基于紅外圖譜庫(kù)的電力故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

周晴紅

摘要：從目前電力故障診斷存在的缺陷角度分析研究了基于紅外圖譜庫(kù)的電力故障診斷系統(tǒng)，提出建設(shè)一套與現(xiàn)有紅外檢測(cè)設(shè)備匹配的在線分析診斷管理系統(tǒng)，用于解決各個(gè)變電站設(shè)備的實(shí)時(shí)管理與監(jiān)控，使得電力調(diào)度中心能夠?qū)ψ冸娬镜南嚓P(guān)數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)、險(xiǎn)情預(yù)警進(jìn)行統(tǒng)一分析、管理及統(tǒng)一調(diào)度，及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行熱圖在線缺陷等的分析。

關(guān)鍵詞：電力故障診斷；紅外圖譜庫(kù)；紅外檢測(cè)；圖像分析

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）23-0272-02

Abstract：From the point of view of defects in electric power fault diagnosis， the power fault diagnosis system based on infrared atlas is studied. A set of on-line analysis and diagnosis management system matching the existing infrared detection equipment is put forward to solve the real-time management and monitoring of the substation equipment， which makes the shop scheduling center be able to change electricity.The station's relevant data， environmental parameters and danger warning are analyzed， managed and unified in a unified way.

Key words：Power failure diagnosis；infrared atlas；infrared detection；image analysis

1 現(xiàn)狀分析

隨著電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的全面改造，采用無(wú)人值守，集中監(jiān)控的方式實(shí)時(shí)、直接地了解和掌握各變電站的情況，并及時(shí)對(duì)情況做出反應(yīng)，成為電力系統(tǒng)發(fā)展的方向。

與此同時(shí)，隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的建成，“五遙”的概念應(yīng)運(yùn)而生，以“前端一體化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、處理數(shù)字化、系統(tǒng)集成化”為特點(diǎn)的全數(shù)字監(jiān)控方式在變電站的實(shí)施，將是實(shí)現(xiàn)變電站的無(wú)人值守，推動(dòng)電網(wǎng)管理逐步向“自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化”方向發(fā)展的有力技術(shù)保障[1]。

目前紅外熱像儀已成為高壓帶電設(shè)備熱故障業(yè)內(nèi)公認(rèn)的最有效最安全的巡檢診斷手段，紅外熱像儀已成為供電公司巡檢工作的必備工具，目前廣泛應(yīng)用的手持式或便攜式紅外熱像儀很多，國(guó)外的有FLIR、Fluke等，國(guó)產(chǎn)品牌有大立、高德、薩特等，其中FLIR和Fluke的應(yīng)用較為廣泛[2]。由于現(xiàn)有設(shè)備對(duì)檢測(cè)人員要求比較高，各類設(shè)備的操作方法參數(shù)設(shè)備也不盡相同，目前我們絕大部分變電站手持設(shè)備拍攝的圖譜較多，管理無(wú)序，不便于查找；巡檢者拍攝時(shí)不調(diào)整紅外熱像儀參數(shù)，用一套參數(shù)拍各種設(shè)備，存在漏檢，誤判；另紅外圖譜太多，人工看不過(guò)來(lái)，需要軟件系統(tǒng)“預(yù)處理”；另外各地市公司各自獨(dú)立操作，對(duì)設(shè)備的典型紅外故障及處理意見(jiàn)不能經(jīng)驗(yàn)共享、知識(shí)共享，另一些疑難故障圖譜也不能及時(shí)協(xié)同診斷，遠(yuǎn)程診斷，為解決該問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一套與現(xiàn)有紅外檢測(cè)設(shè)備匹配的在線分析診斷管理系統(tǒng)顯得尤為重要。

2 需求和建設(shè)目標(biāo)

該項(xiàng)目就是在上述需求的基礎(chǔ)上提出的，紅外熱圖譜輔助診斷分析識(shí)別系統(tǒng)用于解決對(duì)各地變電站情況的實(shí)時(shí)管理與控制，實(shí)現(xiàn)同一平臺(tái)下的集群監(jiān)控，使得電力調(diào)度中心能夠?qū)Ω髯冸娬镜南嚓P(guān)數(shù)據(jù)、環(huán)境參量、險(xiǎn)情預(yù)警進(jìn)行統(tǒng)一分析、管理及統(tǒng)一調(diào)度。

