李林格 邱開金

摘 要：在使用GIS設(shè)備的過程中會不可避免地發(fā)生故障，如果發(fā)生故障就進行破拆檢修，會造成嚴重的損失。利用X射線對GIS設(shè)備進行非接觸式的無損檢測是一種有效的外部診斷手段，可以確保GIS在不破拆的情況安全運行。本文提出一種X射線圖的GIS設(shè)備網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)GIS設(shè)備X射線圖像分布式存儲，診斷結(jié)果共享，供各專家會診，從而提高GIS設(shè)備故障診斷的準確性，增強設(shè)備的可靠性。

關(guān)鍵詞：GIS設(shè)備;X射線圖像網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng);缺陷;故障診斷

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0016-04

Abstract： In the process of using GIS equipment， faults will inevitably occur. If faults occur， dismantling and maintenance will cause serious losses. Non-contact non-destructive testing of GIS equipment by X-ray is an effective means of external diagnosis， which can ensure the safe operation of GIS without breaking down. In this paper， a network diagnosis system for GIS equipment based on X-ray maps was proposed. The distributed storage of X-ray images of GIS equipment was realized through the network， and the diagnostic results were shared for consultation by experts， so as to improve the accuracy of fault diagnosis for GIS equipment and enhance the reliability of the equipment.

Keywords： GIS equipment;X-ray image network diagnosis system;defects;fault diagnosis

1 GIS電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)與缺陷分析

1.1 GIS電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)

GIS電氣設(shè)備的主要電氣部件均裝在填充有絕緣氣體的密封金屬容器內(nèi)[1]（見圖1和圖2）。GIS電氣設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、母線、電流互感器、電壓互感器、就地控制柜和電纜終端。GIS電氣設(shè)備從功能可劃分為內(nèi)部傳動系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、SF6絕緣系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。

1.2 GIS電氣設(shè)備的缺陷分析

根據(jù)GIS設(shè)備的功能來討論，產(chǎn)品缺陷可能出現(xiàn)在以下幾個地方。

1.2.1 密封系統(tǒng)。①焊接設(shè)備部位有砂眼，密封面的密封性不足，運行一段時間后，密封容器內(nèi)氣體壓力下降;②連接管道或繼電器底座老化、開裂導致設(shè)備密封氣體向外泄漏;③設(shè)備滲漏氣隔間會相互影響，如果其中一個氣隔間絕緣降低存在滲漏，其余部分也會受到影響。

1.2.2 SF6絕緣系統(tǒng)。①SF6絕緣系統(tǒng)絕緣性能下降，使氣體微水超標，或氣體純度不合格;②部分廠家用有機物制造的吸濕劑容器，老化后產(chǎn)生雜質(zhì)，從而影響運行;③繼電器的二次接線終端受潮誤發(fā)信，致使DC系統(tǒng)接地[2]。

1.2.3 儲能系統(tǒng)。①液壓彈簧機構(gòu)的管道、壓力容器，或者氣壓彈簧機構(gòu)存在泄露;②儲能機構(gòu)電機長期運行或被頻繁打壓，導致燒損。

1.2.4 電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)缺陷主要體現(xiàn)在合閘線圈、分閘線圈、繼電器損壞[3]。

2 GIS電氣設(shè)備的X射線圖像網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由總局BS/CS混合服務(wù)器單元、地方電力局CS客戶端單元、離線專家客戶端單元三部分組成（見圖3）?？偩諦S/CS混合服務(wù)器單元只有一個，位于電力局總部;地方電力局CS客戶端單元分布在各地方電力局[4]?？偩諦S/CS混合服務(wù)器單元和地方電力局CS客戶端單元在電力局內(nèi)網(wǎng)內(nèi)。GIS設(shè)備X射線圖像及診斷參數(shù)分布式地存在總局和地方電力局的數(shù)據(jù)庫中，通過參數(shù)趨勢，對這些參數(shù)設(shè)置限制，然后根據(jù)指定的參數(shù)與其限度進行比較來做出維護決策[5];也可以通過導出模塊導出，再通過郵箱、微信等傳給外網(wǎng)專家，外網(wǎng)專家診斷后，再傳回給地方電力局CS客戶端單元。

2.2 各單元結(jié)構(gòu)

2.2.1 地方電力局CS客戶端單元。地方電力局CS客戶端單元由地方局CS客戶端主控模塊、客戶端遠程X射線圖像接收發(fā)送模塊、客戶端參數(shù)文本接收發(fā)送模塊等組成（見圖4）。

