人工智能与大数据在变电领域的实践与运用

杨 华，林先堪，廖柏程

（贵州电网有限责任公司铜仁供电局，贵州铜仁 554300）

自南方电网公司提出将在2030 年前基本建成新型电力系统的目标后，建设新型电力系统的最终落点是切实增强用户的获得感、幸福感和安全感，完善的新型基础配套设施是新型电力系统的重要内容。

铜仁供电局220 kV 太平变电站于2001 年10 月13 日投入运行，自2018 年作为贵州电网智能化示范站，启动数字化转型建设工作。

1.1 改造原则

太平变电站的改造原则遵循系统性、经济性、可靠性。

（1）系统性体现在梳理站端系统应用场景，巡视、操作、安全逐一梳理人工任务，系统考虑“机器替人”的本质和实现手段；
事件驱动、自动引发巡视、操作、安全管控等工作流程。如工作票确认后自动驱动电子围栏生成、人员资质核查、资源调度准备、箱柜开锁等后续工作。

（2）经济性体现在充分利旧，全站摄像头可预设多点位，支持行为识别、刀闸分合识别、表计识别等多功能需要；
边缘计算支持站端和运维中心对设备状态的预判及处理，减少生产指挥中心信息处理压力，提高效率。

（3）可靠性体现在把好入口关，对各类传感器、智能终端进行技术把关和品质控制，对平台进行等保、安评等测试；
把好运维关，将对照现有运行规程，加减运行维护的工作内容，明确对智能终端的维护标准、责任和规程，进一步推动管理创新。

1.2 实现的功能

经过太平变电站一期数字化改造后，基本上建成变电站智能巡视、智能操作、智能安全功能（图1）。

图1 数字变电技术路线

（1）智能巡视方面，搭建了变电站智能巡视系统，研发了变电站智能巡视系统刀闸识别模块。2020 年通过系统巡视进行77 931 点次，其中：系统发现紧急告警2 次，严重告警5次，一般告警8 次，无效告警3550 点次。

（2）智能操作方面，研发了智能巡视系统刀闸识别模块、调控系统程序化操作模块，前者用于SCADA（Upervisory ControI And Data AcquiSition System，数据采集与监视控制系统）、开关刀闸视频识别，倒闸操作多源复核，但实际使用中刀闸识别率较低；
后者则实现了出线及主变运行至冷备用。

（3）智能安全方面，搭建了门禁管理系统和箱柜安全系统：前者用于变电站大门的人员及车牌认证识别，全站所有功能室的人脸门禁识别；
后者则用于站内所有端子箱的锁具安全管控及箱柜门状态监控。

人工智能与大数据在太平变电站的应用和实践主要通过变电站的智能化改造及搭建运行支持平台实现。基于变电站设备设施信息建模技术，搭建太平变电站站端信息数据平台，面向设备，将巡视监测、检修作业、视频图像识别等智能子系统以及SCADA、PMS（Production Management System，生产管理系统）等多源数据的叠加和空间位置的对应，实现变电站的物理形态数字化、状态数据可视化、运维决策智能化。实现变电运行基础运维业务的智能替代，以友好、高效的人机交互界面，支持智能变电站智能巡视、智能操作、智能安全等功能，强化设备的管控力和管理的穿透力，降低设备及人员的成本与风险，保障电网安全稳定运行。

2.1 巡视

太平变电站运行支持平台的智能巡视模块建设，结合人工智能和大数据技术，主要实现3 个功能，分别为设备状态评估、巡视策略生成和优化。

（1）利用图像识别技术，识别站内设备当前状态（刀闸、表计、外观生锈、移位情况等），结合设备缺陷、潮流信息、温湿度等多源数据进行综合分析，变更设备运维等级和设备风险实时评估。

（2）根据设备最新的运维等级和风险评估，在保供电或雷雨大风天气等多场景结合下，进行数据分析出最优巡视策略，生成相应的巡视路线。

（3）根据巡视策略进行巡视，巡视结果结合历史记录，进行趋势分析，分析结果同时也反馈给服务器用于大数据分析，生成新的巡视策略，实现不间断“分析—运维巡视—分析”，周而复始，最终实现变电稳定运行。

2.2 操作

太平变电站运行支持平台的智能操作模块建设，主要是应用于调度人员程序化操作多元辅助判别，现场无人化替代。以太备线断电操作为例，当调度下发操作令，自动形成具体操作流程，每一步进行时对应设备所绑定的摄像头将瞄准设备，全程监控录像，操作后拍摄图片，通过图像分析技术，识别设备状态是否与操作流程相符，并将结果通过反向隔离装置传至调度，作为调度作二次判断的依据。基于B/S 架构，可通过调控端的其他屏幕提取视频及观看设备状态。通过一次接线图和多项遥测信息进行多元辅助判断。

变电站中所有刀闸的状态可通过两种方式获得，一是AI（Artificial Intelligence，人工智能）识别，二是基于传感器的在线监测，两者的识别结果应该相同。如果AI 识别结果与在线监测结果不匹配，则会产生告警，并通知运维人员。AI 识别结果与在线监测结果的匹配程度越高，说明AI 识别的准确率越大。通过大量采集刀闸的历史操作记录以及数据分析、模型训练，不断提高AI 识别的准确率。

