泛在电力物联网背景下的检修公司智能运检体系发展策略研究

郭 嵘，郑 鑫，汪 昱

（国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京211100）

0 引言

近年来，国家大力推动智能技术与产业融合，先后印发《中国制造2025》《新一代人工智能发展规划》，并在2019年政府两会提出要拓展“智能+”。国网公司提出“建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业”的战略目标，推动电网运检领域的管理方式不断变革发展，逐步开展物联网、移动作业、立体巡检、大数据分析、人工智能图像识别等技术的研究和应用，部署省级检修公司运检管控中心，构建智能运检体系，提升电网运检效率效益。但设备管理业务模式与电网规模快速增长不相适应的矛盾依然存在，设备状态感知能力不足、数据及知识应用效率不高、辅助决策能力不强等问题仍需要进一步解决。结合物联网技术，将现有电力系统建设成泛在电力物联网，成为未来电力能源体系的发展趋势。

泛在电力物联网的提出将从根本上转变电力系统的生产运行模式，通过融合传感、通信、计算、安全等多种关键技术，加强电力系统设备信息交互、人物信息交互，实现设备状态实时感知、管理决策智能辅助，保障能源生产与消耗的实时平衡和电网的经济安全运行［1-2］。当前，泛在电力物联网建设的外部环境、技术储备已基本成熟，如何根据不同设备的特点，设计不同的物联网路线，从而实现经济和技术的平衡是泛在电力物联网建设工作的重点［3］，也是电力企业转型发展的关键。

本文在当前智能运检体系建设的基础上，以国网江苏省检修公司（以下简称“检修公司”）为研究对象，剖析检修公司当前在智能运检领域存在的优势、劣势、机会和威胁，基于SWOT 分析和QSPM 矩阵分析方法，提出能源互联网背景下智能运检体系建设新时期的发展策略，针对性构建适应检修公司发展的智能运检体系，并从设备感知、业务场景、管理模式、技术研发四个维度给出“智能+”转型升级路径，为电力检修企业设备管理专业智能化转型和创新发展提供参考。

1 智能运检体系及其发展现状

1.1 智能运检的内涵与特征

智能运检是以“大云物移”现代信息技术与电网技术融合为技术支撑，以电网运检智能化分析管控系统（以下简称“管控系统”）为大数据分析及业务管控平台，以智能运检管控中心（以下简称“管控中心”）为组织枢纽，集信息汇集、过程管控、预警研判、指挥协调功能于一体，实现设备状态及环境智能感知、风险主动预测预警及辅助诊断决策、运检管理集约穿透及资源大范围配置的电网运检体系［4-5］。其主要特征是：设备状态全景化、数据分析智能化、生产指挥集约化、运检管理精益化。智能运检以九大典型技术领域为重点，以设备、通道、运维、检修和生产管理智能化为途径，全面提升设备状态管控力和运检管理穿透力，以适应电网发展及体制变革需求。

1.2 智能运检体系的发展现状

国家电网有限公司开展智能运检体系建设以来，逐步推动数据驱动运检业务创新发展和效率提升。

在顶层设计方面，陆续出台了智能运检技术发展规划、智能运检白皮书和智能运检体系建设方案，明确了智能运检体系框架和实施路径。

在平台建设方面，基于国网大数据平台，研发电网运检智能化管控系统［4］，实现PMS2.0、调度SCADA、覆冰、雷电等14 套系统数据的融合分析，总部系统上线以后，基于微应用框架开展省公司版本管控系统研发，建立了27家省检修公司运检管控中心。

在技术研发方面，智能化设备的研究和应用已具备一定基础［6-7］，物联网、大数据分析、人工智能图像识别等技术研究持续深入［8-10］，RFID、二维码、智能芯片等智能识别技术，各类设备状态传感器、智能穿戴、移动终端，直升机、无人机和巡检机器人等智能巡检装备陆续推广应用［11-14］，智能技术与运检业务实现了试点融合应用。

2 检修公司智能运检业务发展策略分析

2.1 外部环境分析

2.1.1 机会分析

1）政策环境变化指明发展新方向

国家层面，随着《中国制造2025》《新一代人工智能发展规划》等政策出台，大数据、云计算、物联网、人工智能、5G、边缘计算等新技术的广泛应用推动了工业领域生产模式变革和生产效率的大幅提升，为传统制造业转型升级赋能，我国电工装备制造产业和电网运检技术创新将迎来新一轮发展浪潮［15-16］。地区层面，江苏省发布了《智慧江苏建设三年行动计划》，为建设“强富美高”新江苏提供支撑，智慧发展趋势势在必行。这些因素表明智能技术领域政策环境利好，为检修公司智能运检业务提供了方向和窗口。

