基于人工智能的配網站房輔助監測系統的設計及應用

高 歡，俎洋輝

（國網河南省電力公司鄭州供電公司，河南 鄭州 450000）

開閉所（配電房）是高、低壓成套裝置集中控制，接受和分配電能的場所，是城市配電網絡的區域樞紐點，它遍布城市鄉郊各處，具有點多、分布廣的特點。隨著城市規模的不斷擴張，開閉所（配電房）數量在不斷增長。為保證開閉所（配電房）等重要節點的安全運行，加速配電網數字化轉型發展，解決設備日益增多、運維人員不足的問題，需對開閉所（配電房）進行實時遠方監控和自動處理，提高安全運行水平。

1 基于人工智能技術的配網站房輔助監測系統總體設計

1.1 設計思路

針對配電網建設現狀，計劃在現有配電自動化主站系統基礎上，基于物聯網、邊緣計算和人工智能等技術，通過邊緣計算節點與末端傳感裝置協同，建設智慧開閉所、智慧配電室。應用站房綜合監控物聯網終端，作為站所邊緣計算中心節點，實現站端區域自治。除對電氣量信息進行精準采集分析外，還可完成狀態全感知，基于融合終端、視覺識別AⅠ單元和云邊協同的視覺融合方法，實現臺架和配電房環境異常和入侵抓拍、紅外測溫、短視頻巡檢等應用，不須建設視頻專網和視頻云后臺。軟件架構，如圖1所示。

圖1 軟件架構

1.2 實現方式

總體上遵循“云、管、邊、端”的物聯網技術架構，依托綜合監控物聯網終端、主站、人工智能攝像頭和各類高級App 開展各類深化應用場景的實用化應用。利用現有配電自動化主站系統硬件資源，站房智能監控功能部署于配電自動化主站系統ⅠV區，通過獲取綜合監控物聯網終端采集數據，進行站房運行狀態監控及異常預警。開閉所（配電房）現場建設方案，如圖2所示。

圖2 開閉所（配電房）現場建設方案圖

1.2.1 接入層

開閉所（配電房）內配置綜合監控物聯網終端作為數據匯聚與邊緣計算中心。

配電房內配置環境溫濕度傳感器、水位傳感器、門磁傳感器、入侵雙鑒傳感器和煙霧傳感器，具備環境溫度、濕度、電纜溝進水、煙霧、非法闖入監測等功能，同時配置除濕控制器、風機控制器、水泵控制器以及空調控制器，根據傳感器監測數據，利用綜合監控物聯網終端就地計算與調控，對開閉所（配電房）環境進行有效治理。

環網柜內配置電氣設備測溫傳感器與高壓狀態傳感器，接入綜合監控物聯網終端。

配電房內配置視覺識別AⅠ單元和攝像頭，實現全天候人員及人員危險區域檢測、明火煙霧檢測、異動異物入侵，支持事件抓拍主動上報。

1.2.2 現場建設關鍵技術

中低壓一體化就地管控：應用物聯網管控單元，作為站房邊緣計算節點，可實現中低壓一體化就地管控，實現站端區域自治。通過部署設備狀態、環境感知、安防監測，對開閉所（配電房）的設備運行狀態、環境狀態、安防情況進行實時監測、智能控制，同時具備低壓線路延伸能力，未來可采用臺區智能融合終端與低壓深度融合智能開關，遵循國網“云、管、邊、端”體系架構，實現中低壓線路與設備狀態全感知與數據全接入、可視化管理、智能化運維。

1.2.3 就地分析聯動

典型場景狀態分析：實現定時查詢或訂閱敏感遙信、遙測實時點，并分析得出狀態結果。

數據向顯示屏轉發：可響應液晶屏數據召喚，將約定的數據點、事件向液晶屏轉發。

本地告警指示控制：當典型狀態變化時，可實現本地狀態指示切換、聲光報警啟停、峰鳴器啟停。

環動設備聯動控制：可實現液晶屏或主站系統的控制指令控制末端設備。

發送告警事件短信：當告警事件狀態發生變化時，可向特定手機號碼發送短信，實現主動搶修。

視覺融合：基于視覺識別AⅠ單元和云邊協同的視覺融合方法，實現配電房異動和入侵抓拍、紅外測溫、短視頻巡檢等應用，無需建設視頻專網和視頻云后臺，主要實現功能包括人員及人員危險區域檢測、異物入侵檢測。

1.2.4 通信層組網

通信建設包括遠程通信網和本地通信網。遠程通信網主要為邊緣計算節點與主站系統的通信組網，采用無線通信方式接入主站系統；本地通信網主要為端側設備與綜合站所單元終端的通信組網。作為主站和前置設備層的紐帶，提供了多種可用的有線和無線的通信信道，為主站和前置設備的信息交互提供鏈路基礎。目前主要采用的通信信道有：光纖專網、GPRS/CDMA 無線公網、以太網、電力專網（MⅠS系統）等。

