人工智能在输电线路安全运行中的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：孙文杰（1968），男，汉族，河南濮阳人，中级职称，大专学历，研究方向为输电线路无人机应用及人工智能方面的研究。-45-人工智能在输电线路安全运行中的应用 孙文杰 孙建军 吴述伟 国网河南省电力公司濮阳供电公司，河南 濮阳 457000 摘要：摘要：随着现代计算机通信技术的不断发展，人工智能技术成为当今社会的一个热门研究方向。目前，全球范围内的许多行业和领域都已经开始实现了人工智能技术的融入和创新，尤其是人工智能技术在国家电网事业中的融入，更是推动了行业的智能化发展和高效化发展。基于此，本文针对人工智能进行了分析，同时也对人工智能在输电线路安全运行过程中的应用要点进行了浅要的分析，以供参考。关键词：关键词：人工智能；输电线路；安全运行；应用 中图分类号：中图分类号：TP18 1 概述 人工智能在输电线路安全运行中应用的原理主要包括以下几个方面。（1）它依赖于先进的传感器技术和数据采集系统，通过实时监测电力设备的运行状态、环境条件和负载情况等参数，获取大量的实时数据。这些数据可以包括电流、电压、温度、振动等多种指标。（2）利用大数据分析和挖掘技术，对采集到的数据进行处理和分析，提取出有价值的信息和规律，如异常变化、故障特征等。（3）运用机器学习和人工智能算法对数据进行模型训练和优化，建立故障诊断、预测和优化控制模型。（4）将人工智能化运维系统与现有的电力系统管理系统集成，实现对输电线路和系统的智能监控、故障诊断和优化控制。人工智能技术的分类和特点。人工智能技术可以根据其应用领域和功能特点进行分类。一种分类方法是基于安全运维环节的划分，包括设备状态监测与诊断、设备维护与管理、设备故障预测与修复等。这些技术主要针对输电线路的运行状态进行实时监测、故障诊断和预测分析，以提高设备的可靠性和维护效率。另一种分类方法是基于运维功能的划分，如电力负荷预测、电网调度优化、电力安全评估等。这些技术主要关注输电线路的运行管理和优化，以提高系统的可靠性、经济性和安全性1。人工智能技术具有以下特点。（1）能够实现对输电线路和系统的全面感知和监测，获取大量的实时数据。这些数据来源于各种传感器和监测装置，包括输电线路本身的传感器、智能电表、环境监测设备等。（2）人工智能技术依靠先进的大数据分析和机器学习算法，对采集到的数据进行处理和分析，提取出有价值的信息和规律。通过对历史数据和实时数据的分析，可以预测设备的故障概率、优化维护计划、提高设备的利用率。（3）人工智能技术具有智能决策和优化控制的能力。基于数据分析和模型训练，可以实现对电力系统的自动化决策和优化控制，提高系统的运行效率和安全性。（4）人工智能技术具有可扩展性和适应性，能够适应不同规模和复杂度的电力系统，并与现有的输电线路安全管理进行无缝集成2。2 输电线路运行中的安全问题（1）环境问题。输配电及用电工程线路往往需要承担远距离输配电任务，其敷设环境大多集中在露天状态。由于不同区域中面对的气候环境不同，存在温度过高或过低等情况，这些均会对电力企业输配电业务带来影响。为了与新时期发展需求相适应，电力企业应选择合适的技术手段，避免输配电过程受到自然、天气等因素影响。另外，在一些山林地区之中，自然环境更加恶劣，一旦出现长时间降雨、降雪、火灾等问题，同样会导致输配电及用电工程线路安全性受到影响，增加输配电线路倒杆等问题出现概率。从这里也能够看出，气候环境是导致输配电及用电工程线路安全问题的主要原因之一。（2）管理问题。近年来，随着我国经济的深入发展，电力供应成为人们生活和工作中不可缺少的一部分，这也使得我国整体用电量处于不断攀升的状态，相关企业需要做好输配电管理工作。为了更好地满足需求，电力企业不断扩充自身中国科技期刊数据库 工业 A-46-发电规模，施工条件以露天为主，再加上地质特点等限制，为主体施工带来不小的麻烦，这对于整个输配电及用电工程行业发展极为不利。部分企业未能制定完善的管理体系，后期管理和运维工作量巨大，很难在短期内解决输配电及用电工程中存在的问题，更无法保证电力能源的正常输送。（3）线路运维中的问题。