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南方電網:AI在萬家燈火中

2019年12月05日 文/薛樺、許勝藍
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南方電網深圳供電局與華為攜手,在邊緣側部署輸電視頻監控終端,集成Atlas 200 AI加速模塊,運行AI推理算法進行就地圖像視頻分析,及時上傳告警。主站部署訓練和推理系統,持續優化算法模型,結合管理軟件實現模型遠程下發部署,快速升級系統功能。 

一車兩人三水壺

2014年9月的一天,臺風剛過,天氣異常悶熱,線路二班需要巡視的最后一基輸電鐵塔剛好在一座山上,二班老班長和他的徒弟顧不上吃午飯,連走帶爬終于趕到了山頂,巡查完下山時已經是下午3點多了,喝光了6瓶水。這就是傳統人工巡檢線路工作的一天,這種巡檢模式30年不曾有大的改變。

這是南方電網深圳供電局輸電管理所魏前虎副主任分享的一個故事。“我們曾經統計過,一名普通線路工人工作三十年巡線所走過的山路可繞赤道1周。”深圳供電局成立于1979年,是南方電網分立直管的全資子公司,承擔深圳市(蛇口除外)的供電任務,供電面積2421平方公里,用戶數323萬戶。

深圳目前在運110KV及以上架空線路共計511回3900余公里,獨立桿塔7700余基。近些年來深圳的飛速發展,產生了大量增長的輸電線路,同時也帶來了繁重的電力運維任務,最近十年線路長度增長了接近1倍,但線路維護人員僅從60人增長到80人,“一車兩人三水壺”的傳統粗放型線路工作模式已經不能適應新時代的新要求。如何高標準地滿足特區電力穩定供應,為粵港澳大灣區核心引擎提供動力,保障人民追求美好生活的電力需求,通過科技來尋求變革,成為了深圳輸電人的重要使命。

為電網構筑智能防線

從2019年起,國家電網規劃通過三年時間初步建成泛在電力物聯網,輸電設備物聯網是其主要的組成部分。對于打造智慧輸電線路,總體建設任務是:全面建設“空、天、地、道”多維協同運檢體系,構建輸電設備物聯網,全面完成智慧輸電建設任務;在線監測在500KV以上線路全覆蓋,220KV及以上覆蓋范圍不少于60%,部署方式為500KV以上逐塔部署,220KV線路隔塔部署;無人機巡檢全覆蓋110kV以上輸電線路。

南方電網響應這個規劃,致力于建設成世界一流的智能電網,為粵港澳大灣區發展提供一流的能源保障,提出了數字化轉型發展的重要戰略,同時深圳供電局也是全國首個入圍國企雙百改革的電網企業,需不斷激活自身的創新能力來推動電力數字化轉型。

深圳供電局率先與華為成立聯合創新實驗室,這是全球電力行業的首例,期望通過華為前沿技術方案和產品,解決電網在數字化轉型過程中面對的問題。實驗室主要針對國產CPU、物聯網、5G和人工智能分析等領域開展技術研究和應用。

智能巡檢如有“神助”

魏前虎表示,輸電線路分布在深圳全市各個區域,設備點多面廣,而且大部分位于丘陵山間,傳統人工巡視需要跋山涉水,工作強度大,且存在登高、野外作業等多項風險。深圳供電局從2013年開始創新試點應用視頻在線監測系統,雖然一定程度上提升了工作效率,但普遍缺乏有效的視頻邊端智能識別功能,還是需要將視頻和圖片全部回傳后臺之后用人工進行分析,造成整個系統邊端通訊及供電資源緊張、人工分析量大,無法大規模推廣。

深圳供電局前期試點過業界傳統的輸電視頻監控和圖像抓拍方案,但效果不佳,表現在:信息回傳難:采集圖像回傳消耗大量流量,設備無法長期開啟,視頻圖像需要降低清晰度;監控效率低、效果差:回傳數據依賴人力排查,存在漏看誤判,拍照間隔長,時效性不高;功耗與可靠性問題:塔桿供電依賴太陽能,設備運行功耗高,長期陰雨天氣導致供電不足,設備掉線率高。

