變壓器、斷路器等電力設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的聲學(xué)和振動(dòng)信號(hào)包含大量的狀態(tài)信息，且像人的指紋一樣具有辨識(shí)特征。設(shè)備產(chǎn)生缺陷或發(fā)生故障后，其聲紋會(huì)隨之改變。準(zhǔn)確識(shí)別聲紋信息，有助于運(yùn)維人員診斷設(shè)備缺陷，鎖定故障原因。
12月8日，在±1100千伏古泉換流站主控室內(nèi)，運(yùn)維人員高懷正登錄聲學(xué)指紋智能識(shí)別系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“聲紋智能識(shí)別系統(tǒng)”），為站內(nèi)設(shè)備“聽診把脈”。系統(tǒng)將采集到的異常聲紋上傳至中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司組織建立的聲紋數(shù)據(jù)中心。這些異常聲紋數(shù)據(jù)可以支撐聲紋智能識(shí)別系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化，促進(jìn)聲紋識(shí)別技術(shù)不斷升級(jí)，提升設(shè)備運(yùn)維管控水平。
2018年，在國(guó)網(wǎng)設(shè)備部指導(dǎo)下，中國(guó)電科院牽頭，與安徽電科院、國(guó)網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)、南瑞繼遠(yuǎn)電網(wǎng)等共10家單位組建起研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開展聲紋識(shí)別技術(shù)研究。團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年攻關(guān)，研發(fā)了聲紋在線監(jiān)測(cè)裝置及智能識(shí)別系統(tǒng)，打造了云邊端協(xié)同巡檢模式，實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障快速診斷。目前，該技術(shù)已在浙江、安徽、福建、陜西等地的18座變電站、換流站試點(diǎn)應(yīng)用。
研發(fā)在線監(jiān)測(cè)裝置
精準(zhǔn)獲取設(shè)備聲紋
在試點(diǎn)變電站內(nèi)，每一臺(tái)變電主設(shè)備都配備了一套聲紋在線監(jiān)測(cè)裝置。這些能夠?qū)崟r(shí)感知設(shè)備狀態(tài)的智能終端可以替代“人工聽診”，24小時(shí)不間斷采集對(duì)應(yīng)設(shè)備的聲紋信號(hào)。所有裝置都布置在電力設(shè)備附近，與設(shè)備沒有任何電氣連接，所以完全不會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。
以前，少數(shù)有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)檢人員可以憑借設(shè)備運(yùn)行時(shí)的聲音判斷其是否出現(xiàn)異常。然而，電網(wǎng)發(fā)展日新月異，隨著電力設(shè)備不斷增多，傳統(tǒng)的“人工聽診”方式遠(yuǎn)不能滿足智能管控的實(shí)際需求。2018年，聲紋識(shí)別技術(shù)展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。然而當(dāng)時(shí)電力行業(yè)內(nèi)還沒有可供借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)只能自主研發(fā)。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)在采集聲紋樣本的過程中發(fā)現(xiàn)，惡劣天氣及環(huán)境噪聲會(huì)嚴(yán)重影響聲紋采集質(zhì)量，甚至損傷傳感器。因此，選擇合適的傳感器、確定合理的布置方式成為研發(fā)團(tuán)隊(duì)的重點(diǎn)攻關(guān)方向。2019年，團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)4個(gè)多月的時(shí)間，先后嘗試了數(shù)碼錄音筆和電容式、壓電式工業(yè)拾音器等多種聲音傳感器，通過上千次的頻率響應(yīng)特性、靈敏度、磁屏蔽試驗(yàn)，才最終確定了適用于電力設(shè)備監(jiān)測(cè)的傳感器技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過深入研究聲紋產(chǎn)生及傳播機(jī)理，確定了傳感器最佳安裝位置。
2020年6月，聲紋在線監(jiān)測(cè)裝置通過中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室的第三方性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，該裝置能夠經(jīng)受戶外的惡劣天氣以及站內(nèi)的復(fù)雜電磁環(huán)境，對(duì)于各頻段信號(hào)都有良好的采集效果，可以精確獲取目標(biāo)設(shè)備聲紋。
運(yùn)用智能識(shí)別算法
實(shí)現(xiàn)故障快速診斷
10月17日，來自安徽電科院的研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員張晨晨對(duì)古泉換流站內(nèi)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行兩年多的聲紋智能識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行了新一輪升級(jí)。升級(jí)后，該系統(tǒng)的聲紋識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)90%以上，單次識(shí)別最快僅用0.06秒。
