特高壓變電站電抗器火災故障在線預警系統(tǒng)

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司 張兆君

南京大學 計算機系 余 勁

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司 陳夢濤 虞云翔 舒志海 喻春雷

針對目前社會發(fā)展需求對特高壓變電站的抗電器火災故障預警系統(tǒng)進行設(shè)計，首先分析了火災故障的發(fā)生原因和特征因素，結(jié)合當前先進的電子信息測控技術(shù)對特高壓變電站工業(yè)現(xiàn)場總線運行質(zhì)量進行檢測，利用電抗器溫度數(shù)字化傳感技術(shù)進行火災故障預警檢測以及信息傳輸通訊等優(yōu)化了火災預警系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊，從而保障特高壓變電站安全、健康的運行，實現(xiàn)在線實時監(jiān)測。最后通過實驗證實特高壓變電站電抗器火災故障在線預警系統(tǒng)可以更好的對火災隱患進行檢測。

引言：為了更好的對特高壓變電站電抗器火災故障進行有效預警，分析并優(yōu)化了特高壓變電站電抗器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并對火災故障在線預警系統(tǒng)進行優(yōu)化，以達到延長電力設(shè)備壽命的目標?；馂墓收显诰€預警系統(tǒng)系的設(shè)計采用了全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可更加快速的對特高壓變電站溫度變化情況進行檢測，克服了傳統(tǒng)電抗器運行過程中常見的溫度變化檢測誤差等缺點，并及時對檢測數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和傳輸，有效提高了特高壓變電站的運行穩(wěn)定性和安全性。

1 特高壓變電站電抗器運行特征

在特高壓變電站中，電抗器常應(yīng)用于超高場景下，導致電抗器電壓過高,易出現(xiàn)溫度提高耗損電路設(shè)備，影響工作效率等問題。在點抗戰(zhàn)運行過程中，對其溫度情況以及可靠性等指標檢測的準確度和實時性要求極高。

特高壓變電站電抗器多分為干式電抗器和油浸式兩種，干式電抗器因為其損耗小、噪聲低、強度高、安裝方便、維護簡單、電抗值線性等特點，得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。隨著干式電抗器投運數(shù)量的增加，由于產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，惡劣天氣對設(shè)備的影響，電抗器運行故障頻繁發(fā)生，其中一些嚴重的故障導致設(shè)備完全燒毀甚至引發(fā)局部火災，波及其他正常運行的設(shè)備，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

2 電抗器火災故障在線預警系統(tǒng)設(shè)計

2.1 火災故障數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計

為了更好的對火災隱患預警信息進行傳輸，避免延時等問題，將預警系統(tǒng)中的操作站與數(shù)據(jù)采集模塊相連接，利用芯片級數(shù)字采集系統(tǒng)對電抗器現(xiàn)場總線運行數(shù)據(jù)進行傳輸和存儲，由于特高壓變電站中電力數(shù)據(jù)相對較大，為了更好的對數(shù)據(jù)進行采集和分析，對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊進行優(yōu)化，以保障該模塊在運行期間可有效支持64個以上的智能溫度傳感器進行高效運轉(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)計火災預警數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，負責對控制命令進行發(fā)送、以及接收運行數(shù)據(jù)的模塊為上位機。為了更好的對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行準確分析、大量存儲和及時顯示，需要對上位機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。利用對轉(zhuǎn)換器進行隔離，以便更好的保障上位機信息傳輸順利，連接總線以便將預警指令及時發(fā)送至下位機的接口轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中下位機主要負責對火災隱患信息進行采集和排查，準確的計算出特高壓變電站電抗器的多路溫度數(shù)據(jù)，并及時將計算和排查結(jié)構(gòu)實時地顯示在屏幕上，根據(jù)數(shù)據(jù)對電抗器設(shè)備的在線溫度、歷史溫度以及溫度變化曲線進行繪制。為了保障設(shè)備運行安全，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)置了自動保存瀏覽歷史數(shù)據(jù)的附加模塊。以便相關(guān)工作人員直接進行系統(tǒng)組態(tài)，實現(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 火災故障在線預警系統(tǒng)設(shè)計

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

為保證特高壓變電站運行安全，在火災故障在線預警中，結(jié)合了實時采集視頻對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和傳遞到站端后臺分析子系統(tǒng)。系統(tǒng)后臺分析子系統(tǒng)根據(jù)算法對采集的視頻數(shù)據(jù)進行分析處理，在存儲告警歷史數(shù)據(jù)的同時向展示子系統(tǒng)實時傳輸分析結(jié)果。視頻聯(lián)動子系統(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)，預警系統(tǒng)視頻監(jiān)控客戶端彈出窗口，打開問題設(shè)備對應(yīng)的視頻探頭，共享各個分析系統(tǒng)內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)和計算資源。展示子系統(tǒng)通過圖表、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 火災故障在線預警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

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

3 實驗結(jié)果分析

為檢驗火災預警系統(tǒng)運行效果進行了仿真實驗，在同等環(huán)境下對電抗器數(shù)據(jù)進行檢測分析，對比傳統(tǒng)火災預警系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理效果與本文優(yōu)化的預警系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理效果進行對比檢測，得到圖3。

圖3 火災預警數(shù)據(jù)處理情況對比檢測結(jié)果

根據(jù)上圖3檢測結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，相對于傳統(tǒng)預警系統(tǒng)，本文設(shè)計的火災故障預警系統(tǒng)可更加快速準確的對大量系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行有效處理，極大的提高了工作效率。為了進一步對故障預警系統(tǒng)運行效果進行檢測，保障特高壓變電站運行安全，在同等環(huán)境下對火災故障預警系統(tǒng)敏感度進行對比檢測，結(jié)果如圖4所示。

圖4 火災故障預警敏感度對比檢測結(jié)果

本文優(yōu)化的火災預警系統(tǒng)對溫度變化情況更為敏感，可以更加快速的對升溫情況進行檢測和預警，有效達到了避免火災隱患。

4 結(jié)束語

為了更好的促進現(xiàn)代化建設(shè)，保障用電安全，對特高壓變電站電抗器設(shè)備火災故障在線預警系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，分析和研究了傳統(tǒng)預警系統(tǒng)功能模塊，優(yōu)化了火災預警數(shù)據(jù)處理模塊和火災以達到提高特高壓變電站的運行穩(wěn)定性和安全性的設(shè)計目標。通過仿真實驗證實，結(jié)合數(shù)字溫度傳感器的特高壓變電站電抗器火災故障在線預警系統(tǒng)可更好的對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行采集和檢測，及時判斷火災隱患，其運行效果和敏感性遠高于傳統(tǒng)預警設(shè)備，可更好的保障特高壓變電站運行安全。