xiàn)路狀態(tài)實(shí)時(shí)感知與智能診斷：

（1）堅(jiān)持需求導(dǎo)向，強(qiáng)化感知設(shè)備入網(wǎng)使用全過(guò)程管理，明確感知設(shè)備布點(diǎn)原則及設(shè)備選型標(biāo)準(zhǔn)，提升設(shè)備入網(wǎng)管控能力。

（2）運(yùn)用多類(lèi)型、多參量傳感器，開(kāi)展紅外測(cè)溫、X光探傷等檢測(cè)手段，提升本體狀態(tài)感知能力。

（3）深化災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警應(yīng)用，合理部署通道可視化裝置，全面應(yīng)用圖像識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，提升輸電線(xiàn)路設(shè)備狀況感知、環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警以及風(fēng)險(xiǎn)防控能力。

（4）全面應(yīng)用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等智能立體巡檢手段，積極推進(jìn)“專(zhuān)業(yè)+輔助”人工移動(dòng)巡檢，提升缺陷隱患發(fā)現(xiàn)能力。

（5）融合線(xiàn)路負(fù)荷、導(dǎo)線(xiàn)表面溫度、走廊微氣象等監(jiān)測(cè)信息和導(dǎo)體結(jié)構(gòu)信息，運(yùn)用熱路模型邊緣算法和復(fù)合判據(jù)，提升線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容預(yù)測(cè)能力。

3.1 構(gòu)建數(shù)字化輸電線(xiàn)路通道

通過(guò)構(gòu)建與多種信息對(duì)應(yīng)的輸電線(xiàn)路數(shù)字化通道，集成設(shè)備信息、作業(yè)信息、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、調(diào)度運(yùn)行、環(huán)境信息等，形成輸電線(xiàn)路信息門(mén)戶(hù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路信息可視化，提供巡視規(guī)劃、場(chǎng)景模擬、隱患預(yù)測(cè)、技能培訓(xùn)等應(yīng)用，利用輸電線(xiàn)路數(shù)字化通道實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路的空間可視化展示與應(yīng)用，為生產(chǎn)管理提供支持。

3.2 多維融合與協(xié)同自主巡視

綜合邊緣智能、安全連接、圖像識(shí)別、實(shí)物ID現(xiàn)場(chǎng)交互、微源取能和移動(dòng)應(yīng)用等核心技術(shù)，利用無(wú)人機(jī)、直升機(jī)、可視化、衛(wèi)星遙感等智能感知手段，結(jié)合人工移動(dòng)巡檢，構(gòu)建新一代線(xiàn)路巡視體系，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備、中臺(tái)、人員”的泛在互聯(lián)，空間上，從地面、空中和天上對(duì)架空輸電線(xiàn)路本體設(shè)備、附屬設(shè)施和通道環(huán)境進(jìn)行全方位巡檢，形成空天地多維融合及協(xié)同自主立體巡檢；時(shí)間上，各種智能感知手段相互配合，巡檢數(shù)據(jù)共享，優(yōu)化巡檢資源配置。在平臺(tái)層，深度融入運(yùn)檢業(yè)務(wù)，利用大數(shù)據(jù)、云霧計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)發(fā)展，深化可見(jiàn)光影像、紅外熱圖、激光點(diǎn)云等多源數(shù)據(jù)與運(yùn)檢信息有效融合，開(kāi)展多設(shè)備聯(lián)合分析，實(shí)現(xiàn)運(yùn)檢業(yè)務(wù)智能輔助決策。

比如佛山供電局組建“空軍團(tuán)隊(duì)”，該團(tuán)隊(duì)運(yùn)用多旋翼無(wú)人機(jī)、激光雷達(dá)無(wú)人機(jī)開(kāi)展精細(xì)化、專(zhuān)業(yè)巡視，實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路的自動(dòng)巡檢。在三水北部片區(qū)開(kāi)展“智慧輸電樣板工程”，主要部署無(wú)人機(jī)機(jī)巢及在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等智能設(shè)備，開(kāi)展輸電線(xiàn)路智能化升級(jí)改造，計(jì)劃在2021年底完成三水北部片區(qū)的視頻全覆蓋，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)的無(wú)人化、網(wǎng)格化，并推廣智能運(yùn)維模式。