1.2.5 數據層

可分為業務應用、數據采集和后臺數據庫模塊。業務應用模塊實現系統的各種應用業務邏輯；數據采集模塊負責與前置設備通信協議的解析，采集前置設備的信號信息，并輸送到后臺數據管理模塊；后臺數據管理模塊連接是業務應用模塊和數據采集模塊樞紐，負責存儲和管理從數據采集模塊傳輸過來的數據信息，并提供給業務應用模塊使用。

2 基于人工智能技術的配網站房輔助監測系統的應用效果分析

配網站房輔助監測系統搭建完成后，實現了配網站房輔助信息的精準監測，并保證了情況反饋的客觀性和真實性。通過綜合監控物聯網終端環境量數據采集，實現對開閉所（配電房）等站房的開關、變壓器等設備環境狀態監測，內容包括：環境溫度、設備溫度、濕度、水位、門禁、煙感、視頻等，為配用電設備故障及異常處理提供便捷手段，提高運維人員的響應能力及決策能力。站房加裝AⅠ攝像頭，當發生異物入侵、人員未帶安全帽、發生明火、電子圍欄范圍越限、不合規人員闖入、工作違規等異常情況時，AⅠ攝像頭自動捕捉并生成圖片信息，實時上送至配電自動化主站系統，系統進行告警并展示。基于人工智能技術的配網站房輔助監測系統的開發和應用將使開閉所（配電房）的運行管理從定期巡視轉變為實時監控，變事后故障處理為事前預防。實現了開閉所管理方法和手段的變革，對提高設備安全性、保證供電可靠性方面將會帶來進一步的提升。將減少現場巡視，提前預警故障，節約人力，提高開閉所管理的工作效率。根據工作實際需要，還可以將工作票與門禁系統、視頻監控系統相結合，實現定時定人授權開門，人臉識別核對，防止無計劃、無票、超期工作，實現有效的安全管控。

2.1 監測方法

系統開發“運行監測-異物告警”功能模塊，展示當前所有通過AⅠ攝像頭捕獲的告警信息。

人員及人員危險區域檢測：對監控區域內所有人員進行檢測，如人數、人員密度、靠近或者進入危險區域等進行報警。

安全帽檢測，對特定人群是否佩戴安全帽給與提示，對未佩戴安全帽者進行抓拍及報警。

工裝檢測，在指定區域內工人是否按要求穿戴工作服（不同服裝需要定制）給與提示以及報警。

明火煙霧檢測，使用普通監控攝像機對區域內明火、煙霧進行檢測，對現場煙火造成的災害進行檢測并預警。

異物入侵檢測，對現場包括人員/異物等入侵進行檢測預警。

2.2 監測功能

2.2.1 設備接頭溫度監測告警

實時監測開關柜內電纜與母排連接處、負荷開關觸頭處溫升和電纜接頭處溫度，發生異常時自動告警，并與監控終端進行通信上送告警信息，及時發現因負載過大、接觸不良等問題引起的開關柜溫度過高問題，預防事故發生。

2.2.2 局部放電監測告警

利用特高頻局放、無線測溫二合一傳感器，實時監測各個監測點局部放電量幅值、頻次以及溫度數據，及時發現開關柜的絕緣缺陷，發生異常時自動告警，并與監控終端進行通信上送告警信息。

2.2.3 站房溫度濕度監測告警

實時監測站房內環境的溫度、濕度信息，當環境溫度或濕度高于設定閾值時自動告警，并與監控終端進行通信上送告警信息。

2.2.4 水位監測告警

實時監測電纜溝水位信息，當發生進水情況時自動告警，并與監控終端進行通信上送告警信息。

2.2.5 門磁及入侵雙鑒監控告警

利用門磁傳感器、入侵雙鑒傳感器實時自動監測站房非法闖入行為，當發生非法入侵時自動告警，并向監控終端上送告警信息。結合工作票，可以監督規定時段、規定人員進入規定站房，加強站房管理，保護電力生產安全，防止供電事故發生。

2.2.6 煙霧探測告警

實時監測站房內火災煙霧信息，當發生火災事故時自動向監控終端上送告警信息。

2.2.7 AI攝像頭智能監測告警

基于視覺識別AⅠ單元和云邊協同的視覺融合方法，當發生異物入侵、不合規人員闖入、人員未帶安全帽、電子圍欄范圍越限、工作違規等異常情況時，AⅠ攝像頭自動捕捉抓拍，主動上送至配電自動化主站系統進行告警并展示。

2.2.8 環動設備遠程監控

配備除濕控制器、風機控制器、水泵控制器以及空調控制器，根據傳感器監測數據，利用綜合監控物聯網終端就地計算與調控，對站房環境進行有效治理。

3 結束語

本文設計利用現有配電自動化主站系統硬件資源，在現有配電主站系統的基礎上，進行應用功能升級，部署站房智能監控功能模塊，通過站房綜合監控物聯網終端的數據采集、處理，實現開閉站、環網柜、配電房的電氣信息、環境信息的實時狀態進行監視管理，實現全天候人員及人員危險區域檢測、明火煙霧檢測、異動異物入侵，支持事件抓拍主動上報，有效提升站房安全運行水平及運維效率。