随着用电量提升，很多传统输配电施工技术和材料逐渐被淘汰。现阶段，很多电力企业开始引入新型技术材料，保证输配电及用电工程运行效率得到进一步提升。但由于用电需求的改变，人们对输配电及用电线路安全性提出了更高要求，与此同时，整个输电线路的宽度、高度也在不断增加，很容易受到雷电等因素影响，使得日常运维工作压力大幅提升。输配电线路往往处于露天环境下，当自然灾害、强降雨出现后，部分区域地质还会发生改变，进而引发塔架基础损坏等现象，甚至还会出现地基下沉问题，让用电线路无法正常运行。（4）材料质量问题。材料质量与输配电及用电工程线路稳定运行存在直接关系。从实际发展角度来看，我国相关材料市场建设已基本完善，但部分材料供应商的诚信度不足，缺乏社会责任感，为了谋求更高利益，将质量不合格材料引入市场，如果这些材料出现在输配电及用电工程线路建设领域，自然会对用电工程线路安全性带来诸多影响，缩短线路的使用时长，线路老化时间过早，相关企业需要花费更多成本开展线路维护操作，降低企业的经济收益。为此，企业在采购人员引进上，应做到慎之又慎，在提升工作人员专业能力同时，坚决避免质量不合格的材料应用于输配电及用电工程线路建设之中3。3 人工智能在输电线路安全运行中的应用形式 3.1 绝缘子设备的监测 输电线路的绝缘子多在露天环境下工作，受灰尘和工业污染的影响，绝缘子表面会形成电阻较低的污秽层。而输电线路的高压会使绝缘子表面的污秽层产生闪络和污闪现象。闪络所造成的高温，会对绝缘子本体带来严重的影响，并进一步对输电线路运行的安全稳定性造成威胁。利用人工智能技术建立在线专家监测系统的过程中，可以通过绝缘子表面的泄漏电流值来判断是否会造成污闪现象。首先对电流传感器绝缘子表面的电流进行实时监测，在线专家系统则根据电流传感器返回的数据进行诊断和评估，智能判断当前数值是否会引起闪络和污染情况，并及时发出警报，以便管理运维人员在线路巡检的过程中及时清理绝缘子表面，确保输电线路安全稳定运行。3.2 避雷设备的监测 避雷设备是减少输电线路受雷击影响可能性的重要设备，其正常稳定运行可以有效控制输电线路的过电压，并在发生过电压时切换线路，将过电压导入地面，从而排出过电压带来的高能量，有效减少输电线路在遭受雷击后所带来的多方面影响。现阶段我国最常用的避雷器使用金属氧化锌材料构成。在实际工作中，由于工作环境较为复杂，避雷器内部受潮、老化和污染腐蚀现象较为常见，很可能导致其无法正常工作。所以在日常运维管理过程中，需要有效监测避雷器的工作状态，测量绝缘电阻和泄漏电流，并在发现问题时及时更换，从而确保避雷设备对输电线路的保护效用。在利用人工智能技术建立在线专家监测系统后，可以利用远程传感器监测避雷器的泄漏电流，当避雷器表面泄漏电流大于正常值时，人工智能系统会根据具体的数值进行避雷器运行性能的诊断，从而及时发出故障预警报告，以便运维管理人员排查避雷器发生的故障。3.3 线路覆冰状态的监测 我国幅员辽阔，输电线路的建设需要覆盖分布较广和较分散的乡镇农村。当环境温度低于 0 时，导线表面的水蒸气会凝结成冰，从而增加导线的质量。而线路较长的情况下，导线自身的质量增加，极易引起线路坍塌和断线等现象，影响输电线路安全运行。对线路覆冰状态的监测有助于提升路线情况的处理效率。而应用人工智能技术，在使用在线专家监测的同时通过视频监测和力学荷载等获取数据，考虑天气和季节等综合性因素，对线路覆冰状态的管理控制提供可靠的策略。通过分析输电线路运行环境的各项参数，例如风速、湿度和天气条件等给线路覆冰可能带来的影响，在运维管理的过程中自动诊断覆冰厚度，并预估和判断其发展状况，进一步向运维管理人员提供除冰的手段和方法。在此基础上，基于人工智能的在线专家监测系统可以根据传感器采集的线路覆冰数据进行深入的信息分析，在将相关信息传送给监控中心的中国科技期刊数据库 工业 A-47-同时推算线路覆冰可能造成的影响，并通过提升线路的温度等方式融化覆冰，以避免覆冰情况给线路安全运行带来不良影响。3.4 线路舞动状态的监测 输电线路在运行过程中，受气流和地震等因素影响会产生线路舞动现象。线路舞动会导致相关设备出现磨损、倾倒和断裂等现象，很容易造成大面积的停电事故。