何 濤，劉 婧，劉 暢

(1.國網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122；2.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437)

運(yùn)維檢修業(yè)務(wù)是保障電網(wǎng)設(shè)備安全和大電網(wǎng)安全運(yùn)行的核心環(huán)節(jié)。我國電網(wǎng)是重要的國家能源配置平臺,規(guī)模覆蓋國土面積的95%以上,運(yùn)營著全世界電壓跨度最大、輸電線路最長地形地貌最復(fù)雜,以及各種發(fā)電方式和輸電方式并存的電網(wǎng)。電網(wǎng)運(yùn)檢系統(tǒng)肩負(fù)著設(shè)備的運(yùn)維檢修、質(zhì)量監(jiān)督和安全管理重任,對保障大電網(wǎng)安全運(yùn)行起著非常重要的作用。

電網(wǎng)運(yùn)檢仍然面臨著多重因素的影響,設(shè)備質(zhì)量問題仍是當(dāng)前困擾因素之一；輸電通道環(huán)境極其復(fù)雜,外力因素時刻威脅設(shè)備安全;電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量增長迅速與人員基本穩(wěn)定的矛盾加大了運(yùn)檢任務(wù)難度;傳統(tǒng)的運(yùn)檢模式難以適應(yīng)時代發(fā)展及電網(wǎng)發(fā)展要求。因此,迫切需要信息化技術(shù)與電網(wǎng)運(yùn)檢業(yè)務(wù)的創(chuàng)新融合來提升運(yùn)檢效率效益,保障電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行[1]。

隨著智能傳感器、機(jī)器人等技術(shù)的深入應(yīng)用與發(fā)展，機(jī)器智能給傳統(tǒng)電力運(yùn)檢帶來了新的分析理念和技術(shù)途徑，不斷推動運(yùn)檢體系的自動化、智能化、集約化變革。

本文在當(dāng)前智能運(yùn)檢體系建設(shè)的背景下，從機(jī)器智能的概念出發(fā)，介紹現(xiàn)階段機(jī)器智能技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上對機(jī)器智能在電力運(yùn)檢全過程中的應(yīng)用進(jìn)行介紹，最后對機(jī)器智能在運(yùn)檢中應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1 機(jī)器智能技術(shù)概述

1.1 機(jī)器智能的定義

機(jī)器智能，定義為機(jī)器利用各類智能技術(shù)自主完成任務(wù)的能力。機(jī)器智能屬于人工智能的一部分，但是區(qū)別在于，人工智能強(qiáng)調(diào)在信息空間中實(shí)現(xiàn)智能化，而機(jī)器智能側(cè)重于信息物理空間，即在CPS中實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)，關(guān)注并利用智能芯片和智能軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種類別機(jī)器的智能化[2]。

1.2 機(jī)器智能的原理

機(jī)器智能是新一代自動化的延伸，用來輔助人類改變工作的性質(zhì)，讓工作變得更加高效。其基礎(chǔ)是計(jì)算，核心是會學(xué)習(xí)的機(jī)器，它將人類帶入智能化社會。 機(jī)器智能可以模仿人類的多種能力：感知力，如AI的視覺功能，對圖像的識別能力；行動力，使機(jī)器像人一樣行動，比如處理多種不同情況下的物體搬運(yùn)任務(wù)；人的智商，在網(wǎng)絡(luò)模型與算法研究的基礎(chǔ)上，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)；創(chuàng)造力，機(jī)器像人一樣具備學(xué)習(xí)創(chuàng)造能力，稱之為“深度學(xué)習(xí)”。其核心是建立模擬人腦進(jìn)行分析學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上分析和解釋數(shù)據(jù)。

1.3 機(jī)器智能的研究現(xiàn)狀

2018年美國國際戰(zhàn)略研究所發(fā)布了《美國機(jī)器智能國家戰(zhàn)略報告》，提出了機(jī)器智能對包括經(jīng)濟(jì)、社會等各方面的廣泛影響，以及美國在戰(zhàn)略制定方面的一些差距，并給出了具體的意見和建議。國內(nèi)的機(jī)器智能技術(shù)發(fā)展也日益得到重視，戴瓊海院士認(rèn)為機(jī)器思維、機(jī)器決策研究，也是腦科學(xué)研究的一個非常重要的補(bǔ)充；潘云鶴院士提出通過自主智能把機(jī)器人和制造裝備提升為自主智能機(jī)器人和自主智能機(jī)器機(jī)械；許寧生院士也提出了復(fù)旦的ABC大腦計(jì)劃；甘中學(xué)教授等進(jìn)一步提出人機(jī)物三元群智智能，其目標(biāo)就是能夠發(fā)展具有自我進(jìn)化能力的機(jī)器智能技術(shù)，使機(jī)器智能逐步進(jìn)化到自主智能的一個水平[2]。

