特高壓電抗器故障預(yù)測(cè)在線診斷分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

丁章榮

摘 要 基于對(duì)特高壓變電站干式電抗器故障預(yù)測(cè)在線診斷分析系統(tǒng)的研究，總結(jié)故障原因，從現(xiàn)象入手闡述關(guān)鍵技術(shù)，包括圖像智能化分析、非接觸式紅外測(cè)溫、超聲波局部放電在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】特高壓變電站 干式電抗器 在線診斷

1 引言

電抗器是電力系統(tǒng)里不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備，在超/特高壓應(yīng)用場(chǎng)景下使用的電抗器電壓高、容量大，對(duì)響應(yīng)速度、諧波含量以及可靠性等性能指標(biāo)及相關(guān)技術(shù)有著更高的要求。目前，已有一些學(xué)者和企業(yè)針對(duì)電抗器故障現(xiàn)象做了分析，并嘗試采用多種不同技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的檢測(cè)和預(yù)防。現(xiàn)對(duì)特高壓變電站干式電抗器故障預(yù)測(cè)在線診斷分析系統(tǒng)進(jìn)行研究，并總結(jié)如下。

2 特高壓電抗器故障及原因分析

2.1 故障分析

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的技術(shù)研究和實(shí)踐依據(jù)，特高壓干式電抗器的主要故障類型可以概括為以下幾種類型：設(shè)計(jì)、制造、安裝等原因?qū)е碌木植咳毕菀鸬墓收?、受異物的影響、環(huán)氧層開裂等絕緣材料表面性能劣化現(xiàn)象、電抗器表面放電痕跡、電抗器撐條放電痕跡。

2.2 現(xiàn)象總結(jié)

根據(jù)上述對(duì)特高壓電抗器故障及原因的分析，導(dǎo)致高壓干式電抗器故障的主要原因可以總結(jié)為絕緣性異常和匝間短路等，其形成過程中所伴隨的現(xiàn)象可以總結(jié)為以下幾種：

（1）外觀異常現(xiàn)象；

（2）絕緣性異常；

（3）設(shè)備溫度變化異常；

（4）異常閃絡(luò)放電現(xiàn)象。

為達(dá)到對(duì)高壓干式電抗器故障的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)可能會(huì)導(dǎo)致事故的各類現(xiàn)場(chǎng)過程的演變提前掌握，如果實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類現(xiàn)象的狀態(tài)變化，是本論文重點(diǎn)需要解決的問題。

3 系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)對(duì)故障前設(shè)備狀態(tài)變化所引起的各類現(xiàn)象分析，本論文提出了采用結(jié)合圖像監(jiān)控技術(shù)、圖像智能化分析技術(shù)、非接觸式紅外測(cè)溫技術(shù)、超聲波局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)等相結(jié)合的技術(shù)方法。

3.1 圖像智能化分析技術(shù)

圖像智能化分析技術(shù)是通過對(duì)視頻數(shù)據(jù)的預(yù)處理，利用圖像分析算法對(duì)視頻數(shù)據(jù)中特定對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模提取特征，按需求進(jìn)行識(shí)別和分析的技術(shù)。

3.1.1 圖像抗干擾處理

由于高壓干式電抗器設(shè)備屬于室外運(yùn)行設(shè)備，采集的實(shí)時(shí)圖像受到了外界的天氣及光照的影響，使得圖像在不同時(shí)期、不同時(shí)間點(diǎn)的差異性較大。

3.1.2 顏色特征匹配識(shí)別

通過提取實(shí)時(shí)視頻中每幀圖片中的顏色特征，通過一段時(shí)間的圖像數(shù)據(jù)的采集和分析，構(gòu)成設(shè)備的顏色特征模板，通過對(duì)連續(xù)幀顏色特征的模糊匹配，對(duì)圖片中區(qū)域性顏色變化明顯的部分提取出來，作為圖片中異常特征。

3.1.3 圖像幀間差分法

采用幀間差分法，對(duì)圖片新出現(xiàn)的中移動(dòng)對(duì)象和固定對(duì)象進(jìn)行識(shí)別，如果是動(dòng)態(tài)的移動(dòng)的區(qū)域性變化，則排除該作為圖片中異常特征，如果是長(zhǎng)期固定的變化特征，則作為圖片中的異常特征。