該項(xiàng)目在電力行業(yè)的成功應(yīng)用，能解決各地使用手持或便攜式設(shè)備種類繁多，數(shù)據(jù)不能統(tǒng)一進(jìn)行對(duì)比整理的問(wèn)題，及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行熱圖在線缺陷分析，配合“紅外熱成像變電站集群智能監(jiān)控系統(tǒng)”更可做到：一次設(shè)備的可靠性問(wèn)題，同時(shí)能大大減少變電站人工巡檢和維護(hù)的工作量，加強(qiáng)電力企業(yè)的安全防范能力。并由于系統(tǒng)的集群管理，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨地域，多監(jiān)控點(diǎn)的同時(shí)監(jiān)視與控制，這僅僅是對(duì)我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的一大技術(shù)支持和補(bǔ)充，更是大勢(shì)所趨。

3 技術(shù)路線

紅外檢測(cè)是一種高科技檢測(cè)技術(shù)，它通過(guò)接收物體發(fā)出的紅外線（紅外輻射），將其熱像顯示在熒光屏上，準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況。任何物體由于其自身分子的運(yùn)動(dòng)，不停地向外輻射紅外熱能，從而在物體表面形成一定的溫度場(chǎng)，俗稱“熱像”。紅外診斷技術(shù)通過(guò)吸收這種紅外輻射能量，測(cè)出設(shè)備表面的溫度及溫度場(chǎng)的分布，從而判斷設(shè)備發(fā)熱情況。

系統(tǒng)研發(fā)采用螺旋模型，先完成核心應(yīng)用，螺旋周期性的完善、測(cè)試，在使用即試用的同時(shí)測(cè)試完善。

采用B/S和C/S結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)及oracle11g數(shù)據(jù)庫(kù)、采用VS2010 MSDotFrameWork4.0作為開(kāi)發(fā)環(huán)境、C#、C++為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。

分層獨(dú)立系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具備優(yōu)良的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，為數(shù)據(jù)的外接、設(shè)備版本的變動(dòng)預(yù)留空間。

4 系統(tǒng)功能研究

4.1 系統(tǒng)權(quán)限及設(shè)備臺(tái)帳

系統(tǒng)的基本模塊，包括系統(tǒng)用戶管理、系統(tǒng)配置管理，變電站管理、電力一次設(shè)備及其類型管理、紅外設(shè)備管理等。

用戶管理、系統(tǒng)配置管理：系統(tǒng)用戶的添刪改查，分配系統(tǒng)模塊、功能的權(quán)限。

變電站管理：變電站添刪改查，變電站與運(yùn)維站的隸屬關(guān)系等。

一次設(shè)備類型：類型的添刪改查，變電站與運(yùn)維站的隸屬關(guān)系等。

紅外設(shè)備管理：添刪改查功能，包括在線紅外監(jiān)測(cè)儀和手持式紅外檢測(cè)設(shè)備。

一次設(shè)備：PMS獲取基本臺(tái)帳，對(duì)不同類型設(shè)備進(jìn)行子設(shè)備定義。

4.2 故障的數(shù)據(jù)模型

對(duì)設(shè)備歷史紅外記錄的一個(gè)總結(jié)，每種類型、每個(gè)設(shè)備的每次故障中所表現(xiàn)出的特征與在圖譜數(shù)據(jù)中的特征關(guān)系，并將特征關(guān)系存儲(chǔ)，作為以后故障類型的判據(jù)。

對(duì)每種類型設(shè)備的某種故障數(shù)據(jù)模型的建立基于該設(shè)備歷次故障的狀態(tài)及圖譜表現(xiàn)的分析。

對(duì)每次故障將分析結(jié)構(gòu)錄入故障數(shù)據(jù)模型形成學(xué)習(xí)型數(shù)據(jù)模型。

4.3 圖像的采集

圖像采集是實(shí)現(xiàn)紅外圖譜庫(kù)的目標(biāo)的關(guān)鍵性步驟。

4.3.1 采集條件

建立采集條件規(guī)則，考慮天氣、光線、冬夏時(shí)間、空氣質(zhì)量等因素的干擾，選擇在適合的條件下采集盡可能精確的紅外圖譜。

被檢設(shè)備是帶電運(yùn)行設(shè)備，應(yīng)盡量避開(kāi)視線中的封閉遮擋物。

環(huán)境溫度一般不低于5攝氏度，相對(duì)濕度<=85%；以陰天多云為宜，夜間更佳。

4.3.2 采集方式

離線方式：變電站內(nèi)對(duì)某設(shè)備拍攝時(shí)固定紅外設(shè)備基點(diǎn)位置、高度、角度等參數(shù)，條件滿足本文采集條件要求，采集完后帶回，導(dǎo)入本系統(tