國華（河北）新能源有限公司 蘇國軍

當(dāng)前對(duì)于變電站所開展的運(yùn)維工作基本采取人工巡視檢修的方法，運(yùn)維時(shí)間長且工作效率低下、時(shí)效性差。帶電檢測(cè)技術(shù)是一種較完善的技術(shù)，對(duì)變電站運(yùn)維工作具有一定的促進(jìn)作用，利用該技術(shù)開展運(yùn)維工作時(shí)可發(fā)現(xiàn)工作人員無法發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)而能提前找出對(duì)變電站運(yùn)維安全造成影響的隱患，該技術(shù)可不用停電工作、也不會(huì)對(duì)用戶用電造成影響，非常的安全和便捷?？稍趯?duì)變電站設(shè)備進(jìn)行帶電檢測(cè)時(shí)聯(lián)合日常巡檢同步進(jìn)行，進(jìn)而提升對(duì)于電站運(yùn)維工作的效率及可靠性。

1 變電站智能運(yùn)維裝置分析

本次設(shè)計(jì)運(yùn)用分層分布的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行變電站智能化帶電運(yùn)維的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要分成遠(yuǎn)程主站（變電站運(yùn)維監(jiān)控管理平臺(tái)）和站內(nèi)的管理層（變電站智能運(yùn)維裝置）及本地監(jiān)測(cè)層，并包括上下位機(jī)，上位機(jī)是運(yùn)維數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與運(yùn)維的界面，下位機(jī)則為硬件開發(fā)與嵌入式程序，主要是運(yùn)維裝置、采集與監(jiān)測(cè)的單元等。

此系統(tǒng)主要運(yùn)用帶電的檢測(cè)技術(shù)，并接入不同的帶電檢測(cè)傳感器，主要有紅外攝像機(jī)、局部放電檢測(cè)儀、工頻電場(chǎng)檢測(cè)儀、紅外成像測(cè)溫儀、噪聲檢測(cè)儀等。且此系統(tǒng)還能利用遠(yuǎn)程的操控來制定相應(yīng)的運(yùn)維任務(wù)和策略，以及自動(dòng)化采集相關(guān)的運(yùn)維數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析處理后形成運(yùn)維的實(shí)際報(bào)告。此系統(tǒng)無需停電即可操作，針對(duì)變電站不同的設(shè)備制定科學(xué)合理、具有針對(duì)的運(yùn)維任務(wù)，進(jìn)一步提升了變電站運(yùn)維工作的效率。運(yùn)維裝置屬于站內(nèi)管理層，其針對(duì)變電站帶電檢測(cè)系統(tǒng)中由帶電檢測(cè)傳感器所收集的全部數(shù)據(jù)，經(jīng)匯聚和融合及存儲(chǔ)后再經(jīng)通信單元進(jìn)行傳送到主站的管理層（圖1）。

圖1 硬件框圖

智能運(yùn)維裝置的主控采用i.MX6Quad芯片，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理，以及管理和調(diào)度其它模塊。通信部分主要是Wi-Fi與5G通信，Wi-Fi用于和手持終端連接與數(shù)據(jù)傳輸，5G通信則用在和遠(yuǎn)程主站進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)的交互。定位部分主要利用NEO-M8模塊，支持當(dāng)前主流的多種定位系統(tǒng)。存儲(chǔ)部分負(fù)責(zé)程序運(yùn)行及存儲(chǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)，基本使用內(nèi)部和外部兩部分存儲(chǔ)模塊，內(nèi)部存儲(chǔ)主要是1GB DDR3內(nèi)存、4GB eMMC閃存，外部存儲(chǔ)主要是SD卡與固態(tài)硬盤。供電部分主要為系統(tǒng)整體提供安全穩(wěn)定的工作電壓，利用線性穩(wěn)壓器來供應(yīng)所有模塊的電壓。傳感器主要利用主控外設(shè)的接口和主控單元開展數(shù)據(jù)信息的通信，外設(shè)的接口主要有USB、RS-485、RS-232、以太網(wǎng)等接口，用于各種傳感器的連接。變電站的智能運(yùn)維裝置主要設(shè)備有主機(jī)、紅外攝像機(jī)、工頻電場(chǎng)檢測(cè)儀、噪聲檢測(cè)儀、紅外成像測(cè)溫儀。

2 帶電檢測(cè)系統(tǒng)分析

帶電檢測(cè)系統(tǒng)屬于本地監(jiān)測(cè)層，作用是針對(duì)帶電檢測(cè)的傳感器采集數(shù)據(jù)，然后再傳送至智能的運(yùn)維裝置中[1]。系統(tǒng)中主要有以下儀器：

紅外成像測(cè)溫儀。一種新型測(cè)溫傳感器，集成了紅外探測(cè)和成像系統(tǒng)，主要利用熱成像來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱的情況。紅外探測(cè)器利用自身鏡頭把監(jiān)測(cè)目標(biāo)紅外光聚集，然后把采集的紅外信號(hào)傳送到信號(hào)的采集單元[2]，再由紅外圖像處理單元對(duì)數(shù)據(jù)處理分析換成溫度，最后由通信模塊把數(shù)據(jù)傳送至帶電檢測(cè)的系統(tǒng)中。

