變電站電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

周小娜，章忠，謝旭峰，周宇翔，楊佳欣

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司泰順縣供電公司，浙江 泰順 325500）

0 引言

隨著電網(wǎng)智能化程度的提高，在電力系統(tǒng)中采用了很多信息化設(shè)備，以保證電網(wǎng)智能化功能的實(shí)現(xiàn)，這也使得變電站電纜溝中的線纜數(shù)量得到了增加，給變電站運(yùn)維人員帶來(lái)了較大的運(yùn)維工作量。由于電纜溝上面覆蓋了一層水泥蓋板，使得對(duì)電纜溝內(nèi)部情況的監(jiān)測(cè)相對(duì)不足，一旦電纜溝中的線纜因小動(dòng)物啃咬而出現(xiàn)了破壞，則可能會(huì)導(dǎo)致變電站的重要業(yè)務(wù)中斷。為此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)變電站電纜溝的監(jiān)測(cè)，一旦電纜溝中有小動(dòng)物入侵，應(yīng)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提高電纜溝的主動(dòng)防御水平[1]。本文首先分析了人工智能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，之后闡述了具體的基于人工智能的電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)原理及裝置的應(yīng)用情況，對(duì)于提高變電站電纜溝的智能巡檢技術(shù)水平具有一定的價(jià)值。

1 電纜溝的運(yùn)維現(xiàn)狀

在變電站的主控室中，各個(gè)屏柜中放置了很多電力二次設(shè)備，各臺(tái)設(shè)備相互之間要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，需要借助光纖或者網(wǎng)線。同時(shí)電力二次設(shè)備和位于戶外的智能終端或合并單元之間的通信還需要借助電纜，這些光纖、網(wǎng)線以及電纜都是位于電纜溝中。由于電纜溝中的空間有限，并且也放置了較多的電纜以及網(wǎng)線，變電站運(yùn)維人員在日常的運(yùn)維中，不會(huì)對(duì)電纜溝的內(nèi)部情況進(jìn)行過(guò)多的巡視。一般都是當(dāng)變電站中的業(yè)務(wù)出現(xiàn)了問(wèn)題時(shí)，才會(huì)將電纜溝上的蓋板掀開(kāi)，對(duì)電纜溝內(nèi)的線纜連接情況進(jìn)行排查[2]。

這種運(yùn)維方式較為被動(dòng)，并且等到電纜溝出現(xiàn)故障后，已經(jīng)對(duì)電網(wǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響。如果是連接保護(hù)裝置的光纖出現(xiàn)了斷裂，則會(huì)使得保護(hù)裝置失效而無(wú)法使用，造成嚴(yán)重缺陷。為此可以采用電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)，當(dāng)裝置監(jiān)測(cè)到電纜溝出現(xiàn)了小動(dòng)物非法入侵行為時(shí)，可以發(fā)出報(bào)警信息，從而使得對(duì)電纜溝的運(yùn)維變得主動(dòng)化。通過(guò)應(yīng)用電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)，可以有效提高變電站中設(shè)備運(yùn)行的可靠性，保證電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)不輕易發(fā)生中斷的情況。

2 基于人工智能的電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

在基于人工智能的電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中，主要包括了電纜溝監(jiān)控終端、現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)和監(jiān)控平臺(tái)服務(wù)器等三個(gè)主要組成部分。在電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，可以利用人工智能技術(shù)，構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)，能夠和布置在電纜溝中的監(jiān)控終端之間相互通信，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷[3]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電纜溝中存在小動(dòng)物入侵等異常情況時(shí)，則可以發(fā)送報(bào)警信息給監(jiān)控管理平臺(tái)，同時(shí)平臺(tái)還可以對(duì)產(chǎn)生警報(bào)的位置進(jìn)行查詢，從而快速定位到異常的具體位置，以下詳細(xì)分析電纜溝代運(yùn)維監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)，以及電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)控制系統(tǒng)等內(nèi)容。