該工程結(jié)合輸電駕駛艙、電網(wǎng)管理平臺(tái)等系統(tǒng)的支撐，對(duì)三水北部片區(qū)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)精準(zhǔn)管控、運(yùn)檢質(zhì)效提升，建設(shè)能夠?qū)崟r(shí)感知、全息互聯(lián)、自主預(yù)警、智能處置的智慧輸電樣板工程（線(xiàn)路）。

針對(duì)輸電線(xiàn)路巡檢過(guò)程中存在的效率不高、巡檢不到位等問(wèn)題，可以采用基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)的輸電線(xiàn)路多場(chǎng)景巡視方式，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與無(wú)人機(jī)巡檢相結(jié)合，對(duì)無(wú)人機(jī)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模與多場(chǎng)景的構(gòu)建，并結(jié)合智能可穿戴設(shè)備輔助巡檢人員以?xún)?yōu)化巡檢過(guò)程，達(dá)到提高巡檢效率、減輕巡檢人員工作量的目的[4]。

3.3 智能操作檢修與動(dòng)態(tài)防護(hù)

智能操作是指通過(guò)操作系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)表單對(duì)無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、視頻監(jiān)控等進(jìn)行遠(yuǎn)程、自動(dòng)操作，并通過(guò)無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、視頻監(jiān)控等狀態(tài)信息、巡檢數(shù)據(jù)，判別操作是否有效，從而實(shí)現(xiàn)輸電操作的自動(dòng)智能化。

利用無(wú)人機(jī)、直升機(jī)、機(jī)器人等輔助裝置，進(jìn)一步優(yōu)化檢修作業(yè)流程，提升檢修效率，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路檢修智能輔助與動(dòng)態(tài)防護(hù)；應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知關(guān)鍵部件及環(huán)境狀態(tài)信息，融合多源歷史數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)檢修方案，自動(dòng)開(kāi)展線(xiàn)路狀態(tài)評(píng)價(jià)并提出檢修建議，并利用云計(jì)算、遠(yuǎn)程視頻、智能穿戴等多種技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)全過(guò)程遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與安全管控。

3.4 全景智能識(shí)別與及時(shí)預(yù)警

輸電設(shè)備全景智能識(shí)別與及時(shí)預(yù)警應(yīng)用場(chǎng)景主要是通過(guò)電力傳感器、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)、人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù)手段的應(yīng)用，構(gòu)建輸電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備立體感知、通道全景監(jiān)控、數(shù)據(jù)云邊處理、狀態(tài)輔助預(yù)判、安全智能管控、運(yùn)檢效益提升，推進(jìn)輸電專(zhuān)業(yè)管理模式向更智慧、更高效、更安全轉(zhuǎn)變。預(yù)警系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)判斷的線(xiàn)路及環(huán)境異常包括：線(xiàn)路覆冰、導(dǎo)線(xiàn)舞動(dòng)、導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)、導(dǎo)線(xiàn)懸掛異物、接地短路、絕緣子閃絡(luò)、絕緣子裂痕、桿塔傾斜或倒塌、桿塔偷盜、和桿塔附近施工引發(fā)的外力破壞等。

利用多種傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)采集并分析輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀況、危險(xiǎn)點(diǎn)圖像與氣象狀況數(shù)據(jù)，并傳輸返回調(diào)度中心，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程特殊狀況下輸電線(xiàn)路的檢測(cè)與故障預(yù)警[5]；并全面融合運(yùn)檢專(zhuān)業(yè)多源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)深度感知、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和全景展示，主動(dòng)觸發(fā)多參量和多設(shè)備間的聯(lián)合分析并推送預(yù)警信息，完成各業(yè)務(wù)系統(tǒng)、個(gè)人移動(dòng)終端、APP、智能巡檢機(jī)器人的信息共享，有效提升輸電線(xiàn)路狀態(tài)感知的及時(shí)性、主動(dòng)性和準(zhǔn)確性，為缺陷、隱患的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處置提供保障。