3.1.4 圖像邊緣特征變化趨勢(shì)分析

通過提取每幀圖片中的邊緣特征，對(duì)邊緣特征的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，當(dāng)圖像邊緣特征出現(xiàn)明顯新增邊緣時(shí)，則判定位圖片中的異常特征。

3.2 非接觸式紅外測(cè)溫技術(shù)

紅外測(cè)溫技術(shù)主要包括紅外傳感器測(cè)溫和紅外熱成像。紅外傳感器技術(shù)是利用光電技術(shù)，通過前置傳感器檢測(cè)物體熱輻射的紅外線特定波段信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成可讀的溫度數(shù)據(jù)。紅外熱成像技術(shù)是將紅外傳感器探測(cè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，通過對(duì)圖像分析計(jì)算出局部溫度值和溫度分布情況。

該類技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)：該類測(cè)溫技術(shù)均屬于非接觸式測(cè)溫方式，相較于傳統(tǒng)的接觸式測(cè)溫方案，具備安裝及運(yùn)維檢修的便捷性，同時(shí)，不需要直接接觸一次設(shè)備，對(duì)一次設(shè)備運(yùn)行具有較高的安全可靠性。

3.3 超聲波局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

超聲波局部放電檢測(cè)技術(shù)是通過超聲壓電傳感器探測(cè)因?yàn)樵O(shè)備放電行為而產(chǎn)生的高頻超聲波分量，經(jīng)后臺(tái)信號(hào)處理模塊分析和對(duì)特征量的比對(duì)，發(fā)現(xiàn)和捕捉異常的設(shè)備放電行為。目前這類技術(shù)已形成各種手持和便攜超聲波局放儀給電力巡檢人員配備，并廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備巡檢應(yīng)用中。

目前已部署的手持檢測(cè)設(shè)備，針對(duì)不同設(shè)備的特定檢測(cè)缺乏一體化的在線實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)性分析，因此，局放在線檢測(cè)技術(shù)將是今后在高特一次設(shè)備檢測(cè)中的一項(xiàng)重要技術(shù)手段，目前，已經(jīng)有部分生產(chǎn)廠商和電力公司開始試點(diǎn)應(yīng)用局放在線監(jiān)測(cè)裝置技術(shù)，通過該技術(shù)在本論文中的應(yīng)用將能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備絕緣性的檢測(cè)。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

故障預(yù)測(cè)在線診斷分析系統(tǒng)的總體架構(gòu)自低向上分為：前端采集子系統(tǒng)、站端后臺(tái)分析子系統(tǒng)、視頻存儲(chǔ)子系統(tǒng)和展示子系統(tǒng)四個(gè)部分。

前端采集子系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集視頻、溫度、高頻信號(hào)等數(shù)據(jù)，并經(jīng)過前端數(shù)字化預(yù)處理，傳遞到站端后臺(tái)分析子系統(tǒng)。站端后臺(tái)分析子系統(tǒng)根據(jù)算法對(duì)采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，在存儲(chǔ)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。視頻存儲(chǔ)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)前端采集子系統(tǒng)采集的視頻數(shù)據(jù)。

4.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

站端層中包括了前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和站端后臺(tái)分析子系統(tǒng)。每組三相電抗器部署1個(gè)前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，多個(gè)前端采集子系統(tǒng)之間通過站端局域網(wǎng)與站端后臺(tái)分析子系統(tǒng)互聯(lián)。每個(gè)前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括了：9個(gè)紅外測(cè)溫傳感器（每個(gè)電抗器部署3個(gè)）、3個(gè)超聲壓電傳感器（每個(gè)電抗器1個(gè)）、3個(gè)高幀率紅外夜視攝像頭（每個(gè)電抗器1個(gè)）、1個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)放大器、1個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)預(yù)處理裝置。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。

5 結(jié)論

基于干式電抗器故障預(yù)測(cè)的診斷分析，更加快捷的發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在問題，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)檢修。如果能在設(shè)備故障早期或故障前發(fā)現(xiàn)問題設(shè)備，結(jié)合特高壓變電站的不同現(xiàn)象特點(diǎn)，可及時(shí)隔離問題設(shè)備，有效控制問題設(shè)備的影響面，同時(shí)針對(duì)輕度損壞設(shè)備可通維修過再利用，達(dá)到提高運(yùn)檢效率、降低運(yùn)檢工作量和運(yùn)維成本的目的。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司 江蘇省南京市 211000endprint