由于引起线路舞动的主要原因是空气流动，所以在线专家监测系统在对其监测过程中，可以使用视频监测的方式对输电线路的运行状态进行判断。此外，在线专家监测系统还可以对气象环境数据进行有效的监测，通过收集风力和风速等多方面数据，对线路舞动情况进行有效的预估和判断，并在此基础上调整输电线路的运维管理措施，通知运维管理人员对可能发生舞动的线路进行有效处理，通过加装防舞器等方法避免线路舞动带来严重事故4。3.5 可视化地理信息平台建设（1）输电线路往往需要在不同的位置上进行建设，并在建设中也需要大量资源的投入和基础设施的支持，包括但不限于电线杆、变压站等。因此，在输电线路智能化建设的过程中，也需要企业能够建立起可视化的地理信息管理平台，从而实现输电线路中各项输电设备的智能化监督管控。实践中，可建立起输电线路设备的三维立体模型，然后通过模型分析、观察，针对其中设备的具体位置进行判断。之后，一并做好信息处理平台和输电线路设备信息库建设。在此基础上，基于对可视化三维立体输电线路设备模型的应用，一方面能够帮助企业和管理人员更加精准地把握输电线路设备的真实情况；另一方面在面对输电线路设备故障问题时，也能够更加具体地判断故障问题的位置，然后组织技术人员开展更具针对性的维修处理。（2）当企业和管理人员能够对输电线路设备具体位置进行确定后，也能够显著提升对输电线路整体的控制能力。同时，依托于智能化技术，最大程度上降低故障问题的发生概率，以及对故障影响范围进行控制，帮助企业减少经济损失。另外，在输电线路设备信息库的作用，同样可以帮助企业和管理人员，以更加全面、系统的方式对输电线路设备实际运行状态进行分析把控，具有重要意义。3.6 输电线路智能巡检 输电线路智能化建设中，需能够做好智能化巡查系统的建设，并通过智能化巡查系统的应用进一步提升输电线路运行的效率，以及同步提升企业经济效益。具体来看，在输电线路智能化巡查系统的作用下，更有利于提升输电线路的巡查能力。其间，需结合当前的 GPS 智能巡查系统，将其与 GPS 导航系统进行结合，一方面能够对智能导航系统的故障进行控制；另一方面也能够减少巡查漏洞。之后，企业需做好便携式微型移动视频监测设备的研发，然后在设备辅助下，针对性提出输电线路故障问题的修复方案，在最大程度上减少输电线路修复频率。3.7 应用 GPS 导航系统构建新型巡查模式 基于 GPS 巡检仪的工作原理，工程人员可选择在系统中对 GPS 导航系统进行接入，然后使用 GPS 导航系统来对传统的人员实地巡查模式进行替代。在技术和设备的支持下，工作人员便能够实现对输电线路运行状态的实时监测。同时，该种方法的应用，也能够对开展输电线路运行巡查工作可能会给人员带来的危险进行控制，以及帮助企业减少成本支出。并且该种方法的应用，也能够更加充分地发挥出巡检仪的功能，并有效避免了其中产生的离线信息采集器问题，使资源浪费得以控制。此外，需做好小型无人机功能的优化，确保其能够在开展巡查工作期间，能够具有更丰富的功能，并在故障清除中，同样能够得到更为广泛地应用，使输电线路智能化建设可取得更加理想的成效5。4 结语 当前输电线路带电检修设备的智能化程度仍然不高，主要依靠人工和远程操作，在安全、灵活和自主性等方面的需求不断提高。对相关设备的应用研究仍处在初级阶段，目前还没有建立健全的技术与经营规范。因此，在未来的智能化带电维护技术中，要加快机械化进程，并结合人工带电维护的经验提升智能化带电维护的性能和功能。另外，可以建立一种协作分布形式的智能装备群，对多个智能设备进行带电维护，从而达到数据和信息共享的目的。中国科技期刊数据库 工业 A-48-参考文献 1郭圣,王丛,饶成成.输电线路中的智能识别技术应用J.电子技术,2022,51(5):180-181.2李玉华.人工智能在输电线路安全运行中的应用J.黑龙江科学,2021,12(6):100-101.3刘城欣.结合人工智能技术的输电线路路径规划方法研究D.武汉:华中科技大学,2020.4杨之望,王鲁杨.人工智能在输电线路安全运行中的应用J.上海电力学院学报,2019,35(3):231-235.5李凡,岳浩,郭志诚等.智能输电关键技术发展及应用研究J.电力勘测设计,2023(7):17-22.