時(shí)間回溯到2019年2月，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在古泉換流站現(xiàn)場(chǎng)收集到了第一條音頻信號(hào)。但由于站內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)里夾雜電暈、風(fēng)機(jī)、開關(guān)動(dòng)作以及鳥鳴、人聲等噪聲，難以提取有效的聲紋特征。當(dāng)年4月，中國(guó)電科院、華北電力大學(xué)等單位共同研發(fā)了語(yǔ)音智能識(shí)別算法。研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用該算法將設(shè)備聲紋與瞬態(tài)、持續(xù)性噪聲進(jìn)行分離處理，成功去除了各類干擾。
“語(yǔ)音智能識(shí)別算法訓(xùn)練最關(guān)鍵的要素是異常樣本。在研發(fā)初期，這些異常狀態(tài)音頻數(shù)據(jù)稀少且難以獲取，給模型驗(yàn)證及迭代優(yōu)化帶來不小的挑戰(zhàn)。”研發(fā)團(tuán)隊(duì)技術(shù)專家韓帥說。團(tuán)隊(duì)在多個(gè)實(shí)驗(yàn)室搭建了缺陷故障模擬平臺(tái)，模擬變壓器、有載分接開關(guān)、斷路器的15類缺陷故障，快速獲得有效異常樣本，為算法的優(yōu)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
經(jīng)過對(duì)算法的持續(xù)優(yōu)化，聲紋智能識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器、斷路器等設(shè)備繞組變形、組部件松動(dòng)、操動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀等異常工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷，為設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷提供了有力支撐。
貫通聲紋數(shù)據(jù)渠道
打造云邊端協(xié)同機(jī)制
今年10月，聲紋數(shù)據(jù)中心和安徽電科院分中心相繼成立，聲紋數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理體系初步形成。11月17日，聲紋數(shù)據(jù)中心成功接收安徽電科院分中心上傳的第一批聲紋在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。這標(biāo)志著電力設(shè)備聲紋在線監(jiān)測(cè)技術(shù)正式進(jìn)入云端集中分析、邊緣側(cè)數(shù)據(jù)處理、端側(cè)智能感知的“云邊端”協(xié)同發(fā)力新階段。
終端數(shù)據(jù)通常是統(tǒng)一傳輸?shù)皆破脚_(tái)后再統(tǒng)一處理。然而隨著設(shè)備數(shù)量增加，上傳數(shù)據(jù)量直線上升，云平臺(tái)的通信和計(jì)算壓力過大，存在傳輸成本高、處理不及時(shí)等問題。
“要充分利用‘邊’的就地處理能力。我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的聲紋智能識(shí)別系統(tǒng)在變電站就可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和處理，這樣就可以減輕聲紋數(shù)據(jù)中心作為云平臺(tái)的壓力?！眮碜試?guó)網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員王維佳說。變電站聲紋智能識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出異常聲紋信號(hào)并上傳至云端的聲紋數(shù)據(jù)中心，能夠支撐算法模型持續(xù)優(yōu)化迭代。目前，聲紋數(shù)據(jù)中心已積累了總時(shí)長(zhǎng)約20萬(wàn)個(gè)小時(shí)的聲紋數(shù)據(jù)。
聲紋數(shù)據(jù)中心聯(lián)合省側(cè)分中心及試點(diǎn)變電站、換流站，實(shí)現(xiàn)模型自動(dòng)下發(fā)更新，無需人工手動(dòng)更新，能提高工作效率，打造現(xiàn)場(chǎng)感知層智能替代、業(yè)務(wù)管控層集約高效、指揮決策層精準(zhǔn)穿透的“云、邊、端”一體化場(chǎng)景應(yīng)用體系，推動(dòng)電網(wǎng)運(yùn)檢工作方式和生產(chǎn)管理模式的革新。
隨著聲紋識(shí)別技術(shù)逐步推廣應(yīng)用，開展電力行業(yè)聲紋在線監(jiān)測(cè)裝置的標(biāo)準(zhǔn)化工作迫在眉睫。目前，團(tuán)隊(duì)已完成了適用于電力設(shè)備的聲紋在線監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制。作為牽頭單位，中國(guó)電科院正繼續(xù)深化與系統(tǒng)內(nèi)外單位的合作，將推動(dòng)擴(kuò)大試點(diǎn)應(yīng)用范圍，形成行業(yè)聲紋監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)聲紋識(shí)別技術(shù)在電力設(shè)備智能運(yùn)維領(lǐng)域的深度應(yīng)用。（中國(guó)電科院供圖）
評(píng)論