變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

呂麗鷗

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引 言

變電站設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)是保證電力系統(tǒng)安全性和可靠性的基礎(chǔ)。設(shè)備運(yùn)行中因過(guò)熱問(wèn)題導(dǎo)致的故障時(shí)有發(fā)生，一旦出現(xiàn)故障，必然會(huì)引起變電站事故的發(fā)生。我國(guó)電力設(shè)備和技術(shù)的不斷完善，有效降低了電力設(shè)備的熱故障概率，保障設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)和變電站的安全。

1 變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展與作用

1.1 熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的發(fā)展

20世紀(jì)70年代開(kāi)始，我國(guó)致力于變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)研究，并逐步將紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)中。2000年以后，隨著紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展成熟，加之使用價(jià)格不斷下降，國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)采用紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行診斷，能清晰、準(zhǔn)確地判斷變電站設(shè)備的內(nèi)外部故障，準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)位置，并判斷嚴(yán)重程度。

2009年，智能無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)，標(biāo)志著變電站設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)全天候精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。通過(guò)分析熱隱患，利用軟件預(yù)測(cè)變電站溫度發(fā)展趨勢(shì)，為檢修工作提供依據(jù)。

2015年，利用人工智能（Artificial Intelligence）技術(shù)建立變電站設(shè)備巡檢實(shí)用型系統(tǒng)。利用智能型機(jī)器人實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部無(wú)人化監(jiān)測(cè)，其攜帶的溫度控制儀器能對(duì)可見(jiàn)光和熱故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)；利用紅外攝像頭對(duì)變電站進(jìn)行全面動(dòng)態(tài)布控，掌握變電站設(shè)備的運(yùn)行溫度資料。

1.2 熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的作用

變電站設(shè)備熱故障檢監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，主要采用紅外線(xiàn)診斷技術(shù)。該技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，具體如下：（1）監(jiān)測(cè)中不需要接觸、采樣及解體設(shè)備，操作十分簡(jiǎn)單，對(duì)開(kāi)展?fàn)顟B(tài)診斷十分必要；（2）效率高、速度快，能清晰反饋?zhàn)冸娬驹O(shè)備的溫度情況，一般幾個(gè)小時(shí)就能監(jiān)測(cè)幾百臺(tái)設(shè)備；（3）能直接診斷故障位置和嚴(yán)重程度；（4）根據(jù)診斷結(jié)構(gòu)分析設(shè)備類(lèi)型、故障原因；（5）成本低、安全性高、準(zhǔn)確度高。

紅外線(xiàn)診斷技術(shù)在變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用成效十分明顯，保證了電力安全生產(chǎn)，提升了可靠性，而且經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。目前，紅外診斷技術(shù)已成為電力設(shè)備檢測(cè)、普查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、及時(shí)搶修杜絕出現(xiàn)惡性突發(fā)性設(shè)備事故的一種有效手段[1]。

2 熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)是由軟件和硬件相結(jié)合的綜合診斷系統(tǒng)。軟件驅(qū)動(dòng)控制硬件進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)，主要是對(duì)變電站設(shè)備中因氧化、松動(dòng)等引起的電阻增大導(dǎo)致的發(fā)熱等因素以及發(fā)熱設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，排除故障。

傳統(tǒng)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器和固定點(diǎn)組成，傳感器和控制總臺(tái)進(jìn)行信息傳輸，在信息傳遞和監(jiān)測(cè)上存在一定的滯后性，因?yàn)楦唠妷翰荒芙嚯x測(cè)溫，變電站設(shè)備放熱能力太大，造成傳感器失靈情況時(shí)有發(fā)生，十分不利于檢測(cè)變電站的環(huán)境。目前，我國(guó)變電站采用紅外測(cè)溫儀測(cè)溫，能近距離、非接觸式測(cè)溫，減少高電壓危險(xiǎn)，并且減少大量因?yàn)閭鞲衅鲗?dǎo)致的信號(hào)源和信號(hào)線(xiàn)問(wèn)題。利用紅外測(cè)溫儀能全方位、多角度檢測(cè)發(fā)熱點(diǎn)，增大測(cè)溫范圍，監(jiān)測(cè)周?chē)冸娬驹O(shè)備情況[2]。監(jiān)測(cè)的同時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)溫度場(chǎng)輻射式遞減分布信息，啟動(dòng)云臺(tái)進(jìn)行搜索，快速監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)熱點(diǎn)，同時(shí)利用軟件控制設(shè)備準(zhǔn)確定位，找出故障點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)熱故障排除的目的。