2）新技术蓬勃发展提供基础支撑

随着泛在电力物联网的研究与实践，以机器学习和深度学习为代表的大数据及人工智能技术等数据知识挖掘技术得到了广泛应用与发展［1］。这些新兴的信息通信技术（ICT）从不同角度——计算、分析、储存和处理等全面支撑泛在电力物联网［2］，也为电网运检带来新的发展机遇。智能技术在电网各专业领域的应用也不断扩展，已初步涵盖电网隐患故障预测、电力负荷预测、大电网调度模拟、智能巡检等多个方面，应用经验持续积累［17-20］。上述因素为检修公司运检管理转型升级提供了有力的技术支撑。

2.1.2 威胁分析

1）改革经济发展对管理效率提出新要求

当前，江苏省经济发展飞速，呈现总体平稳、稳中有进、稳中向好的发展态势，而电力供应紧平衡的态势仍然存在，确保电网安全稳定运行、提高大范围优化配置能力仍然是基本要求。与此同时，电力体制改革不断深入，公司人工成本管控更为严格，通过增机构、增人员来解决用工需求的方式已不能适应新的发展要求［21］，电网规模增长与运检人员配置的矛盾日益突出，运检管理信息化建设、业务智能化转变迫在眉睫。

2）能源结构转型加大电网运行风险

随着经济社会发展，用户对电能服务的主要诉求已转化为低碳、廉价、高效的能源供应与服务，能源结构问题成为亟待解决的重点问题，新能源、分布式能源、储能、交互式用能设施等大规模并网逐步推进。与此同时，电网复杂和耦合程度不断增加，特高压交直流混联电网初步形成，检修公司管辖设备多、地域分布广、异地管控难度大的形势愈加严峻，对于提升抗风险能力，全力保障辖区内电网及设备安全稳定运行提出了更高的要求［22-25］。

2.2 内部环境分析

2.2.1 优势分析

1）硬件装备方面，检修公司已在国网系统内率先部署了低功耗温度传感器、杆塔倾斜传感器、导线电流及温度传感器、微气象传感器、智能锁具等多种新型传感装置；首次应用光纤传感技术，实现GIL管廊状态的分布式、高精度感知测量；不断拓展远程视频监控及图像监拍、无人机自动巡检、智能巡检机器人等新型感知手段［26］；部署了电力设备标签，试点建设东善桥、斗山、木渎站4G无线专网，感知装备技术先进，感知手段丰富，电力设备物联网已具备基础条件。

2）软件平台方面，统一部署省级智能运检管控系统且基础功能较为完善，自主开发输电智能运检管控平台并持续完善，集中化与专业化相结合，自主开发能力较强。平台横向贯通了多个生产作业系统，借助大数据分析技术，可实现部分变电设备状态智能研判和主动预警功能，为高智能化分析奠定了良好基础。

3）管理体系方面，在江苏省检智能运检管控中心基础上，率先以徐州、盐城运维站为试点，拓展建设运维站层面分中心，“公司本部-运维站-班组”的三级指挥管理体系初步成型，生产资源配置效率显著提升。

4）技术方面，研发了无人机智能移动机场、驻塔式巡检机器人、激光异物清除器等新型智能化装备，具备一定的技术研发能力。近年来，检修公司陆续承担了华东地区乃至全国具有首创性、示范性和较大影响力的重点项目以及先进设备的运检管理工作，如500 kV UPFC、苏通GIL 管廊、调相机、STATCOM 等，为先进技术的研发和储备提供了有力支撑。

2.2.2 劣势分析

1）感知水平方面，传感器的应用范围覆盖不全，在取能上存在不可靠、不稳定问题，设备状态获取精度不够，且尚无国网统一的微功耗无线通信标准，关键技术与标准体系仍然有待完善。

2）数据处理和应用方面，设备基础数据质量参差不齐，业务系统间仍存在数据壁垒，共享性、开放性不足；数据分析决策模型不够成熟，海量数据价值未得到深入挖掘，还不足以支撑实际业务应用。

