人工智能在電纜溝代運維系統開發中的應用分析

賈玉濤，王洪曉，鄭才偉

（國網河南省電力公司登封市供電公司，河南 登封 452470）

0 引言

電纜溝由于位于地下，其運行環境較為封閉，存在著空氣不夠通暢的問題，容易使得電纜線路出現發熱情況，進而加快電纜線路的老化速度。如果電纜線路的發熱情況較為嚴重，還會導致電纜發生局部放電的現象，甚至可能導致燃燒事故。為了保證電纜線路的運行穩定，需要對電纜溝進行實時監測，當發現電纜溝內存在異常情況時，則應及時發出預警信息，提醒運維人員及時采取措施加以處理[1]。隨著人工智能技術的發展，本文介紹了電纜溝代運維系統的開發及實現技術，對于提高電纜溝的運維技術水平具有一定的價值。

1 電纜溝代運維系統的應用必要性及監測內容

1.1 采用電纜溝代運維系統的必要性

在目前的電纜溝運維中，一般是由電纜線路的運維檢修人員攜帶相應的檢測設備，對電纜溝中的電纜設備進行檢修。但采取這種電纜運維方式，對故障的定位時間較長，運維效率不高，也會給運維檢修人員帶來一定的安全風險。為此可以采用電纜溝代運維系統，通過布置在電纜溝中的運維監測終端實時監測電纜溝內的情況[2]，實現對電纜溝內不同區域中的環境數據采集，并通過無線通信技術進行傳輸。此外應用電纜溝代運維裝置，可以實現對電纜溝內的環境溫濕度、有毒氣體、易燃氣體、火災、水位等信息的實時在線監測。一旦發現某個指標出現異常，可以及時發出告警，電纜溝的運維人員即可快速采取措施，在最大程度上降低電纜線路發生故障的概率。同時該電纜溝代運維裝置的運行功耗較低，具備視頻分析功能，可以有效實現電纜溝的智能巡檢，減輕人員巡檢勞動強度。

1.2 電纜溝代運維系統的監測內容

對于電纜溝代運維系統的監測內容，包括電纜溝溫度監測、火災預警、局部放電監測、氣體監測、水位監測以及防盜監測等。首先對于溫度監測，由于電纜線路的中間接頭在制作過程中連接不緊，導致電纜線路的接觸電阻較大。電纜線路在長期運行過程中容易發熱，故應加強對電纜的溫度監測、火災預警及局部放電監測。其次如果電纜線路長期浸泡在水中，尤其是在污水中，則會加快電纜線路的老化。并且電纜線路遇水，也容易出現局部放電的情況，導致電纜線路被擊穿。

2 電纜溝代運維系統的開發

2.1 電纜溝代運維系統的結構

在開發電纜溝代運維系統之前，需要先規劃好電纜溝代運維系統的整體結構。在電纜溝代運維系統的組成結構中，一是安裝在電纜溝內的監測終端設備，在這一設備中采用了環境傳感器，包括溫度采集傳感器、濕度采集傳感器、局放傳感器、紅外入侵檢測傳感器、水位傳感器以及氣體傳感器等，實現對電纜溝運行環境的全方位多角度在線監測。二是智能網關，能夠發揮通信協議轉換的作用，實現電纜溝現場智能監測終端和遠程服務器之間的數據通信和交互，并且各個智能網關之間可以自行開展網絡通信組網[3]。三是遠程服務器及客戶端系統，通過客戶端，可以實時展示電纜溝的運行狀態，包括預警信息及故障點的具體位置等，從而高效對電纜溝進行監管，圖1為電纜溝代運維系統的結構。

圖1 電纜溝代運維系統的結構

其中溫度傳感器應能夠采集電纜溝的環境溫度以及電纜線路的運行溫度等，這樣能夠評估電纜線路發生火災的風險，也能夠用來判斷電纜溝中的通風情況是否良好。但電纜溝內是否發生了火災，還需要結合氣體傳感器所采集到的數據，如電纜溝內的一氧化碳氣體含量較高，則代運維系統需要發出火災預警信息。對于水位傳感器，當監測到電纜溝內的水位較高時，則說明電纜線路存在著較大的浸泡或者具備放電風險，需要及時采取措施，從而防患于未然，保證電纜線路的運行安全。通過對上述電纜線路各個運行物理量的監測，基本可以實現全方位保障電纜線路安全穩定運行的目的。

