输电线路智能运维服务设计与实现

2022-11-15张瑶琳顾良翠

科技创新与应用 2022年32期

张瑶琳，顾良翠

（长春工程学院，长春 130000）

输电线路在传输电力方面至关重要，输电线路长度逐年增长，因为各种原因导致输电线路故障或异常，使得输电通道安全运行愈发重要，然而输电线路运行环境复杂，设备运维规模过大，我国对输电线路故障的监测、感知及处理能力存在严重不足。因此供电企业需要通过推进对输电线路的信息化建设，建设其智能化的管理平台，并制定相应的输电线路智能化运维管理措施，以保障电网的安全、经济和高效的运行[1]。

1 输电线路运维现状

智能电网在各方面的技术逐步成熟，许多供电企业采用不同厂家的在线监测装置和各类传感器进行输电线路的实时监测，但不同厂家的参数表示方式各有不同，而人工只能查看当前监测到的数据，无法进行数据的汇总、分析和预警等维护性处理，且工作量巨大。使得无法做到设备状态全感知，数据无法互通互联，不能为后期预防预测提供有效的支撑[2]。所以亟需一种高效率、高精度及低价位的输电线路智慧运维产品，为输电线路安全提供智能运维服务。

2 输电线路智能运维的结构设计

2.1 构建智能化运维体系

由于输电线路运行环境复杂，设备运维规模过大，我国对输电线路故障的监测，感知及处理能力存在严重不足，亟需一种可为输电线路安全提供全面运维服务的系统，供电企业应该依托现代的移动通信技术搭建起智能化的管理体系，通过智能化管理体系联通协调各企业和各部门之间的协作。

智能化管理体系分成：前端在线监测系统、智能运检平台和移动端3部分组成。构建智能化管理体系是以前端传感器进行数据采集，物联网通信传输数据到云端服务器的方式，将输电线路沿途的相关数据进行信号化采集，随后将输电线路的相关信息收集通过智能运检平台将所有数据进行汇总，专家系统进行数据分析、故障预警，生成报告和制定个性化运维服务方案，并将部分关键可视化信息发至移动端APP，相关供电单位可以更方便直接地开展线路运维工作，整体流程如图1所示。因此由于输电线路过长或地势险峻等地方发生的线路潜在故障以及隐患，在智能化管理体系的帮助下供电企业能够更为迅捷和及时地发现与检修。极大提升了输电线路的实时状态感知力、供电企业之间的协作效率、人员管理效率及输电线路的检修效率[3]。

图1 输电线路智能化运维体系结构示意图

2.2 监测装置结构设计

全线路在线监测系统主要分为2个模块进行研究，分别是分时同步检测的接地电阻检测终端设计和异构无线网络数据传输装置设计。接地电阻检测终端包括激励电源供电模块、电流检测模块、温湿度检测模块和RS-485模块；数据传输装置包括太阳能供电模块、RS-485模块、RF通信模块、5G模块和GPS同步模块。监测模块可靠性强，装置可在高温、低温、振动及雨水等恶劣天气下正常工作，并可以保证数据传输精度，抗灾害能力强。

2.3 搭建输电线路智能运检平台

随着智能电网、能源互联网的大力推进和快速发展，输变电设备的检修方式已经由传统的“计划检修”方式转为“状态检修”，供电企业需要结合实际建立输电线路智能运检平台，能够对前端在线监测装置检测到的数据进行汇总分析。数据传输到服务器使用物联网通信，通过NB-IOT技术进行收集前端在线监测到的数据，使用MQTT协议连接入网，发送到服务器，在平台使用Echarts.js和d3.js开发包实现可视化大屏，后台的前台页面使用VUE框架，最终展示在web端，实现数据的实时监测和态势感知，搭配专家系统对数据进行分析、预警并生成报告，该系统可以实现雷电定位、污秽监测、覆冰监测、防汛监测和气象监测等功能，极大提升对输电线路的感知能力。促进输电线路的运行巡查工作开展，有助于数据的精确化保障。本系统采用分布式存储，将需要存储的数据根据某种规则存储到不同的机器上，想要获取指定数据时，再按照规则到存储数据的机器里获取，大大降低了单个节点的存取压力[4]。

3 输电线路智能化运行维护的技术实现

本节提出2项主要输电线路智能化运行维护的技术，在线检测技术和专家系统，分别在下文3.1和3.2节进行叙述。

3.1 在线监测技术

本系统中的输电线路在线监测系统由4部分组成：供电模块、检测模块、传输模块和计算模块。通过供电模块对监测设备进行供电。检测模块对线路、杆塔信息进行实时监测，并能够很好地对其外部的各种环境信息进行有效采集。然后借助于传输模块将这些信息传送到云端服务器，由专家系统等系统软件自动对这些信息进行实时处理，然后由计算模块进行分析、判断该输电线路的实际运行情况，一旦发现所监测的线路上有异常、缺陷和安全隐患存在，该系统就会及时地向云端服务器发出预警，有效遏制隐患的发生和及时对发生故障的线路或设备进行检修，使输电线路状态始终保持在安全范围内[5]。