2 機(jī)器智能在電力運(yùn)檢全過程的應(yīng)用

2.1 電網(wǎng)狀態(tài)感知應(yīng)用

2.1.1 帶電檢測

目前，帶電檢測主要包括紅外熱像檢測、紫外成像檢測、局部放電檢測、油氣類檢測、設(shè)備結(jié)構(gòu)檢測等。紅外熱像檢測主要針對紅外熱圖像的缺陷自動識別和在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)方面；紫外成像檢測主要根據(jù)電氣設(shè)備電暈狀態(tài)，對異常電暈的屬性、發(fā)生部位和嚴(yán)重程度進(jìn)行判斷和缺陷定級；局部放電檢測主要針對設(shè)備局部放電時，產(chǎn)生的各類信號包括特高頻信號、超聲波信號、高頻信號等進(jìn)行檢測；油氣類檢測技術(shù)相對成熟，已有國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可供參考；設(shè)備結(jié)構(gòu)檢測主要包括聲學(xué)振動檢測技術(shù)、基于超聲的設(shè)備內(nèi)部缺陷檢測、基于聲學(xué)成像設(shè)備異響檢測，但整體應(yīng)用還未普及。

2.1.2 設(shè)備和環(huán)境狀態(tài)在線監(jiān)測

電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測主要分為變電和輸電在線監(jiān)測。

變電在線監(jiān)測主要是應(yīng)用先進(jìn)傳感、監(jiān)測及通信技術(shù)搭建的監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時掌握設(shè)備關(guān)鍵狀態(tài)量、預(yù)測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢、保障設(shè)備健康穩(wěn)定運(yùn)行，解決了離線檢測需要停電進(jìn)行、檢測工作量大、設(shè)備狀態(tài)掌握不及時等問題。

輸電線路在線監(jiān)測主要是在輸電線路設(shè)備上安裝可實(shí)時記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征量的測量系統(tǒng)及技術(shù)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)實(shí)時檢測和檢修。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的成熟與推廣，輸電線路在線監(jiān)測被廣泛應(yīng)用于桿塔傾斜、覆冰、微氣象、導(dǎo)線舞動、視頻/圖像等的在線監(jiān)測。

2.2 設(shè)備智能巡檢應(yīng)用

2.2.1 機(jī)器人巡檢

目前，國內(nèi)已得到實(shí)際應(yīng)用的機(jī)器人主要有以下幾類：變電站巡檢機(jī)器人、架空輸電線路帶電維護(hù)機(jī)器人、電纜隧道巡視機(jī)器人和架空配電線路帶電作業(yè)機(jī)器人。變電站巡檢機(jī)器人主要利用基于激光和視覺融合的定位導(dǎo)航、復(fù)雜環(huán)境下的識別定位技術(shù)、刀閘開關(guān)及儀表讀數(shù)識別技術(shù)，并輔以擴(kuò)展工具，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢測、檢測數(shù)據(jù)分析、帶電水沖洗等功能。

架空輸電線路帶電維護(hù)機(jī)器人主要利用移動越障技術(shù)、帶電作業(yè)技術(shù)、絕緣子串檢測技術(shù)、圖像識別技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)、通道環(huán)境等監(jiān)測。

電纜隧道巡檢機(jī)器人與變電站巡檢機(jī)器人類似，主要實(shí)現(xiàn)電纜隧道環(huán)境可視化監(jiān)測、紅外測溫等功能，目前部分地區(qū)試點(diǎn)了利用機(jī)器人開展隧道有害氣體監(jiān)測。

架空配電線路帶電作業(yè)機(jī)器人作為一個移載平臺，主要利用主從式液壓機(jī)械臂、系列化智能工具、絕緣防護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)帶電作業(yè)。

2.2.2 無人機(jī)巡檢

無人機(jī)主要應(yīng)用于輸電線路的巡檢，主要采用無人機(jī)搭載可見光、紅外檢測、紫外檢測等任務(wù)設(shè)備對輸電線路進(jìn)行巡視和檢測。其中,巡視任務(wù)包括日常巡視、協(xié)助運(yùn)維人員治理設(shè)備本體及通道環(huán)境缺陷、無人機(jī)協(xié)同人工巡檢、無人機(jī)輔助樹障測量、協(xié)助抗冰、防外破、防山火等應(yīng)急響應(yīng)、“三跨”隱患排查、無人機(jī)清除異物、基于無人機(jī)激光掃描技術(shù)的輸電通道可視化運(yùn)維等。無人機(jī)巡檢技術(shù)的引入,極大提高了架空輸電線路巡視效率,直觀、準(zhǔn)確地反映了線路運(yùn)行情況,已成為輸電線路的重要巡檢手段。近年來,無人機(jī)災(zāi)情普查和應(yīng)急搶修、無人機(jī)清除導(dǎo)地線異物、輔助傳遞工器具等輔助檢修作業(yè)、基于無人機(jī)三維激光掃描數(shù)據(jù)的輸電通道可視化運(yùn)維等技術(shù)應(yīng)用已逐步開展,拓展了無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍,提高了輸電線路運(yùn)維和檢修效率。