3 變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

變電站熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)硬件包括工控機(jī)、轉(zhuǎn)換器、解碼器、紅外測(cè)溫儀、監(jiān)控?cái)z像機(jī)及云臺(tái)等，具體如圖1所示。在系統(tǒng)硬件組成中，以紅外測(cè)溫儀為主要的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，以工控機(jī)為處理核心，利用網(wǎng)路TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，構(gòu)造功能齊全的變電站熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。

圖1 硬件系統(tǒng)架構(gòu)

3.1.1 紅外熱像儀

在線(xiàn)紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器，將被檢測(cè)物體以熱譜圖進(jìn)行呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的非接觸熱故障監(jiān)測(cè)。儀器具有溫度測(cè)控能力，能配合軟件使用，通過(guò)儀器設(shè)置相應(yīng)的測(cè)溫點(diǎn)、線(xiàn)或者區(qū)域反饋相關(guān)信息，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的在線(xiàn)狀態(tài)分析，及時(shí)做出報(bào)警預(yù)判。

3.1.2 監(jiān)控?cái)z像機(jī)

變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)采用高質(zhì)量、高分辨率的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，結(jié)合紅外測(cè)溫儀，全天候、多時(shí)段、自動(dòng)采集、存儲(chǔ)清晰的影像。同時(shí)，配置一臺(tái)CCD傳感器，利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)紅外燈照射成像，彌補(bǔ)光線(xiàn)不佳的情況，擴(kuò)大變電站設(shè)備的感光光譜范圍。

3.1.3 云 臺(tái)

云臺(tái)是變電站設(shè)備熱故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的重要組成部分，是控制紅外線(xiàn)測(cè)溫儀和監(jiān)控?cái)z像頭的中樞系統(tǒng)。通過(guò)可視化平臺(tái)的操作，它可實(shí)現(xiàn)視頻圖像和紅外信號(hào)坐標(biāo)顯示，從而完成故障點(diǎn)的顯示和點(diǎn)位。

3.2 軟件組成設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

變電站熱故障智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件組成主要分為3個(gè)層面，如圖2所示。首先，系統(tǒng)設(shè)備對(duì)應(yīng)軟件模塊，系統(tǒng)中硬件工控機(jī)、解碼器、云臺(tái)及紅外測(cè)溫儀作為基礎(chǔ)支撐，軟件要不斷控制這些設(shè)備進(jìn)行互相通信，所以需預(yù)先設(shè)定變電站設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控參數(shù)。其次，變電站設(shè)備信息采集和設(shè)備熱故障信息的收集，監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，軟件要兼容硬件設(shè)備，對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備定位及故障診斷有一個(gè)兼容模式。最后，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)作為熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的重點(diǎn)部分，當(dāng)系統(tǒng)設(shè)備、變電站設(shè)備運(yùn)行后，可對(duì)變電站熱故障隱患進(jìn)行定位顯示，并及時(shí)報(bào)警以及進(jìn)行故障信息處理[3]。

圖2 軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 軟件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由核心交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、客戶(hù)端及應(yīng)用服務(wù)器等組成，如圖3所示。各個(gè)環(huán)節(jié)之間應(yīng)用交換機(jī)和核心交換機(jī)相互連接，對(duì)各個(gè)客戶(hù)端進(jìn)行組織，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)，形成服務(wù)器/客戶(hù)端結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

在變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)診斷軟件系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)體系中，因采用服務(wù)器/客戶(hù)端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各個(gè)客戶(hù)端之間可以實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)連接，避免外部網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定因素和網(wǎng)絡(luò)延遲，有效提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理效率。在數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)方面，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器中，客戶(hù)端只要登錄即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)信息訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)時(shí)查看當(dāng)前及歷史數(shù)據(jù)信息[4]。

圖3 軟件系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

4 結(jié) 論

變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，保障了電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。實(shí)踐研究得知，變電站設(shè)備熱故障主要是由電纜接頭、刀閘觸頭等引起的，導(dǎo)致電阻增大，使得設(shè)備在運(yùn)行中產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。因此，變電站設(shè)備熱故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)從硬件和軟件兩方面入手，實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，減少電力設(shè)備過(guò)熱故障造成的設(shè)備事故，大大降低電力設(shè)備過(guò)熱造成的經(jīng)濟(jì)損失，有效提升變電站的安全系數(shù)。