基于分層分布的變電站帶電運維智能化技術及應用研究

國華（河北）新能源有限公司 蘇國軍

當前對于變電站所開展的運維工作基本采取人工巡視檢修的方法，運維時間長且工作效率低下、時效性差。帶電檢測技術是一種較完善的技術，對變電站運維工作具有一定的促進作用，利用該技術開展運維工作時可發現工作人員無法發現的問題，進而能提前找出對變電站運維安全造成影響的隱患，該技術可不用停電工作、也不會對用戶用電造成影響，非常的安全和便捷?？稍趯ψ冸娬驹O備進行帶電檢測時聯合日常巡檢同步進行，進而提升對于電站運維工作的效率及可靠性。

1 變電站智能運維裝置分析

本次設計運用分層分布的結構形式進行變電站智能化帶電運維的系統設計，主要分成遠程主站（變電站運維監控管理平臺）和站內的管理層（變電站智能運維裝置）及本地監測層，并包括上下位機，上位機是運維數據的監測與運維的界面，下位機則為硬件開發與嵌入式程序，主要是運維裝置、采集與監測的單元等。

此系統主要運用帶電的檢測技術，并接入不同的帶電檢測傳感器，主要有紅外攝像機、局部放電檢測儀、工頻電場檢測儀、紅外成像測溫儀、噪聲檢測儀等。且此系統還能利用遠程的操控來制定相應的運維任務和策略，以及自動化采集相關的運維數據，并進行分析處理后形成運維的實際報告。此系統無需停電即可操作，針對變電站不同的設備制定科學合理、具有針對的運維任務，進一步提升了變電站運維工作的效率。運維裝置屬于站內管理層，其針對變電站帶電檢測系統中由帶電檢測傳感器所收集的全部數據，經匯聚和融合及存儲后再經通信單元進行傳送到主站的管理層（圖1）。

圖1 硬件框圖

智能運維裝置的主控采用i.MX6Quad芯片，主要負責系統數據的處理，以及管理和調度其它模塊。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據傳輸，5G通信則用在和遠程主站進行通信及數據的交互。定位部分主要利用NEO-M8模塊，支持當前主流的多種定位系統。存儲部分負責程序運行及存儲相關的數據，基本使用內部和外部兩部分存儲模塊，內部存儲主要是1GB DDR3內存、4GB eMMC閃存，外部存儲主要是SD卡與固態硬盤。供電部分主要為系統整體提供安全穩定的工作電壓，利用線性穩壓器來供應所有模塊的電壓。傳感器主要利用主控外設的接口和主控單元開展數據信息的通信，外設的接口主要有USB、RS-485、RS-232、以太網等接口，用于各種傳感器的連接。變電站的智能運維裝置主要設備有主機、紅外攝像機、工頻電場檢測儀、噪聲檢測儀、紅外成像測溫儀。

2 帶電檢測系統分析

帶電檢測系統屬于本地監測層，作用是針對帶電檢測的傳感器采集數據，然后再傳送至智能的運維裝置中[1]。系統中主要有以下儀器：

紅外成像測溫儀。一種新型測溫傳感器，集成了紅外探測和成像系統，主要利用熱成像來對目標進行溫度的監測，可實現快速發現設備過熱的情況。紅外探測器利用自身鏡頭把監測目標紅外光聚集，然后把采集的紅外信號傳送到信號的采集單元[2]，再由紅外圖像處理單元對數據處理分析換成溫度，最后由通信模塊把數據傳送至帶電檢測的系統中。

工頻電場檢測儀。此儀器針對變電站工頻電場的數據進行檢測，如變電站中的設備產生缺陷后會導致工頻電場發生一定的變化。儀器主要利用球形電容工頻的電場傳感器來采集數據，其運用球形電容檢測感應的方法對電場進行相應檢測。當在電場中置入球形電容傳感器后，傳感器外殼電荷量和球心電場的強度成現正比：，式中K代表比例的系數。傳感器的球殼感應電荷測量電容CM上產生微小電壓，其電壓為將其代入上式得出測量電壓為經接入外部電路檢測出測量電容電壓UM（ t），利用本式得出即該點電場。

局部放電檢測儀。主要利用暫態地電波檢測對局部的放電情況進行相應的檢測，進而可實現對開關柜、環網柜等設備局部放電的檢測，暫態地電壓檢測原理為：局部放電時會制造部分電磁波，其利用設備傳遞至地面進而產生暫態電壓脈沖信號。如設備出現局部放電問題，帶電的設備把電子傳遞至相關位置，在此過程中伴有電磁波[3]。當電磁波經設備的內部向外傳遞時，其和金屬的物質相接即出現瞬間的電壓信號（暫態地電壓信號），而對暫態地電壓信號進行相應的檢測即可檢測設備局部放電的實際狀況。