2.2 電纜溝代運維系統中的通信機制

電纜溝代運維系統中傳感器所采集到的數據信息，需要借助通信傳輸系統，才能夠達到遠程服務器中。加強電纜溝代運維系統中通信系統的設計，是保證電纜溝代運維系統實際應用性能的關鍵。在電纜溝代運維系統中，由于不同類型的傳感器設備的數據接口類型不同，需要利用智能網關發揮通信協議轉換的作用，從而實現數據信息的轉換及共享。通信機制是構建電纜溝代運維系統的重要支撐技術，圖2為電纜溝代運維系統中的通信傳輸系統。

圖2 電纜溝代運維系統中的通信傳輸系統

從上圖2的電纜溝代運維系統中的通信傳輸系統中可以看出，傳感器所采集到的數據信息通過終端節點統一傳輸到路由節點，并經過協調器節點再將數據轉發到遠程控制中心中的服務器。經過服務器的分析和處理，就可以發出相關的電纜溝運行狀態的預警信息。同時由于所采用到的是無線通信技術，故在通信的過程中，還應注意網絡信息的安全防護，保證不出現信息數據泄露的情況。可以配置類似于防火墻等網絡安全防護設備，限制非法的網絡訪問行為。

上述通信傳輸系統在應用的過程中，應合理選擇和通信傳輸頻率，其和通信傳輸距離密切相關。如果所選的通信頻率較高，則可以設置的傳輸距離就較大。上述終端節點、路由節點以及協調節點，需要進行合理的布局設計，才能夠在保證通信系統運行暢通的前提下，降低電纜溝代運維系統的建設成本[4]。為此可以采用人工智能技術進行優化布局，以下進行詳細的分析和介紹[4]。

3 人工智能技術在電纜溝代運維系統中的應用

3.1 人工智能遺傳神經網絡技術在優化監控終端布局中的應用

由于電纜溝的實際長度較長，為了能夠對電纜溝全程進行監測，需要布置較多的監測終端，如何對眾多的電纜溝監測終端設備進行優化布局，是構建電纜溝代運維系統中的關鍵技術。人工智能遺傳神經網絡技術的算法基礎是神經科學，能夠通過模擬人腦的思維模式，對數據信息進行綜合處理和分析，廣泛用于優化計算領域中。應用神經網絡進行優化計算時，需要經過多次迭代計算，才能夠得到最終的優化計算結果。同時還應設置合理的收斂指標，保證在迭代計算的過程中，既不會出現迭代次數過多的情況，也不會出現因為迭代次數較少，導致所得到的解不是最優解的情況。電纜溝監測終端經過遺傳神經網絡算法的優化之后，一般是每隔十五米的距離就設置一個監測終端點，這樣既能夠滿足監測應用的要求，也不會顯得終端設置冗余。同時這樣還能夠充分發揮協調器節點的作用，在實際應用中也取得了較好的效果。如果所設置的監測終端節點過多，則會增加電纜溝代運維系統的投資成本，故通過優化監控終端，也能夠取得較高的經濟效益。

3.2 人工智能技術在電纜溝監測預警中的應用

利用人工智能技術，可以判斷出電纜溝的異常運行情況。首先可以在局放傳感器中采用神經網絡技術，對電纜線路中的微小放電電流進行采集捕捉，當放電電流值超過了所設定的閾值，則說明該電纜線路可能發生了漏電情況，從而避免電纜線路發生導電事故。其次利用人工智能中的溫度成像技術，對電纜溝內的溫度異常點進行辨識，實現電纜溝內溫度信息的可視化分析，當滿足溫度異常判據時，則發出火災預警信息。同時利用溫度成像技術，能夠對電纜溝內是否出現了入侵情況進行探測，從而可以對電纜溝的非法入侵及時采取主動防御技術措施。但以加強對物體辨識算法的設計，保證電纜溝代運維裝置不會出現誤發告警的情況。同時通過采用電纜溝代運維系統，能夠實現對電纜溝的精準運維和故障的靈活定位[6]。由于電纜溝的異常運行信息發布較為及時，故能夠降低電纜線路發生事故的概率，提升電纜線路運行的安全性，在電纜溝的運維中具有較高的工程實際應用價值。

4 結語

本文系統分析了電纜溝代運維系統的實現原理，以及人工智能在電纜溝代運維系統開發中的應用。通過采用電纜溝代運維裝置，可以有效降低電力企業在電纜線路運維中所投入的成本，同時在技術發展上也解決了電纜溝井中非法入侵及時告警的技術難題，可以在實際的電纜線路運維中加以應用。