2.1 電纜溝代運(yùn)維監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)

雖然對(duì)于變電站電纜溝上的各個(gè)孔洞，都采用了封堵泥進(jìn)行了封堵，但小動(dòng)物依然容易入侵到電纜溝內(nèi)，并且電纜溝也是變電站小動(dòng)物入侵的重災(zāi)區(qū)。在電纜溝的智能化代運(yùn)維監(jiān)控終端中，需要使用到信號(hào)處理技術(shù)、傳感器技術(shù)等，尤其是振動(dòng)傳感器，以便能夠及時(shí)檢測(cè)到小動(dòng)物的入侵情況。在電纜溝代運(yùn)維監(jiān)控終端的開(kāi)發(fā)中，首先需要對(duì)監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以采用模塊化的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)中的每一個(gè)功能分別由不同的功能模塊加以實(shí)現(xiàn)。圖1為電纜溝代運(yùn)維監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)。

圖1 電纜溝代運(yùn)維監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)

從圖1中的電纜溝代運(yùn)維監(jiān)控終端的硬件結(jié)構(gòu)中可以看出，在該監(jiān)控終端中起關(guān)鍵作用的是微控制器，通過(guò)將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，輸出控制策略，經(jīng)過(guò)功率放大之后，發(fā)出報(bào)警信息。電纜溝代運(yùn)維監(jiān)控終端在通信方式上，可以選擇無(wú)線通信方式，使傳感器設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)的主機(jī)設(shè)備相互之間實(shí)現(xiàn)通信和數(shù)據(jù)共享。同時(shí)還應(yīng)該采取傳感器，用來(lái)采集電纜溝外的情況，以便多個(gè)角度來(lái)判斷是否有小動(dòng)物入侵[4]。同時(shí)在電纜溝代運(yùn)維監(jiān)控終端開(kāi)發(fā)中，對(duì)于裝置中所采用到的電子元件，應(yīng)把好質(zhì)量關(guān)，并考慮到電纜溝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的實(shí)際條件，應(yīng)選擇散熱性能較好的電子設(shè)備，同時(shí)還應(yīng)選擇在濕度較高的環(huán)境下也能夠運(yùn)行的設(shè)備。

同時(shí)監(jiān)控終端應(yīng)采用多種不同的傳感器，首先是采用溫度傳感器，當(dāng)采集到的溫度數(shù)據(jù)超過(guò)了所設(shè)定的范圍，則自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息。其次是采用局部放電傳感器，以便當(dāng)電纜溝中的設(shè)備出現(xiàn)漏電情況時(shí)，能夠?qū)ξ⑿〉碾娏鬟M(jìn)行采集。再次是采用紅外線感應(yīng)器，以便第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)入侵電纜溝的小動(dòng)物。如果采集到的圖像數(shù)據(jù)不符合小動(dòng)物入侵的特征，則應(yīng)禁止發(fā)出警報(bào)，為此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)小動(dòng)物入侵?jǐn)?shù)據(jù)辨識(shí)算法的設(shè)計(jì)，提高電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)報(bào)警的準(zhǔn)確性[5]。

2.2 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)控制系統(tǒng)

電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)主要的分析及控制功能，都需要依靠現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)實(shí)現(xiàn)，利用人工智能技術(shù)，可以構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)分析控制系統(tǒng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)系統(tǒng)，能夠發(fā)現(xiàn)電纜溝溫度變化、小動(dòng)物入侵、局部放電、火災(zāi)等多種異常情況。其中檢測(cè)功能主要是通過(guò)軟件控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，加強(qiáng)電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的軟件控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，是保障電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果的關(guān)鍵。圖2為電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)軟件控制系統(tǒng)運(yùn)行流程圖。

圖2 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的軟件控制系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

