基于電氣信息的變電設備狀態漸變過程監控方案

文/尚萌萌

變電設備（transformer）是電力系統中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的電力設備，集中于各地變電站中，通過變壓器將各級電壓的電網聯系起來，實現電能的輸/配送。20世紀后期以來，我國社會發展建設水平明顯加快，各地電力設施越發完善，變電設備的安全性也因此獲取了更多關注。本文就基于電氣信息的變電設備狀態漸變過程進行分析，設計監控方案。

1 基于電氣信息的變電設備狀態漸變過程監控方案

1.1 方案拓撲學結構

考慮到變電設備本身較為多樣，且變電站內的工作環節也較為復雜，為保證監控方案能夠實時對變電設備的漸變過程進行收集、獲取電氣信息，擬應用分散式監控方法，通過CAN總線系統借助有線通信的方式實現信息的高效傳遞。信息收集主要借助傳感器進行，分析過程在智能監控設備中完成。綜上，方案的拓撲結構：傳感器—CAN總線系統—導線—智能監控器—導線—管理處。智能監控器通過識別，發現傳感器傳輸的信息存在異常則發生警報，反之系統繼續進行常規的監控工作。

表1：仿真實驗結果

1.2 核心技術

方案的核心技術包括通信技術、總線技術、傳感器技術以及智能技術四大方面，另包括數字化技術、信號轉化技術等輔助技術。通信技術均采用有線通信方式，考慮到變電設備可能對無線信號產生干擾，因此不應用無線通信方法。CAN總線技術主要用于處理分散式智能監控器傳輸的信號，為避免不同監控器的信號產生相互影響，同時保證信息傳輸的實時性，結合監控器數目設置若干可同步工作的不同信道，借助CAN總線系統進行管理。傳感器主要負責收集監控對象的各類信息，并以1s為間隔不斷借助有線通信技術傳輸給智能監控器，由監控器進行識別。智能技術是方案的核心，通過機器訓練法使監控器具有識別能力，實現電氣信息的分析，判斷變電設備狀態漸變情況。

1.3 機器訓練法

變電設備狀態漸變是一個過程，牽涉到多個因素，針對所有因素進行分析并不現實。與此同時，結合目前各地變電站工作資料可以發現，幾乎所有變電設備出現故障時，其直接變現均帶有一致性特點，如電壓降低、電壓不穩、電流波動、電流消失、設備溫度升高等。擬應用多維度訓練法進行機器訓練，保證智能監控器的識別能力。如變壓器的工作溫度，在常規工作態勢下，其溫度參數往往是穩定的，會圍繞一個標準值出現少許變化，以S表達溫度值，則變壓器的溫度可通過一個數集表示：

S=[S-n……S-2；S-1；S；S1；S2……Sn]

收集變壓器工作的若干樣本（要求為正常工作狀態下的樣本），獲取溫度的最大值和最小值，形成一個定義空間，輸入到智能監控其中，該定義空間即變壓器常規工作狀態下溫度的變化范圍。當變壓器出現銹蝕、斷路等問題時，傳感器首先收集該信息，再將其傳輸給智能監控器進行判斷，監控器結合程序記憶的默認值，識別出信息問題，將故障信息傳遞給管理處并發出警報，完成變電設備狀態漸變危險的監控。

2 仿真實驗

2.1 實驗對象和觀察指標

選取S變電站的變壓器作為模擬對象，該變電器為38KV變電站主變壓器，常規工作狀態下，溫度、電流、電壓穩定（在允許范圍內波動）。收集其基本工作樣本400個，生成定義空間，并收集變壓器常規工作的主要參數，代入到計算機中形成模型。通過參數模擬法進行仿真實驗，主要觀察指標為系統對故障是否反應、反應時間、正確率。可變參數包括電壓、電流、溫度值三個方面。

2.2 實驗過程和基本結果

實驗共分為三組，第一組為電壓組，共進行60次實驗，保持電流和溫度參數不變，調整電壓水平，其中安全電壓實驗20次，異常電壓實驗40次，觀察并記錄系統對故障是否反應、反應時間、正確率。第二組為電流組，共進行60次實驗，保持電壓和溫度參數不變，調整電流水平，其中安全電流實驗20次，異常電流實驗40次，觀察并記錄系統對故障是否反應、反應時間、正確率。第三組為溫度組，共進行60次實驗，保持電壓和電流參數不變，調整溫度水平，其中安全溫度實驗20次，異常溫度實驗40次，觀察并記錄系統對故障是否反應、反應時間、正確率。

2.3 結果分析

實驗結果如表1所示。

結果上看，在電壓組和電流組實驗中想，系統均能做出反應，準確反應38次故障，正確率為95.0%，反應時間在0.88-0.92s左右。溫度組實驗中，系統也能做出反應，正確率為97.5%，時間為0.79s。進一步分析發現，系統樣本收集數不足，未能完全涵蓋變壓器所有工作情況，因此出現誤判，通過增加樣本數的方式可以實現應對。

3 總結

綜上，現代社會發展對電力系統工作能力的要求極高，通過電氣信息的收集和分析，可以有效了解變電設備狀態漸變過程。本次研究給出了以分散監控、智能診斷為核心的工作方案，以多維度訓練法保證方案工作效果。在仿真實驗中，方案應用后可以及時有效的甄別變壓器工作異常，但由于樣本數目不足出現了5次誤判情況，這也為后續工作的持續完善提供了更多思路，即加強數據運用。