2.2.3 移動作業(yè)

隨著機(jī)器智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,傳統(tǒng)的“PC端+服務(wù)器”模式已經(jīng)不能滿足日益增長的電網(wǎng)運(yùn)檢業(yè)務(wù)需求。更加小型化、智能化的移動終端以及智能可穿戴設(shè)備被越來越多地應(yīng)用在巡檢、搶修以及日常辦公業(yè)務(wù)當(dāng)中。移動端及相關(guān)設(shè)備與移動應(yīng)用作為電力企業(yè)內(nèi)部作業(yè)與外部服務(wù)的延伸,極大地拓展了各級管理人員的工作范圍,也為基層班組開展現(xiàn)場作業(yè)提供極強(qiáng)的輔助支撐作用。

目前，移動作業(yè)設(shè)備主要包括智能可穿戴設(shè)備、手持終端和移動監(jiān)控設(shè)備。其中，智能可穿戴設(shè)備發(fā)展迅速，形式有智能頭盔、智能眼鏡、智能服裝等，其核心是利用人機(jī)相互技術(shù)，延伸人體的肢體和記憶功能。手持終端主要利用攝像頭、5G通信、GPS等模塊，實(shí)現(xiàn)運(yùn)檢業(yè)務(wù)的延伸。移動監(jiān)控設(shè)備主要用于作業(yè)現(xiàn)場遠(yuǎn)程管控、多方會商等。

2.3 設(shè)備狀態(tài)診斷和分析應(yīng)用

目前，電力設(shè)備狀態(tài)智能診斷主要是大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用。電力設(shè)備狀態(tài)大數(shù)據(jù)分析的核心是充分利用設(shè)備狀態(tài)、電網(wǎng)運(yùn)行和環(huán)境氣象等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行深度融合分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，提高設(shè)備狀態(tài)評價、故障診斷和預(yù)測的實(shí)時性和準(zhǔn)確性。人工智能技術(shù)與設(shè)備狀態(tài)診斷的融合，使設(shè)備智能評估和診斷的應(yīng)用明顯加快，一些先進(jìn)的人工智能技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、專家系統(tǒng)、模糊診斷、模式識別等，應(yīng)用于狀態(tài)評估、預(yù)測以及缺陷診斷中，取得了良好的效果，電力設(shè)備的狀態(tài)檢測和評估技術(shù)得到迅速發(fā)展。

在電網(wǎng)安全和控制領(lǐng)域，人工智能技術(shù)可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)的仿真分析,對交直流混聯(lián)電網(wǎng)故障特征識別及智能控制,建立基于人工智能的調(diào)控輔助決策系統(tǒng)；在輸變電領(lǐng)域,圖像識別技術(shù)應(yīng)用于輸變電設(shè)備巡檢和輸電通道風(fēng)險評估，輸變電設(shè)備故障智能診斷和狀態(tài)評估;電網(wǎng)主要災(zāi)害預(yù)警預(yù)報;無人機(jī)和機(jī)器人自然巡檢；在配用電領(lǐng)域,AI可以幫助配用電設(shè)備監(jiān)控狀態(tài)智能檢測與管理;將營業(yè)機(jī)器人引入配用電管理過程中;利用人工智能為用電現(xiàn)場高效作業(yè)與安全風(fēng)險進(jìn)行智能預(yù)警。

3 機(jī)器智能在電力運(yùn)檢應(yīng)用的展望

未來，機(jī)器智能在電力運(yùn)檢全過程的應(yīng)用要實(shí)現(xiàn)二維互動感知、四類融合分析、三層集約管控。其中，二維互動感知即實(shí)現(xiàn)設(shè)備本體與傳感器一體化技術(shù)、基于物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)感知技術(shù)等兩個維度的設(shè)備狀態(tài)信息互動感知，運(yùn)用“一體化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化”的智能設(shè)備，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)檢資源感知體系；四類融合分析即實(shí)現(xiàn)環(huán)境預(yù)警數(shù)據(jù)、立體巡檢數(shù)據(jù)、不停電檢測數(shù)據(jù)、設(shè)備評價大數(shù)據(jù)的深度融合分析，構(gòu)建基于環(huán)境檢測的通道預(yù)測預(yù)警體系和基于智能裝備的立體巡檢體系；三層集約管控即實(shí)現(xiàn)指揮決策層、業(yè)務(wù)管理層、現(xiàn)場作業(yè)層的集約管控。