特高壓變電站電抗器火災(zāi)故障在線預(yù)警系統(tǒng)

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司 張兆君

南京大學(xué) 計(jì)算機(jī)系 余 勁

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司 陳夢(mèng)濤 虞云翔 舒志海 喻春雷

針對(duì)目前社會(huì)發(fā)展需求對(duì)特高壓變電站的抗電器火災(zāi)故障預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先分析了火災(zāi)故障的發(fā)生原因和特征因素，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的電子信息測(cè)控技術(shù)對(duì)特高壓變電站工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，利用電抗器溫度數(shù)字化傳感技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)故障預(yù)警檢測(cè)以及信息傳輸通訊等優(yōu)化了火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊，從而保障特高壓變電站安全、健康的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)特高壓變電站電抗器火災(zāi)故障在線預(yù)警系統(tǒng)可以更好的對(duì)火災(zāi)隱患進(jìn)行檢測(cè)。

引言：為了更好的對(duì)特高壓變電站電抗器火災(zāi)故障進(jìn)行有效預(yù)警，分析并優(yōu)化了特高壓變電站電抗器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)火災(zāi)故障在線預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到延長(zhǎng)電力設(shè)備壽命的目標(biāo)。火災(zāi)故障在線預(yù)警系統(tǒng)系的設(shè)計(jì)采用了全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可更加快速的對(duì)特高壓變電站溫度變化情況進(jìn)行檢測(cè)，克服了傳統(tǒng)電抗器運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的溫度變化檢測(cè)誤差等缺點(diǎn)，并及時(shí)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和傳輸，有效提高了特高壓變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

1 特高壓變電站電抗器運(yùn)行特征

在特高壓變電站中，電抗器常應(yīng)用于超高場(chǎng)景下，導(dǎo)致電抗器電壓過(guò)高,易出現(xiàn)溫度提高耗損電路設(shè)備，影響工作效率等問(wèn)題。在點(diǎn)抗戰(zhàn)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)其溫度情況以及可靠性等指標(biāo)檢測(cè)的準(zhǔn)確度和實(shí)時(shí)性要求極高。

特高壓變電站電抗器多分為干式電抗器和油浸式兩種，干式電抗器因?yàn)槠鋼p耗小、噪聲低、強(qiáng)度高、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、電抗值線性等特點(diǎn)，得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。隨著干式電抗器投運(yùn)數(shù)量的增加，由于產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，惡劣天氣對(duì)設(shè)備的影響，電抗器運(yùn)行故障頻繁發(fā)生，其中一些嚴(yán)重的故障導(dǎo)致設(shè)備完全燒毀甚至引發(fā)局部火災(zāi)，波及其他正常運(yùn)行的設(shè)備，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 電抗器火災(zāi)故障在線預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 火災(zāi)故障數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)

為了更好的對(duì)火災(zāi)隱患預(yù)警信息進(jìn)行傳輸，避免延時(shí)等問(wèn)題，將預(yù)警系統(tǒng)中的操作站與數(shù)據(jù)采集模塊相連接，利用芯片級(jí)數(shù)字采集系統(tǒng)對(duì)電抗器現(xiàn)場(chǎng)總線運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和存儲(chǔ)，由于特高壓變電站中電力數(shù)據(jù)相對(duì)較大，為了更好的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行優(yōu)化，以保障該模塊在運(yùn)行期間可有效支持64個(gè)以上的智能溫度傳感器進(jìn)行高效運(yùn)轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

在本文設(shè)計(jì)火災(zāi)預(yù)警數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)對(duì)控制命令進(jìn)行發(fā)送、以及接收運(yùn)行數(shù)據(jù)的模塊為上位機(jī)。為了更好的對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析、大量存儲(chǔ)和及時(shí)顯示，需要對(duì)上位機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。利用對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行隔離，以便更好的保障上位機(jī)信息傳輸順利，連接總線以便將預(yù)警指令及時(shí)發(fā)送至下位機(jī)的接口轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中下位機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)火災(zāi)隱患信息進(jìn)行采集和排查，準(zhǔn)確的計(jì)算出特高壓變電站電抗器的多路溫度數(shù)據(jù)，并及時(shí)將計(jì)算和排查結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)地顯示在屏幕上，根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)電抗器設(shè)備的在線溫度、歷史溫度以及溫度變化曲線進(jìn)行繪制。為了保障設(shè)備運(yùn)行安全，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)置了自動(dòng)保存瀏覽歷史數(shù)據(jù)的附加模塊。以便相關(guān)工作人員直接進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)修改、刪除等功能。