從圖2的電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)中的軟件控制系統(tǒng)運(yùn)行流程圖中可知，首先是現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)程序判斷電纜溝是否出現(xiàn)了入侵信號(hào)，如果是入侵信號(hào)再接著判斷該信號(hào)是否為干擾信號(hào)。如果不是干擾信號(hào)，并且滿足告警條件，如溫度、局部放電電流值等達(dá)到了告警的閾值，就可以啟動(dòng)告警模塊，發(fā)出異常運(yùn)行信息的告警，并且繼續(xù)進(jìn)行電纜溝的監(jiān)測(cè)。如果軟件控制系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，收到了一些干擾信號(hào)，則應(yīng)忽略而不啟動(dòng)告警模塊，防止出現(xiàn)誤告警或者是亂告警的情況發(fā)生，保證告警信息采集及上送的準(zhǔn)確性[6]。

3 電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的應(yīng)用

在目前的電纜溝運(yùn)維中，也存在著當(dāng)小動(dòng)物入侵時(shí)，沒(méi)有及時(shí)發(fā)出告警的運(yùn)維技術(shù)難題。通過(guò)應(yīng)用電纜溝代運(yùn)維裝置，可以實(shí)現(xiàn)電纜溝視頻監(jiān)測(cè)和燈光聯(lián)動(dòng)，一旦電纜溝中出現(xiàn)了小動(dòng)物入侵，則通過(guò)電纜溝代運(yùn)維裝置中的視頻分析技術(shù)，發(fā)出相關(guān)的聲音及燈光等告警信息，驅(qū)趕小動(dòng)物離開(kāi)電纜溝，實(shí)現(xiàn)電纜溝的主動(dòng)防御功能，保證電纜溝中的各類線纜不會(huì)受到小動(dòng)物的啃咬而損壞。在變電站電纜溝視頻監(jiān)測(cè)中，可以結(jié)合遠(yuǎn)紅外成像技術(shù)，確定電纜溝中是否是出現(xiàn)了非法入侵行為[7]。

電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)在使用的過(guò)程中，由于電纜溝的內(nèi)部情況相對(duì)較為復(fù)雜，既有平直段、也有彎曲段，無(wú)論是哪種電纜溝段，都應(yīng)該保證系統(tǒng)的通信正常。同時(shí)對(duì)于電纜溝中的監(jiān)控終端的布置，應(yīng)根據(jù)人工智能中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)監(jiān)控終端進(jìn)行合理的優(yōu)化布局，一般在每十五米的距離上就需要設(shè)置一個(gè)監(jiān)控終端，這樣就可以取得較好的應(yīng)用效果。各個(gè)監(jiān)控終端在通信的過(guò)程中，除了需要使用路由器之外，還需要使用到協(xié)調(diào)器，保證通信數(shù)據(jù)信息能夠可靠傳送。同時(shí)利用人工智能技術(shù)構(gòu)建的電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)，還具有電纜溝火災(zāi)報(bào)警的功能，借助溫度成像技術(shù)，對(duì)電纜溝中的溫度異常點(diǎn)進(jìn)行可靠的辨識(shí)。一旦發(fā)現(xiàn)電纜溝中某個(gè)點(diǎn)的溫度達(dá)到了可能發(fā)生火災(zāi)的閾值時(shí)，則應(yīng)發(fā)出火災(zāi)預(yù)警信息。今后隨著人工智能技術(shù)水平的提高，電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的智能化功能也將更加完善，對(duì)辨識(shí)電纜溝中的異常運(yùn)行情況也更為靈敏，更好地保障電纜溝的可靠運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)化對(duì)變電站電纜溝的運(yùn)維，對(duì)于提高變電站中各類設(shè)備的運(yùn)行可靠性具有重要的意義。本文系統(tǒng)分析了基于人工智能的電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及實(shí)現(xiàn)原理，并介紹了電纜溝代運(yùn)維系統(tǒng)的各類功能，在實(shí)際的電纜溝運(yùn)維中可以加以應(yīng)用。