变电站电缆沟代运维系统的开发及应用

2022-03-26周小娜章忠谢旭峰周宇翔杨佳欣

电子元器件与信息技术 2022年1期

周小娜，章忠，谢旭峰，周宇翔，杨佳欣

（国网浙江省电力有限公司泰顺县供电公司，浙江泰顺 325500）

0 引言

随着电网智能化程度的提高，在电力系统中采用了很多信息化设备，以保证电网智能化功能的实现，这也使得变电站电缆沟中的线缆数量得到了增加，给变电站运维人员带来了较大的运维工作量。由于电缆沟上面覆盖了一层水泥盖板，使得对电缆沟内部情况的监测相对不足，一旦电缆沟中的线缆因小动物啃咬而出现了破坏，则可能会导致变电站的重要业务中断。为此应加强对变电站电缆沟的监测，一旦电缆沟中有小动物入侵，应及时发出报警信息，提高电缆沟的主动防御水平[1]。本文首先分析了人工智能技术的应用现状，之后阐述了具体的基于人工智能的电缆沟代运维系统的开发原理及装置的应用情况，对于提高变电站电缆沟的智能巡检技术水平具有一定的价值。

1 电缆沟的运维现状

在变电站的主控室中，各个屏柜中放置了很多电力二次设备，各台设备相互之间要实现网络通信，需要借助光纤或者网线。同时电力二次设备和位于户外的智能终端或合并单元之间的通信还需要借助电缆，这些光纤、网线以及电缆都是位于电缆沟中。由于电缆沟中的空间有限，并且也放置了较多的电缆以及网线，变电站运维人员在日常的运维中，不会对电缆沟的内部情况进行过多的巡视。一般都是当变电站中的业务出现了问题时，才会将电缆沟上的盖板掀开，对电缆沟内的线缆连接情况进行排查[2]。

这种运维方式较为被动，并且等到电缆沟出现故障后，已经对电网的生产运行产生了一定的影响。如果是连接保护装置的光纤出现了断裂，则会使得保护装置失效而无法使用，造成严重缺陷。为此可以采用电缆沟代运维系统，当装置监测到电缆沟出现了小动物非法入侵行为时，可以发出报警信息，从而使得对电缆沟的运维变得主动化。通过应用电缆沟代运维系统，可以有效提高变电站中设备运行的可靠性，保证电力生产业务不轻易发生中断的情况。

2 基于人工智能的电缆沟代运维系统的开发

在基于人工智能的电缆沟代运维系统中，主要包括了电缆沟监控终端、现场主机和监控平台服务器等三个主要组成部分。在电缆沟代运维系统开发中，可以利用人工智能技术，构建现场主机系统，通过现场主机，能够和布置在电缆沟中的监控终端之间相互通信，并对数据进行判断[3]。当发现电缆沟中存在小动物入侵等异常情况时，则可以发送报警信息给监控管理平台，同时平台还可以对产生警报的位置进行查询，从而快速定位到异常的具体位置，以下详细分析电缆沟代运维监控终端的硬件结构，以及电缆沟代运维系统中的现场主机控制系统等内容。

2.1 电缆沟代运维监控终端的硬件结构

虽然对于变电站电缆沟上的各个孔洞，都采用了封堵泥进行了封堵，但小动物依然容易入侵到电缆沟内，并且电缆沟也是变电站小动物入侵的重灾区。在电缆沟的智能化代运维监控终端中，需要使用到信号处理技术、传感器技术等，尤其是振动传感器，以便能够及时检测到小动物的入侵情况。在电缆沟代运维监控终端的开发中，首先需要对监控终端的硬件结构进行设计，可以采用模块化的硬件系统设计思想，系统中的每一个功能分别由不同的功能模块加以实现。图1为电缆沟代运维监控终端的硬件结构。