3.2 专家系统

输电线路长期在室外运行，常受到各种主观或客观因素的影响而发生线路故障，并且导线数据类型众多，致使整个线路运维错综复杂，通过建立云端服务器的专家系统可以实现数据的线性可扩展，解决应对复杂线路的解耦问题。供电公司通过专家系统，提高线路故障诊断和修复的效率。专家系统是由人机交互界面、诊断知识库、诊断对象数据库、推理机和解释器5部分组成，如图2所示。

图2 专家系统架构

诊断知识库包括监测设备部分结构功能知识、专家知识、过程性知识和基本诊断单元知识，根据传输的数据并结合设置的实际要求找到对应的诊断知识，极大缩短了搜索相关诊断知识的时长。

诊断对象数据库由2部分组成，编码信息包括设备的型号编码、类别编码和序列号，能够使诊断知识库快捷找到并管理所需要的采样数据，为诊断提供帮助。数据信息包括了设备采集到的所有类型数据及诊断或推理后的问题数据和趋势数据，保留采样的数据完整性，使诊断结果更加可靠。

推理机是专家系统的重要部分，其决定了整个系统的工作效率和速度，推理机分为数据驱动推理和目标驱动推理[6]。是分别以采集到的异常信息为依据推理出故障设备、故障部位、故障原因和以假设的故障部位为依据推理假设是否成立，来达到找到故障点的目的。其异常推导流程如图3所示。

图3 输电线路异常类型推导流程

解释器主要用于与人机交互界面沟通，推理机会将推理结果和解决方案存入数据库，由解释器解释成人类能够理解的诊断方案。

人机接口是专家系统对接用户的窗口，用户通过人机接口向专家系统提出问题、获得解决方案。

3.2.1 数据驱动推理

首先前端监测装置会发送异常数据包交由专家系统，专家系统借助诊断知识数据库进行搜索确定故障设备，判断故障类型。再借助于设备信息库，根据知识库配置的安全阈值，确定故障部件类型，通过对应状态量（PMS）进行确定故障的部件。当成功完成1次故障确定时，推理机会形成1条简化的推理链，并将其储存在诊断知识数据库里，当下次出现同种故障时，直接取用这条推理链的结果，可以大大减少判断时间。

3.2.2 目标驱动推理

目标驱动推理与数据驱动推理相反，首先根据异常数据假设所有可能发生的故障类型、故障设备已经对应的故障部位，并且逐个排查。通过BFS（广度优先搜索算法），在确定异常数据的基础上，对每一个可能发生故障的设备进行检查，再对设备上每一个可能发生故障的部件进行检查，直到假设成立，即找到真正的故障点，目标驱动推理的依据与目标密切相关，有利于向用户提供解释，但首次的依据选择具有随机性，存在多次更改的可能，考虑到最差的结果，这将会影响到专家系统的诊断效率。

3.2.3 混合双向推理

混合双向推理以数据驱动推理和目标驱动推理为基础。首先根据采集到的数据进行正向推理，得出诊断结论，然后以此结论作为假设进行反向推理，最后通过广搜找到能够支撑假设成立的证据，确定故障点。以此保证推理效率和准确性，同时提高对客户的解释能力。

4 差异化运维策略

在状态检修中，传输的数据被判断为异常或故障时，专家系统就会对其诊断为相应的状态。宏观角度来看是可行的，但是输电线路整体线路极长，涉及多种地势，并且存在极端天气、地域气候不同的情况。针对于这些情况，本文提出制定差异化运维决策方案，为输电线路的维护、巡检提供保障。

差异化运维将运维工作分为年度、半年、季度和月度，属于常规维护项目，针对于有聚集在某段时间内频发极端天气的地方；确立设备/线路风险等级，根据人工巡检的状态趋势、设备本身缺陷、计划停电等风险信息进行动态评估，作为制定巡视周期可靠根据[7]。

5 深度业务联动

供电企业现有的巡检工作方式有大量未进行有效整理的数据和信息，查询困难且难于进行统计，巡查记录、检修记录等信息不能实时查看、分析，对输电线路的故障检修带来极大困难。本文提出深度业务联动，即“数据—数据平台—手机APP—技术人员”全息互联模式，如图4所示。数据通过物联网感知通信与数据可视化平台联动，由专家系统根据自动派发工单，运维人员可通过移动端APP接收巡查、检修任务，人工现场核实、记录上传，任务完成后平台人员进行任务归档，专家系统将信息存储进数据库，作为下次故障诊断的可靠依据。APP后台与智能运检平台相连，通过检修数据进行实时化、可视化处理，实现输电线路的态势感知，作为评估线路安全状态的有力根据，观察设备线路的状态趋势。