工頻電場(chǎng)檢測(cè)儀。此儀器針對(duì)變電站工頻電場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，如變電站中的設(shè)備產(chǎn)生缺陷后會(huì)導(dǎo)致工頻電場(chǎng)發(fā)生一定的變化。儀器主要利用球形電容工頻的電場(chǎng)傳感器來采集數(shù)據(jù)，其運(yùn)用球形電容檢測(cè)感應(yīng)的方法對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)。當(dāng)在電場(chǎng)中置入球形電容傳感器后，傳感器外殼電荷量和球心電場(chǎng)的強(qiáng)度成現(xiàn)正比：，式中K代表比例的系數(shù)。傳感器的球殼感應(yīng)電荷測(cè)量電容CM上產(chǎn)生微小電壓，其電壓為將其代入上式得出測(cè)量電壓為經(jīng)接入外部電路檢測(cè)出測(cè)量電容電壓UM（ t），利用本式得出即該點(diǎn)電場(chǎng)。

局部放電檢測(cè)儀。主要利用暫態(tài)地電波檢測(cè)對(duì)局部的放電情況進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜等設(shè)備局部放電的檢測(cè)，暫態(tài)地電壓檢測(cè)原理為：局部放電時(shí)會(huì)制造部分電磁波，其利用設(shè)備傳遞至地面進(jìn)而產(chǎn)生暫態(tài)電壓脈沖信號(hào)。如設(shè)備出現(xiàn)局部放電問題，帶電的設(shè)備把電子傳遞至相關(guān)位置，在此過程中伴有電磁波[3]。當(dāng)電磁波經(jīng)設(shè)備的內(nèi)部向外傳遞時(shí)，其和金屬的物質(zhì)相接即出現(xiàn)瞬間的電壓信號(hào)（暫態(tài)地電壓信號(hào)），而對(duì)暫態(tài)地電壓信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)即可檢測(cè)設(shè)備局部放電的實(shí)際狀況。

3 分層分布變電站的智能帶電運(yùn)維模式分析

智能化的帶電運(yùn)維系統(tǒng)能夠有效的運(yùn)用在變電站日常的運(yùn)維監(jiān)測(cè)工作中，利用遠(yuǎn)程主站的運(yùn)維監(jiān)測(cè)平臺(tái)便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于多設(shè)備進(jìn)行有針對(duì)性的運(yùn)維和任務(wù)，并且可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的運(yùn)維操作，依據(jù)變電站的典型缺陷及典型監(jiān)測(cè)量為基礎(chǔ)，然后再此基礎(chǔ)上使用帶電檢測(cè)傳感器，并選擇合適的數(shù)量及種類加以部署[4]。多種帶電檢測(cè)的傳感器進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)跟蹤，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站較為關(guān)鍵的設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)維的數(shù)據(jù)。并且運(yùn)用該監(jiān)測(cè)管理的平臺(tái)可以對(duì)前端收集的數(shù)據(jù)加以融合處理，并形成監(jiān)測(cè)運(yùn)維的結(jié)果與報(bào)告，提升運(yùn)維工作的可靠性。

3.1 智能化運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)

智能化運(yùn)維最重要部分是多種檢測(cè)傳感器采集的數(shù)據(jù)融合問題。變電站智能運(yùn)維時(shí)傳感器對(duì)于數(shù)據(jù)的采集存在一定的異構(gòu)性且數(shù)據(jù)量非常大，本文則使用D-S證據(jù)理論來處理數(shù)據(jù)融合的算法，其能有效融合不確定性的信息，并能針對(duì)不同的數(shù)據(jù)源和不同類型數(shù)據(jù)加以融合，通過信任函數(shù)表達(dá)和傳感器的監(jiān)測(cè)診斷獲得傳感器特征歸屬狀態(tài)函數(shù)，再通過D-S的判決規(guī)則對(duì)信息開展相應(yīng)的融合，對(duì)各類運(yùn)行的狀態(tài)信任函數(shù)進(jìn)行有效區(qū)分[5]。

變電站智能運(yùn)維決策系統(tǒng)經(jīng)帶電檢測(cè)傳感器數(shù)據(jù)的采集獲取對(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后再經(jīng)D-S對(duì)運(yùn)維的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的融合，最后對(duì)融合結(jié)果結(jié)合運(yùn)維專家?guī)鞂?duì)運(yùn)行的狀態(tài)異常進(jìn)行相應(yīng)的有效判定。當(dāng)運(yùn)行產(chǎn)生異常時(shí)則發(fā)出相應(yīng)的告警，然后依據(jù)運(yùn)維的最終結(jié)果決定運(yùn)維的各項(xiàng)需求并形成報(bào)告進(jìn)行上報(bào)。智能運(yùn)維的決策系統(tǒng)流程如下：效果-獲取帶電檢測(cè)傳感器數(shù)據(jù)-傳感數(shù)據(jù)預(yù)處理-變電站運(yùn)維數(shù)據(jù)融合（D-S證據(jù)理論）-變電站運(yùn)行狀態(tài)異常判定-如否，轉(zhuǎn)運(yùn)維結(jié)果/如是，異常報(bào)警后轉(zhuǎn)運(yùn)維結(jié)果-運(yùn)維報(bào)告。