3）现场作业应用方面，无人机、机器人等智能化手段存在覆盖范围不全、应用深度不够、功能相对单一、协同互补不足的问题，不能满足大范围、多场景、高精度的运检需求。随着苏州换流站、苏通GIL管廊、白鹤滩直流工程等新业务的扩充，运检作业智能化应用将面临更高要求。

4）管理体系方面，尚未形成系统科学的配套运行管理机制，基层班组管控力不足，智能运检管控中心与各专业的协同关系有待强化，相关工作职责、工作流程需要进一步明确，支撑指挥决策高效执行。

5）技术研发方面，前沿技术如机器学习、图像识别、知识图谱等研发不足，成熟技术如大数据、物联网、移动互联、云计算等在实际业务中的集成应用不足。随着特高压建设运行，新投运设备性能不稳定、运维难度增加等问题将逐步显现，技术支撑能力有待进一步提升。

2.3 策略选择

2.3.1 SWOT分析

SWOT 分析法是聚焦目标对象的既定条件，对影响其发展的各种客观因素进行解析，通过优势（Strengths）、劣势（Weaknesses）、机会（Opportunities）、威胁（Threats）四个方面进行匹配，从而发现自身的发展能力的一种有效工具［27］。本文基于对检修公司智能运检业务的内外部环境分析结果，比较国家电网公司在该领域的工作要求以及试点建设情况，得到4 种组合策略。

1）SO策略：增长策略。充分把握外部环境中存在的机遇，有效利用自身具备的优势。①把握国家政策红利，扩大先进智能化装备的覆盖范围，提高智能化水平；②充分借助先进科学技术成果，进一步加强智能运检技术的研发和应用，扩大自身优势。③依托当前建设成果，着力打造电力设备物联网，为智能化转型提供基础；④以高影响力的重点项目实施为载体，加强智能运检试点建设，挖掘并积累建设经验。

2）WO 策略：稳定策略。充分把握外部环境中存在的机遇，注重弥补自身存在劣势。①加强新装备引进和技术升级，提高当前设备感知水平，逐步扩大应用范围；②借助新技术发展趋势，加强大数据分析技术研究，提高数据质量，提高辅助决策能力，同时加强技术储备；③进一步挖掘智能化作业场景，实现智能技术与运检业务的深度融合，并完善配套管理机制。

3）ST策略：多元化策略。规避外部环境中存在的威胁，有效利用自身具备的优势。①利用先进感知手段和平台优势，加强危险源和隐患的风险识别和预警，强化安全质量提升；②进一步优化智能运检管理体系，提高资源配置效率，解决人员效率瓶颈。

4）WT 策略：紧缩策略。规避外部环境中存在的威胁，注重弥补自身的劣势。①强化技术研发和储备，提高应用水平，防范设备运行风险；②强化人财物基础管理，建立健全管理体系运行常态化机制，提高人力资源管理效率。

通过SWOT分析，可组合采用适当的应对策略，使检修公司在智能运检体系的建设过程中发挥优势、转变劣势、把握机会、规避威胁，进一步推动智能运检技术与运检作业的嵌入融合和应用拓展，提升运检智能化水平，支撑新一代电力系统安全、稳定运行。

2.3.2 QSPM矩阵分析

以前述分析为基础，通过定量战略计划矩阵（QSPM矩阵）的方法对检修公司智能运检体系发展策略的选择与制定进行定量的研究和探讨。第一步，构建外部因素评价矩阵（EFE矩阵）和内部因素评价矩阵（IFE 矩阵），将影响智能运检体系建设的关键因素综合列出，并采用德尔菲法确定各因素权重。第二步，根据SWOT 分析矩阵所确定的四种备选策略方案，为各关键因素对四种策略的吸引力进行打分（记为AS）：首先确认各因素对战略选择是否有影响，如果答案为“否”，则表示该因素对该策略的选择没有影响，不进行评分；如果答案为“是”，则数值1 表示备选方案不可行、数值2表示该策略方案勉强可行、数值3代表该策略方案有相当吸引力、数值4 代表该策略方案最受欢迎。第三步，计算策略方案对应于各要素的加权吸引力得分值总和，按照得分大小确定适合公司的发展策略［28］，分值越高，说明该战略越有吸引力，则选择实施该战略。具体结果见表1。

表1 检修公司智能运检体系QSPM矩阵分析结果表Table 1 QSPM matrix analysis results of intelligent transportation inspection system of maintenance company