3 分層分布變電站的智能帶電運維模式分析

智能化的帶電運維系統能夠有效的運用在變電站日常的運維監測工作中，利用遠程主站的運維監測平臺便可以實現對于多設備進行有針對性的運維和任務，并且可以進行遠程的運維操作，依據變電站的典型缺陷及典型監測量為基礎，然后再此基礎上使用帶電檢測傳感器，并選擇合適的數量及種類加以部署[4]。多種帶電檢測的傳感器進行有效的實時跟蹤，可以實現對變電站較為關鍵的設備實時監測運維的數據。并且運用該監測管理的平臺可以對前端收集的數據加以融合處理，并形成監測運維的結果與報告，提升運維工作的可靠性。

3.1 智能化運維關鍵技術

智能化運維最重要部分是多種檢測傳感器采集的數據融合問題。變電站智能運維時傳感器對于數據的采集存在一定的異構性且數據量非常大，本文則使用D-S證據理論來處理數據融合的算法，其能有效融合不確定性的信息，并能針對不同的數據源和不同類型數據加以融合，通過信任函數表達和傳感器的監測診斷獲得傳感器特征歸屬狀態函數，再通過D-S的判決規則對信息開展相應的融合，對各類運行的狀態信任函數進行有效區分[5]。

變電站智能運維決策系統經帶電檢測傳感器數據的采集獲取對數據預處理，然后再經D-S對運維的數據進行相應的融合，最后對融合結果結合運維專家庫對運行的狀態異常進行相應的有效判定。當運行產生異常時則發出相應的告警，然后依據運維的最終結果決定運維的各項需求并形成報告進行上報。智能運維的決策系統流程如下：效果-獲取帶電檢測傳感器數據-傳感數據預處理-變電站運維數據融合（D-S證據理論）-變電站運行狀態異常判定-如否，轉運維結果/如是，異常報警后轉運維結果-運維報告。

3.2 智能化運維的創新

變電站運維。對傳統的運維各項工作進行了升級，對涉及檢測的項目均開展在線監測，并增加一些常規帶電檢測的內容[6]，如設備紅外測溫、局部放電檢測、電場的強度檢測、開關柜局部放電檢測等；運維人員安排。運維系統可進行遠程操作，當系統部署結束后，可依據設備特點設定科學合理的運維策略及任務，智能化的運維系統通過對數據進行自動采集，然后再對數據開展融合的分析，最終形成運維的實際報告，進而實現工作人員依據報告開展下一步的工作，無需運維人員再到實際現場進行操作，能達到全天候開展運維的任務，大量節省工作量，提升運維工作的效率。

運維效率。部署智能運維的系統可在不同節點來同時開展運維的任務，并能達到對全站設備同步運維監測。運用分層分布變電站的智能運維系統可提高運維的智能化水平[7]，并提升管理效率、加強運維手段、減少人力投入，進而降低員工的工作量。

3.3 應用驗證

通過在某一變電站中運用分層分布變電站的智能帶電運維系統，對缺陷監視在不同運維場景檢測所需儀器如下：局部放電。工頻電場檢測儀、噪聲檢測儀、局部放檢測儀；發熱。紅外成像測溫儀、紅外攝像機；滲油及單一間隔通信失靈均選用紅外攝像機。對設備監視在不同運維場景檢測所需儀器如下：GIS。紅外攝像機、局部放電檢測儀、工頻電場檢測儀；斷路器。紅外攝像機、工頻電場檢測儀、噪聲檢測儀、局部放電檢測儀；主變。紅外攝像機、紅外成像測溫儀；互感器及隔離開關均選用紅外攝像機、紅外成像測溫儀、工頻電場檢測儀。

經遠程主站對運維監測系統進行相應的設定，主要是不同設備運維的策略和時間，經智能運維的裝置采集相關的數據并融合后發送至遠程主站，主站再根據運維的任務結束后形成報告。經現場實際應用顯示，分層分布變電站的智能帶電運維系統可提升運維工作更加智能化，節省大量人員成本投入。

4 結語

本系統主要有以下優點：具有高水平的網絡化、自動化、智能化，智能化的帶電運維系統與運維實踐加以有效的融合，將運維工作人員現實的相關需求進行綜合，再把將網絡化和自動化及智能化結合至現實問題中，與國家制定發展智能變電站的方向相同；具有較高運維工作效率，能有效對變電站設備運維數據進行采集，再以綜合運維報告進行上報，進一步提升運維工作的效率；具有較高經濟效益，智能化的運維模式能提升運維水平，進而確保電站穩定正常運行，由此減少設備出現故障的機率，由此具有良好的經濟性；具有較好的擴展性并容易推廣使用，該運維系統能擴展不同的帶電檢測傳感器。