3.2 智能化運(yùn)維的創(chuàng)新

變電站運(yùn)維。對(duì)傳統(tǒng)的運(yùn)維各項(xiàng)工作進(jìn)行了升級(jí)，對(duì)涉及檢測(cè)的項(xiàng)目均開展在線監(jiān)測(cè)，并增加一些常規(guī)帶電檢測(cè)的內(nèi)容[6]，如設(shè)備紅外測(cè)溫、局部放電檢測(cè)、電場(chǎng)的強(qiáng)度檢測(cè)、開關(guān)柜局部放電檢測(cè)等；運(yùn)維人員安排。運(yùn)維系統(tǒng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，當(dāng)系統(tǒng)部署結(jié)束后，可依據(jù)設(shè)備特點(diǎn)設(shè)定科學(xué)合理的運(yùn)維策略及任務(wù)，智能化的運(yùn)維系統(tǒng)通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，然后再對(duì)數(shù)據(jù)開展融合的分析，最終形成運(yùn)維的實(shí)際報(bào)告，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作人員依據(jù)報(bào)告開展下一步的工作，無需運(yùn)維人員再到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，能達(dá)到全天候開展運(yùn)維的任務(wù)，大量節(jié)省工作量，提升運(yùn)維工作的效率。

運(yùn)維效率。部署智能運(yùn)維的系統(tǒng)可在不同節(jié)點(diǎn)來同時(shí)開展運(yùn)維的任務(wù)，并能達(dá)到對(duì)全站設(shè)備同步運(yùn)維監(jiān)測(cè)。運(yùn)用分層分布變電站的智能運(yùn)維系統(tǒng)可提高運(yùn)維的智能化水平[7]，并提升管理效率、加強(qiáng)運(yùn)維手段、減少人力投入，進(jìn)而降低員工的工作量。

3.3 應(yīng)用驗(yàn)證

通過在某一變電站中運(yùn)用分層分布變電站的智能帶電運(yùn)維系統(tǒng)，對(duì)缺陷監(jiān)視在不同運(yùn)維場(chǎng)景檢測(cè)所需儀器如下：局部放電。工頻電場(chǎng)檢測(cè)儀、噪聲檢測(cè)儀、局部放檢測(cè)儀；發(fā)熱。紅外成像測(cè)溫儀、紅外攝像機(jī)；滲油及單一間隔通信失靈均選用紅外攝像機(jī)。對(duì)設(shè)備監(jiān)視在不同運(yùn)維場(chǎng)景檢測(cè)所需儀器如下：GIS。紅外攝像機(jī)、局部放電檢測(cè)儀、工頻電場(chǎng)檢測(cè)儀；斷路器。紅外攝像機(jī)、工頻電場(chǎng)檢測(cè)儀、噪聲檢測(cè)儀、局部放電檢測(cè)儀；主變。紅外攝像機(jī)、紅外成像測(cè)溫儀；互感器及隔離開關(guān)均選用紅外攝像機(jī)、紅外成像測(cè)溫儀、工頻電場(chǎng)檢測(cè)儀。

經(jīng)遠(yuǎn)程主站對(duì)運(yùn)維監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定，主要是不同設(shè)備運(yùn)維的策略和時(shí)間，經(jīng)智能運(yùn)維的裝置采集相關(guān)的數(shù)據(jù)并融合后發(fā)送至遠(yuǎn)程主站，主站再根據(jù)運(yùn)維的任務(wù)結(jié)束后形成報(bào)告。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用顯示，分層分布變電站的智能帶電運(yùn)維系統(tǒng)可提升運(yùn)維工作更加智能化，節(jié)省大量人員成本投入。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：具有高水平的網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化，智能化的帶電運(yùn)維系統(tǒng)與運(yùn)維實(shí)踐加以有效的融合，將運(yùn)維工作人員現(xiàn)實(shí)的相關(guān)需求進(jìn)行綜合，再把將網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化及智能化結(jié)合至現(xiàn)實(shí)問題中，與國家制定發(fā)展智能變電站的方向相同；具有較高運(yùn)維工作效率，能有效對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再以綜合運(yùn)維報(bào)告進(jìn)行上報(bào)，進(jìn)一步提升運(yùn)維工作的效率；具有較高經(jīng)濟(jì)效益，智能化的運(yùn)維模式能提升運(yùn)維水平，進(jìn)而確保電站穩(wěn)定正常運(yùn)行，由此減少設(shè)備出現(xiàn)故障的機(jī)率，由此具有良好的經(jīng)濟(jì)性；具有較好的擴(kuò)展性并容易推廣使用，該運(yùn)維系統(tǒng)能擴(kuò)展不同的帶電檢測(cè)傳感器。