圖1 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框架

2.2 火災(zāi)故障在線預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的處理技術(shù)通常是根據(jù)煙霧的形狀性動(dòng)態(tài)特征、顏色特征等，對(duì)煙霧進(jìn)行特征性識(shí)別，由于天氣原因、相似特征對(duì)象等，通常會(huì)造成較大的干擾，本項(xiàng)目首次提出了最低像素特征值、區(qū)域性梯度均值化、動(dòng)態(tài)偵測(cè)、前后景分離相結(jié)合的煙霧圖像識(shí)別技術(shù)方法。

為保證特高壓變電站運(yùn)行安全，在火災(zāi)故障在線預(yù)警中，結(jié)合了實(shí)時(shí)采集視頻對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和傳遞到站端后臺(tái)分析子系統(tǒng)。系統(tǒng)后臺(tái)分析子系統(tǒng)根據(jù)算法對(duì)采集的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，在存儲(chǔ)告警歷史數(shù)據(jù)的同時(shí)向展示子系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸分析結(jié)果。視頻聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)可快速將產(chǎn)生的告警發(fā)送給站內(nèi)原有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，預(yù)警系統(tǒng)視頻監(jiān)控客戶端彈出窗口，打開(kāi)問(wèn)題設(shè)備對(duì)應(yīng)的視頻探頭，共享各個(gè)分析系統(tǒng)內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和計(jì)算資源。展示子系統(tǒng)通過(guò)圖表、曲線、告警、視頻等方式直觀的向用戶展示設(shè)備工作的各種狀態(tài)。如圖2所示。

圖2 火災(zāi)故障在線預(yù)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的高清紅外夜視球機(jī)捕捉電抗器運(yùn)行狀視頻數(shù)據(jù)，攝像機(jī)通過(guò)站端局域網(wǎng)與站端后臺(tái)分析子系統(tǒng)互聯(lián)。站端分析子系統(tǒng)通過(guò)站端局域網(wǎng)與16路以太網(wǎng)繼電器相連，繼電器通過(guò)信號(hào)線與站內(nèi)視頻服務(wù)器（NVR）相連，站端分析子系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)繼電器將報(bào)警數(shù)據(jù)傳輸給原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)。每個(gè)站端后臺(tái)分析子系統(tǒng)由運(yùn)行著分析軟件的分布式刀片服務(wù)器組成。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為檢驗(yàn)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，在同等環(huán)境下對(duì)電抗器數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)分析，對(duì)比傳統(tǒng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理效果與本文優(yōu)化的預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理效果進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，得到圖3。

圖3 火災(zāi)預(yù)警數(shù)據(jù)處理情況對(duì)比檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)上圖3檢測(cè)結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于傳統(tǒng)預(yù)警系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的火災(zāi)故障預(yù)警系統(tǒng)可更加快速準(zhǔn)確的對(duì)大量系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，極大的提高了工作效率。為了進(jìn)一步對(duì)故障預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行檢測(cè)，保障特高壓變電站運(yùn)行安全，在同等環(huán)境下對(duì)火災(zāi)故障預(yù)警系統(tǒng)敏感度進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 火災(zāi)故障預(yù)警敏感度對(duì)比檢測(cè)結(jié)果

本文優(yōu)化的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)溫度變化情況更為敏感，可以更加快速的對(duì)升溫情況進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)警，有效達(dá)到了避免火災(zāi)隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了更好的促進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)，保障用電安全，對(duì)特高壓變電站電抗器設(shè)備火災(zāi)故障在線預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析和研究了傳統(tǒng)預(yù)警系統(tǒng)功能模塊，優(yōu)化了火災(zāi)預(yù)警數(shù)據(jù)處理模塊和火災(zāi)以達(dá)到提高特高壓變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性的設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)，結(jié)合數(shù)字溫度傳感器的特高壓變電站電抗器火災(zāi)故障在線預(yù)警系統(tǒng)可更好的對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和檢測(cè)，及時(shí)判斷火災(zāi)隱患，其運(yùn)行效果和敏感性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)預(yù)警設(shè)備，可更好的保障特高壓變電站運(yùn)行安全。