地方電力局CS客戶端單元的操作流程如下。用戶通過登錄模塊進入系統(tǒng)，在X射線圖像輸入模塊打開GIS設(shè)備X射線圖像，遠程X射線圖像接收發(fā)送模塊把圖像發(fā)送給總局BS/CS混合服務(wù)器單元，再由總局存儲并分發(fā)給其他各地的地方電力局CS客戶端單元存儲;用戶使用圖像處理及本地診斷模塊對圖像進行操作，圖像操作參數(shù)產(chǎn)生模塊記錄用戶的操作，診斷文本產(chǎn)生模塊產(chǎn)生診斷文本，一方面通過數(shù)據(jù)庫輸入模塊把操作參數(shù)和診斷文本存入本地數(shù)據(jù)庫，另一方面通過參數(shù)文本接收發(fā)送模塊發(fā)送給總局BS/CS混合服務(wù)器單元存儲在數(shù)據(jù)庫中。專家系統(tǒng)能夠持續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)狀況并做出專家決策。由于專家系統(tǒng)是以實際人類專家為模型的，如果事先設(shè)定的本地診斷模塊的邏輯存在缺陷，專家系統(tǒng)的本地數(shù)據(jù)庫可能存在固有的缺陷。但是，通過選擇多位專家來驗證規(guī)則和邏輯，則可以避免缺陷并及時更新診斷邏輯[6]。

地方局CS客戶端主控模塊用于地方電力局CS客戶端單元各模塊之間的操作流程?？蛻舳说卿浤K執(zhí)行用戶認證操作時，輸入用戶名和密碼，并進入系統(tǒng)，也可以注冊并更改密碼。X射線圖像輸入模塊實現(xiàn)把X射線設(shè)備拍攝的圖像輸入系統(tǒng)中?？蛻舳诉h程X射線圖像接收發(fā)送模塊實現(xiàn)把X射線大圖像傳送給總局BS/CS混合服務(wù)器單元，同時也接收總局BS/CS混合服務(wù)器單元傳來的其他電力局的X射線大圖像。客戶端圖像處理及本地診斷模塊可以對輸入的圖像進行變換處理，并診斷X射線圖像是否正常?？蛻舳藞D像操作參數(shù)產(chǎn)生模塊提取用戶的對比度、亮度、銳度、灰階提升等操作參數(shù)，只需要這些參數(shù)就可以通過原始的X射線圖像恢復用戶診斷場景時的圖像，不用每次存儲操作后的圖像。各電力局都存有X射線圖像的復本，所以，只需要傳輸操作參數(shù)，就可以恢復用戶診斷場景時的圖像，不需要把診斷場景時的圖像在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。客戶端診斷文本產(chǎn)生模塊提供診斷表格，供用戶填寫，系統(tǒng)記錄用戶填入的字段內(nèi)容，連同操作參數(shù)一起通過客戶端參數(shù)文本接收發(fā)送模塊發(fā)送給總局BS/CS混合服務(wù)器單元?？蛻舳藬?shù)據(jù)庫輸入輸出模塊負責把操作參數(shù)、診斷文本、X射線圖像等存入本地數(shù)據(jù)庫中，也可以從本地數(shù)據(jù)庫中提取操作參數(shù)、診斷文本和X射線圖像。如果遇到疑難癥狀，或者需要交流討論，可進入實時在線專家會診模塊進行在線診斷，不同專家可以對同一幅X射線圖像進行會診。各用戶使用該模塊產(chǎn)生的操作圖像參數(shù)和診斷聊天的文本可以通過客戶端參數(shù)文本接收發(fā)送模塊發(fā)送給總局BS/CS混合服務(wù)器單元，再由總局BS/CS混合服務(wù)器單元分發(fā)到各電力局客戶端實時在線專家會診模塊中。而通過客戶端導入導出模塊，可以把X射線圖像連同診斷文本、操作參數(shù)導出，通過郵箱、微信等方式發(fā)送給網(wǎng)外離線專家客戶端單元，由離線專家進行診斷，并將診斷結(jié)果導入地方電力局CS客戶端單元。

2.2.2 總局BS/CS混合服務(wù)器單元結(jié)構(gòu)?？偩諦S/CS混合服務(wù)器單元由總局BS/CS混合服務(wù)器主控模塊、服務(wù)器遠程X射線圖像接收發(fā)送模塊等組成（見圖5）。