為了改善上述問題,深圳供電局與華為攜手,在邊緣側部署輸電視頻監控終端,集成Atlas 200 AI加速模塊,運行AI推理算法進行就地圖像視頻分析,及時上傳告警。主站部署訓練和推理系統,持續優化算法模型,結合管理軟件實現模型遠程下發部署,快速升級系統功能。

  • 前端嵌入式AI推理:提升時效性和準確率,降低回傳流量,最優化系統成本。 
  • 極致低功耗:模塊支持多級能效管理,良好適配供電系統,保障整體裝置長期穩定工作。 
  • 邊云協同:云端部署的深度學習系統,持續訓練優化算法模型,支持邊緣端遠程模型下發與規模部署。

“輸電領域智能巡檢系統是將華為昇騰人工智能處理器,部署在全市的輸電桿塔和無人機的在線監測攝像頭里,用來對輸電線路5大典型隱患場景、7大本體缺陷進行識別,用視頻在線監測去替代傳統高強度、高風險的人工現場巡視值守。”

現在,通過“以系統智能分析為主、人工判斷為輔”的嶄新模式,原來需要20天才能完成的現場巡視工作,輸電監控指揮中心現在僅需2小時就可完成,巡檢效率足足提高了80倍。

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鯤鵬展翅

電力信息機房承載了供電局所有業務系統,目前大多采用X86架構的服務器(國內外的主流建設模式)。其CPU及其他核心芯片、操作系統、數據庫等全部使用國外技術和產品,無法做到自主可控。深圳供電局信息中心主任呂志寧談道:“華為自主研發的鯤鵬處理器給我們提供了一個新的選擇,目前其技術和性能已經基本達到我們的要求。我們正在研究和驗證向鯤鵬處理器的業務遷移,最終希望實現電力IDC軟硬件資源全棧國產化。在人工智能方面,借助華為昇騰AI處理器與我們電網業務的自研算法,通過邊端數據本地實時處理,實現輸變電領域的智能巡檢,如對電力線路外部施工隱患的現場識別預警、無人機拍攝線路缺陷圖像的就地識別等,實現智慧運維。”

這也是華為物聯網端側技術在全球輸變電生產領域首次應用。深圳供電局利用華為物聯網端側技術,打造電力行業的首個AIoT架構,在此之上實現電網的音視頻、圖像、溫濕度和風偏等傳感器多種異構數據融合通信接入,提升端側數據的感知能力。

同時,華為5G技術也帶來了超寬帶管道電力業務的創新應用。呂志寧說:“5G的速度快、大帶寬、低延時特性主要應用在視頻巡檢及監控業務,可以實現作業現場超高清視頻的回傳和實時視頻巡檢。另外,應用在調度領域,如5G差動保護、PMU(電網同步向量測量)等,可提升電網實時控制能力。”

通過人工智能、物聯網、5G先進技術的使用,深圳供電局實現了:

實時預警,準確上報:實現輸電線路情況的實時監控與分析,實時上報告警,減少人工監視的漏報與誤報;

效率大幅提升:系統部署后,運維班組遠程即可瀏覽線路情況,利用人工智能實現圖像的智能識別,大幅降低了人力投入,線路運維工作效率提升顯著;

系統成本節省:前端就地分析大幅降低了對于公網流量、云端存儲與計算資源的占用,整體系統成本降低30%以上。

如今輸電所共安裝2312臺配置華為Atlas 200 AI加速模塊的視頻在線監測裝置,實現深圳輸電線路通道走廊全覆蓋。傳統輸電人“坐朝問道、垂拱平章”的巡檢夢想正成為現實,視頻巡檢開始改變傳統的人工巡檢模式。

未來,深圳供電局計劃在輸電線路上安裝近3000套輸電視頻監控終端,通過內置華為昇騰AI處理器,加載自主研發的智能識別算法,實現前端實時智能識別,只將識別結果回傳后臺。我們已經看到,先進的技術在推動著電力行業的歷史變革,為我們的萬家燈火注入智能和高效。

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