2.3 安全

变电站的安全运行是电力系统正常运行的保障，主要涉及3 个方面的因素。

（1）变电设备。变电站的的设备处于长期运行状态，需要定时检查和维护，保障设备的可靠性。

（2）变电设备的操作。变电站的运行过程中，操作人员的失误不仅会对其自身造成危险，也会对变电设备造成损害，更严重的会影响电力系统的安全性。

（3）运行管理问题和规范问题，变电站的管理和规范是变电站安全运行的保障。

智能变电站的实践与应用，需要从以上3 个方面考虑变电站的安全。太平变电站，不仅可以通过智能巡视、设备可视化模型和机器人巡视来保障设备安全，还可以通过系统信号、图像识别等技术对变电站的设备操作进行无人化操作。

在变电站的运行管理和规范问题方面，太平站智能变电站的建设在原有的基础上，通过增加消防分析设备、消防系统联动报警设备、吊装式多目视频采集装置、边缘计算图像采集终端等智能化设备，用三维模型关联智能五防系统、北斗定位系统、两票系统、门禁系统、视频系统等，结合人工智能算法，以达到对变电站作业全过程的安全合规性智能管理的目的。

太平变电站运行支持平台的智能安全模块建设，在人员管理和规范操作上分为4 个方面，分别是资质检查、安措检查、作业管控和消防管控。其中资质检查可以对进站人员的资质进行核查，还有工作人员的数量、工作区域作业人员核查。安措检查可以对工作前需要的设备状态，接线情况还有工作地点的遮拦等方面安全措施进行检查，确定工作区域、设置电子围栏。作业管控可以对工作人员作业过程中的安全设备穿戴情况、擅自变更设备检修状态情况、擅自移动安全标示牌、非工作区域停留或作业等各类不安全行为进行实时监控和告警，并且可以对作业区域进行风险评估和告警。

3.1 智能巡视

太平变电站加装铁芯电流在线监测各3 套、开关柜双光红外装置68 套、机构箱温湿度传感器104 套、红外双光云台8 台、全景摄像头2 台等智能终端，完成智能巡视模块研发。

通过两期智能化建设，充分应用图像识别、大数据分析等技术，实现巡视数据的智能识别、检测分析，各终端数据汇集于运行支持平台中的模型后，通过阈值判断，产生告警事件，并自动关联相关故障计算模型，实现即时监控、回顾历史，趋势分析。除了转为检修维护类的61 项工作任务之外，太平变电站实现275项日常巡维任务、81 项专业巡维任务和138 项动态巡维任务无人化替代，达到100%的巡视无人替代。

各终端数据（微环境、在线监测、摄像头、热成像、机器人等）汇集于智能门户后，可曲线、图标、设备模型可视化等各种展示。通过智能门户方便地设置机器人巡视路线，与机器人视角双向互动。

3.2 智能操作

太平变电站对90 套隔离开关电源、PT 二次、母联断路器开关柜的空开远程控制器进行改造、对8 把10 kVⅡ段8 面开关柜进行电动化改造、对1 把110 kV 备用间隔改造，加装85 台枪机专用于刀闸状态识别、加装127 台监控球机复用智能巡视，并完成智能操作模块研发、调控系统程序化操作模块升级。

通过主变间隔、出线间隔、开关柜、母线、PT 智能操作改造，并且以系统信号、图像识别独立来源信息，结合设备三维模型展示运行到检修之间状态转换程序化操作的镜像对应，提供开关刀闸远程控制与设备位置的多源确认，实现变电站单一电气间隔或跨间隔设备在“运行、热备用、冷备用”3 种状态间的转换，实现变电站倒闸操作无人化替代。

3.3 智能安全

太平变电站加安装消防分析设备1 台、消防系统联动报警设备1 台、吊装式多目视频采集装置4 台、固定高清图像采集终端44 台、联动报警装置1 台、AI 边缘计算图像采集终端19 台、北斗定位终端85 台等智能终端，并完成智能安全模块研发。通过三维模型关联智能五防系统、北斗定位系统、两票系统、门禁系统、视频系统等，利用智能门户进行任意距离测量、吊车进站规划、自动立体电子围栏、现场声光报警、消防联动、作业区域风险评估及告警，对变电站作业全过程进行安全合规性智能管理。作业前对人员、环境等情况核实和交底，作业中人员行为轨迹跟踪、视频追踪、报警联动和消防告警，作业后现场恢复和工作闭环，作业前、中、后全过程智能安全无人化替代。

人工智能与大数据技术在智能变电站的应用和实践效果，主要围绕两个目的：一是解放人力、降低成本、提高效率与规避风险；
二是提高数据质量，更快、更准地发现设备故障或作业安全问题，及时发出告警并形成相应策略。因此，近几年改进方向合理预测会在数据精度提高与数据整合深耕。

（1）图像识别技术不断改进。对画面的采集的精度要求越来越高，需要更高清立体的图像视频。

（2）设备信息不断融合。充分结合人工智能技术，对不同的信息进行提取与融合，实现更精准的问题分析，更全面的结果输出。

（3）与其他自动化设备结合。为了实现数据的高利用率与巡检效率和质量的提高，未来发展趋势会打通所有自动化设备的数据通道，让所有设备数据能够融合并统筹在后台大数据分析中，为结果提供更真实有效的验证，提高结果可信度。

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