通过QSPM 矩阵分析结果可知，在综合考虑检修公司智能运检业务外部环境和内部条件的基础上，其备选策略增长型、稳定型、多元化和紧缩型得分分别为：3.16，2.92，2.5，2.27，增长型策略得分最高，说明检修公司智能运检业务应该采取增长型发展策略为主，稳定型、多元化和紧缩型策略为辅的方式，充分把握外部环境机遇，利用自身优势，弥补现有不足，规避可能的威胁，促进智能运检体系持续健康发展。

3 检修公司智能运检体系构建

对检修公司智能运检业务现状进行评价和认识，然后根据QSPM 矩阵分析结果，按照增长型策略的实施路径，把握外部机遇，发挥核心优势，制定适应检修公司业务发展的智能运检体系。

3.1 体系框架

针对检修公司业务范畴，以输变电和特高压运检业务为核心，把握当前技术前沿和热点，以泛在电力物联网为基础，以大数据、人工智能等技术为驱动，以优化完善管理体系为抓手，构建感知泛在、应用灵活、管理高效、技术领先的智能运检体系，实现设备智联、业务智慧、管理智策、技术智育，推动运检管理向数字化、网络化、智能化发展变革。

1）设备智联：以电力设备物联网建设为核心，综合利用各类智能技术装备及手段，全面感知设备状态和环境要素，实现泛在开放互联。

2）业务智慧：以大数据分析、人工智能等技术为依托，针对各类业务场景，深度挖掘数据价值，优化运检作业模式，实现运检效率提升。

3）管理智策：以智能辅助决策为重点，优化指挥管理机制，搭建开放统一的管控平台，推进全业务数据融合共享，强化标准规范建设，实现智能精准决策。

4）技术智育：以先进智能化技术研发为突破点，强化“大云物移智”等现代信息和通信技术与运检业务深度融合，大力培育技术核心竞争力。

图1 检修公司智能运检体系框架Fig.1 Intelligent transportation and inspection system framework of maintenance company

3.2 实施路径

3.2.1 构建泛在智联的感知网络

智能传感是泛在电力物联网感知层的核心基础技术［1］。智能运检的感知对象包括各类运检设备及其环境，因此从设备和环境两个维度出发，加强智能化传感器部署，搭建传感网络，实现全状态量的精准感知，深入推进泛在电力物联网建设。

1）系统梳理输电、变电、特高压各类主辅设备及其所需状态参数，按照重要性程度、设备运行年限、特殊环境等不同条件，对各类设备分别加装新型传感器，加强微功率低功耗传感器和在线监测装置的使用，提高整体装置覆盖率、在线率，提高监测数据准确性。

2）针对输电通道、变电站环境以及特高压管廊等外部环境，结合其地理位置、气象环境，规模化安装具备边缘计算能力的智能可视化装置，部署环境微气象传感器，利用无人机、北斗、GPS 定位技术以及智能巡检机器人、人员精确定位等智能化装置开展动态监测，实现运检业务信息全面立体感知。

3）利用在线监测子站智能接入各类在线监测装置，实现数据采集、分析、存储功能，对站内在线监测系统进行统一管理。

3.2.2 打造灵活便捷的业务场景

从业务实际需求和管理薄弱点出发，重点加强大数据和人工智能技术在数据分析决策以及现场作业方面的场景构建和应用实践，以提升运检效率效益。场景的构建可从“数据”和“现场”两个方面进行挖掘。

1）“数据”方面，针对现有数据质量和应用效果，收集海量设备数据和业务案例，构建标准化、智能化的典型故障知识库；综合利用大数据分析、图像识别、云计算等智能技术手段，依托管控系统或其他具备分析诊断功能的系统和平台，深挖数据价值，按照不同设备类型、故障类型以及可实现功能分别构建数据分析决策场景，主要用于对设备健康情况和故障问题进行主动侦测和诊断，提前应对外部环境变化，如通道自然灾害、外破隐患识别、变电站运行环境危险源诊断等，实现事前管理。

2）“现场”方面，围绕输电、变电、特高压各专业运检作业，探索各项新技术与现有作业方式的结合点，进行优化提升，构建全新的作业场景，利用智能化技术提升现场作业的全过程管控能力。具体包括以下几类典型场景：①综合利用无人机、直升机和机器人，实现输电线路空天地立体巡检；②协同智能感知体系、电力专网、后台分析监控系统和智能作业装备，实现变电运行联动式智能巡检；③依托特定环境监测装备和特殊设备辅助分析决策平台的研发，实现特高压设备智能化巡检；④借助辅助移动巡检系统、智能移动终端和智能穿戴设备，拓展移动作业应用范围。