3.5 輸電線(xiàn)路的智能安全管控

智能安全與智能巡視、智能操作和信息建模有機(jī)互聯(lián)、信息互通和互為反饋，融入生產(chǎn)作業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管控的一線(xiàn)貫穿，逐步以智能安全替代傳統(tǒng)管控模式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、作業(yè)、人身風(fēng)險(xiǎn)管控，最終實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。將各類(lèi)智能技術(shù)覆蓋至輸電線(xiàn)路運(yùn)檢作業(yè)的全類(lèi)別和全過(guò)程，針對(duì)作業(yè)準(zhǔn)備、人員資質(zhì)審核、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管、在線(xiàn)監(jiān)控、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)管控以及安全輔助等安全管控領(lǐng)域，通過(guò)安全輔助以調(diào)整或改變傳統(tǒng)管控方式，或通過(guò)智能方案取代傳統(tǒng)安全管控方式，將各類(lèi)智能安全技術(shù)覆蓋方案預(yù)演風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、安全資格全局管控、安全措施部署檢查、行為模式在線(xiàn)監(jiān)控等管控場(chǎng)景。

3.6 智能防災(zāi)減災(zāi)及決策支持

完善基于輸電通道環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的自然災(zāi)害智能預(yù)測(cè)預(yù)警模型，結(jié)合輸電全域網(wǎng)格化氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)融合。利用無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)、地理信息技術(shù)、圖像處理技術(shù)和數(shù)值模擬計(jì)算技術(shù)，研究輸電線(xiàn)路走廊地質(zhì)災(zāi)害的自動(dòng)勘測(cè)和建模系統(tǒng)，可得到穩(wěn)定、高質(zhì)、全面、準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)受災(zāi)信息，通過(guò)建立輸電線(xiàn)路各地質(zhì)災(zāi)害特征模型，能快速生成輸電線(xiàn)路二維走廊全拼圖和三維場(chǎng)景模型圖，巡查線(xiàn)路走廊周邊的多種地質(zhì)災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)災(zāi)情的快速定位、準(zhǔn)確定性等功能[6]，實(shí)現(xiàn)自然災(zāi)害的全景感知與預(yù)警決策。

建立智能防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)，將外部氣象數(shù)據(jù)與生產(chǎn)業(yè)務(wù)融合，推動(dòng)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)與防災(zāi)減災(zāi)的智能化，進(jìn)一步提升區(qū)域?yàn)?zāi)害預(yù)警和氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的精細(xì)化、網(wǎng)格化能力，推動(dòng)電網(wǎng)防災(zāi)抗災(zāi)從“被動(dòng)防御”向“主動(dòng)防御”轉(zhuǎn)變。利用信息化、智能化手段提升災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警、影響評(píng)估、決策指揮，實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路防災(zāi)減災(zāi)智能應(yīng)用。防災(zāi)減災(zāi)智能的應(yīng)用主要包括雷電定位監(jiān)測(cè)、山火監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)以及自然災(zāi)害綜合評(píng)估。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析智慧輸電建設(shè)的基本價(jià)值，智慧輸電線(xiàn)路的建設(shè)能夠有效的提高電力系統(tǒng)效率、節(jié)省人工成本，并在此基礎(chǔ)上全面梳理輸電領(lǐng)域典型場(chǎng)景，主要包括構(gòu)建數(shù)字化輸電線(xiàn)路通道、多維融合與協(xié)同自主巡視、智能操作檢修與動(dòng)態(tài)防護(hù)、全景智能識(shí)別與及時(shí)預(yù)警、輸電線(xiàn)路的智能安全管控、智能防災(zāi)減災(zāi)與決策支持六大領(lǐng)域及其所涵蓋的具體應(yīng)用場(chǎng)景，有利于支撐電網(wǎng)各場(chǎng)景業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)時(shí)分析、決策需要，進(jìn)一步完善智慧輸電體系建設(shè)。