图1 电缆沟代运维监控终端的硬件结构

从图1中的电缆沟代运维监控终端的硬件结构中可以看出，在该监控终端中起关键作用的是微控制器，通过将传感器采集到的数据进行分析，输出控制策略，经过功率放大之后，发出报警信息。电缆沟代运维监控终端在通信方式上，可以选择无线通信方式，使传感器设备和现场的主机设备相互之间实现通信和数据共享。同时还应该采取传感器，用来采集电缆沟外的情况，以便多个角度来判断是否有小动物入侵[4]。同时在电缆沟代运维监控终端开发中，对于装置中所采用到的电子元件，应把好质量关，并考虑到电缆沟现场应用的实际条件，应选择散热性能较好的电子设备，同时还应选择在湿度较高的环境下也能够运行的设备。

同时监控终端应采用多种不同的传感器，首先是采用温度传感器，当采集到的温度数据超过了所设定的范围，则自动发出报警信息。其次是采用局部放电传感器，以便当电缆沟中的设备出现漏电情况时，能够对微小的电流进行采集。再次是采用红外线感应器，以便第一时间发现入侵电缆沟的小动物。如果采集到的图像数据不符合小动物入侵的特征，则应禁止发出警报，为此应加强对小动物入侵数据辨识算法的设计，提高电缆沟代运维系统报警的准确性[5]。

2.2 电缆沟代运维系统中的现场主机控制系统

电缆沟代运维系统主要的分析及控制功能，都需要依靠现场主机实现，利用人工智能技术，可以构建现场主机分析控制系统。通过现场主机系统，能够发现电缆沟温度变化、小动物入侵、局部放电、火灾等多种异常情况。其中检测功能主要是通过软件控制系统来实现，加强电缆沟代运维系统中的软件控制系统开发，是保障电缆沟代运维系统实际应用效果的关键。图2为电缆沟代运维系统中的现场主机软件控制系统运行流程图。

图2 电缆沟代运维系统中的软件控制系统运行流程图

从图2的电缆沟代运维系统中的软件控制系统运行流程图中可知，首先是现场主机程序判断电缆沟是否出现了入侵信号，如果是入侵信号再接着判断该信号是否为干扰信号。如果不是干扰信号，并且满足告警条件，如温度、局部放电电流值等达到了告警的阈值，就可以启动告警模块，发出异常运行信息的告警，并且继续进行电缆沟的监测。如果软件控制系统在运行的过程中，收到了一些干扰信号，则应忽略而不启动告警模块，防止出现误告警或者是乱告警的情况发生，保证告警信息采集及上送的准确性[6]。

3 电缆沟代运维系统的应用

在目前的电缆沟运维中，也存在着当小动物入侵时，没有及时发出告警的运维技术难题。通过应用电缆沟代运维装置，可以实现电缆沟视频监测和灯光联动，一旦电缆沟中出现了小动物入侵，则通过电缆沟代运维装置中的视频分析技术，发出相关的声音及灯光等告警信息，驱赶小动物离开电缆沟，实现电缆沟的主动防御功能，保证电缆沟中的各类线缆不会受到小动物的啃咬而损坏。在变电站电缆沟视频监测中，可以结合远红外成像技术，确定电缆沟中是否是出现了非法入侵行为[7]。

电缆沟代运维系统在使用的过程中，由于电缆沟的内部情况相对较为复杂，既有平直段、也有弯曲段，无论是哪种电缆沟段，都应该保证系统的通信正常。同时对于电缆沟中的监控终端的布置，应根据人工智能中的神经网络技术，对监控终端进行合理的优化布局，一般在每十五米的距离上就需要设置一个监控终端，这样就可以取得较好的应用效果。各个监控终端在通信的过程中，除了需要使用路由器之外，还需要使用到协调器，保证通信数据信息能够可靠传送。同时利用人工智能技术构建的电缆沟代运维系统，还具有电缆沟火灾报警的功能，借助温度成像技术，对电缆沟中的温度异常点进行可靠的辨识。一旦发现电缆沟中某个点的温度达到了可能发生火灾的阈值时，则应发出火灾预警信息。今后随着人工智能技术水平的提高，电缆沟代运维系统的智能化功能也将更加完善，对辨识电缆沟中的异常运行情况也更为灵敏，更好地保障电缆沟的可靠运行。