3.2.3 建立高效协同的管理模式

智能运检体系注重协同发展、开放共享，因此在管理模式上要更加重视统筹内外部资源，加强产业合作，积极互补优势资源，形成开放共享的良好生态。管理模式的构建主要包括3个方面：组织机构设置、制度标准建立、管控平台搭建。

1）组织机构方面，加强班组层面分中心建设，全面构筑“公司本部-运维站-班组”全面贯通、高效穿透的三级指挥管理机构，强化决策管理机构和管控中心架构的刚性设计；拓展建设“智慧工区”及“智能运检班组”，增强末端运检组织及技术支撑机构的协同运行；推动全业务信息交互及决策执行“0 阻力”，实现基层一线、智能运检管控中心及公司各生产部门之间的纵向联动，与公司运检部、安监部各生产部门之间的专业协同。

2）制度标准方面，结合智能化监测和巡检装备的推广应用，健全智能运检管理制度和标准，规范设备使用和巡检要求，推广少人巡检和精准检修，突出智能化方向引导。同时，加强智能运检管控中心规范化建设，支撑智能运检体系规范化运行。

3）管控平台方面，在公司层面拓展智能运检管控系统功能应用，在设备层面搭建分类设备管控平台，在业务层面加快专业管控平台建设，利用开放统一的管控平台提高数据管理能力和服务能力。一方面强化基础数据治理，加强数据中心建设，另一方面全面汇集运检数据，针对不同业务或设备，差异化进行高级分析应用并提供数据交互接口，辅助运检管理决策。

3.2.4 增强先进实用的技术储备

强化技术引领作用，提高研发能力和技术水平，推动新技术与智能运检体系建设的深度嵌入融合与应用拓展，严格保证设备与装置的安全性和可靠性，支撑大电网安全稳定运行。

1）以当前智能运检技术为基础，加强典型智能技术攻关，如高精度、高可靠性、功能更完善的输电线路智能巡检装备、变电站智能设备及系统、智能机器人等，不断对现有感知装备及现场作业进行完善提升，进一步提高智能化水平。

2）聚焦前沿技术和远期发展趋势，前瞻性开展新技术研发和探索，如加强运检作业多风险智能防控，创新基于AR的智能运检作业方式，探索人脸识别、语音交互、现实增强、大数据分析、5G 通信等技术在巡视、检测、检修现场融合应用等。逐步开展各项新技术应用研究、装备研发和试验。

3）加大技术研发投入力度，充分发挥科研机构、国内外知名企业、高校等合作伙伴在技术研发、设备研制、专业知识等方面的整体优势，加大与产业链上下游企业及科研机构的合作交流，加强技术储备，提高自主创新能力和技术支撑能力。

4 结语

智能运检体系的建设是一个长期和动态的过程，随着国家政策、技术革新以及公司战略目标的发展变化，在不同时期有着不同的内涵和重点。在泛在电力物联网的背景下，人工智能、物联网技术、机器人等产业将面临大规模增长，因此如何综合利用各类电网设备智能化巡视手段和装备，有效融合智能分析决策技术，最大程度地发挥辅助决策能力，逐步减少人工巡视直至完全改变传统巡检方式，是近期和将来一段时间内智能运检领域需要解决的关键性问题。不同企业要因地制宜地制定符合自身业务特性的智能运检体系建设策略，具体结论如下：

1）提出了一种定性与定量相结合的策略制定方法，首先利用SWOT分析，系统识别企业在该领域所处的内外部环境，剖析自身存在的优势和劣势，结合外部影响因素，形成一系列备选的策略方案；再利用定量战略计划矩阵（QSPM矩阵）对各项备选策略进行定量的评价和计算，进而得到增长策略为最适合智能运检的策略。

2）按照增长策略的发展路径，以江苏省检修公司为例，结合泛在电力物联网技术，针对性制定了智能运检体系框架，从设备感知、业务场景、管理模式、技术研发四个维度出发给出具体建设路径，一是利用智能设备和物联网构建泛在感知网络，全面汇集设备信息；二是深度结合人工智能技术，围绕检修公司运检业务，充分挖掘场景应用；三是依托集中化与专业化相结合的系统平台，建立开放共享的管理模式；四是加强技术研发投入力度，提高核心技术能力。通过技术先行、应用牵引、管理提升，打造创新优势，实现智能运检体系的可持续发展。