總局BS/CS混合服務(wù)器單元的數(shù)據(jù)流程如下。服務(wù)器登錄模塊在各電力局登錄后，BS查詢模塊中可查詢各電力局上傳圖像的信息、可對有診斷結(jié)果信息在BS報表生成模塊中生成報表，在BS打印模塊中打印;CS數(shù)據(jù)偵聽模塊不斷偵聽圖像接收發(fā)送模塊和服務(wù)器參數(shù)文本接收發(fā)送模塊，也可通過服務(wù)器遠程X射線圖像接收發(fā)送模塊、服務(wù)器參數(shù)文本接收發(fā)送模塊轉(zhuǎn)發(fā)到各地方電力局CS端客戶端單元。機器自動識別模塊將識別結(jié)果送給主控模塊。

客戶端輸入輸出模塊實現(xiàn)把操作參數(shù)、診斷文本及圖像導出，送給外網(wǎng)離線專家客戶端單元?？偩諦S/CS混合服務(wù)器主控模塊用于各模塊之間操作流程的控制。服務(wù)器登錄模塊輸入用戶名和密碼進入系統(tǒng)，也可以注冊和修改密碼。BS查詢模塊主要查詢各電力局的GIS設(shè)備信息;BS報表生成模塊按一定格式輸出檢測報告;BS打印模塊可以在線打印報表及各種查詢結(jié)果。服務(wù)器遠程X射線圖像接收發(fā)送模塊和服務(wù)器參數(shù)文本接收發(fā)送模塊分別與地方電力局CS客戶端單元中的客戶端遠程X射線圖像接收發(fā)送模塊和客戶端參數(shù)文本接收發(fā)送模塊相連，進行地方電力局CS客戶端單元和總局BS/CS混合服務(wù)器單元間X射線圖像和參數(shù)文本相互傳輸。與此同時，搭建起機器自動識別模塊深度學習框架，憑借圖片診斷數(shù)據(jù)作為機器深度學習訓練數(shù)據(jù)，以提高機器自動識別準確率。

2.2.3 離線專家客戶端單元結(jié)構(gòu)。離線專家客戶端單元由離線客戶端導入導出模塊、離線客戶端主控模塊等模塊組成（見圖6）。

3 GIS電氣設(shè)備的X射線圖像網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)的優(yōu)點

①把X射線圖像由本地診斷做成網(wǎng)絡(luò)診斷，各電力局都能快速查看其他局的診斷結(jié)果，也能快速會診，有利于大家進行交流，共同提高診斷水平。

②GIS設(shè)備X射線圖像采用分布式存儲，各電力局都存有其他電力局的復本，有利于保證存儲安全。

③服務(wù)器采用機器自動識別模塊，利用深度學習框架把每次的診斷結(jié)果都作為深度學習訓練數(shù)據(jù)，進一步提高了機器自動識別水平，加快了問題處理速度。

4 GIS電氣設(shè)備的X射線圖像網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

GIS設(shè)備X射線圖像往往比較大且有時不夠清晰，X射線圖像網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)中的專家系統(tǒng)需要判斷X射線圖像是否進行圖像增強變換，以便提高顯示故障的效率;現(xiàn)有GIS設(shè)備X射線圖像大多在本地實時檢測，在本地電力局不能準確判斷時，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)GIS設(shè)備X射線圖像分布式存儲，診斷結(jié)果共享，專家共同會診，必將提高故障判斷的準確性，增加設(shè)備的可靠性。

參考文獻：

[1]陳林東.GIS設(shè)備缺陷分析及檢測技術(shù)研究[D].廣東：華南理工大學，2012.

[2]王妍瑋.工業(yè)X射線圖像處理技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2013.

[3]李普明，朱林，黃偉.廣東電網(wǎng)GIS設(shè)備應用現(xiàn)狀與缺陷應對策略[J].機電工程技術(shù)，2012（3）：6-9.

[4]陳敏，陳雋，劉常穎，等.GIS超聲波、超高頻局部放電檢測方法適用性研究與現(xiàn)場應用[J].高壓電器，2015（8）：186-191.

[5]Jardine A K S. Optimizing condition based maintenance decisions[C]// Reliability & Maintainability Symposium. 2002.

[6]劉有為，李光范，高克利，等.制訂《電氣設(shè)備狀態(tài)維修導則》的原則框架[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003（6）：64-67.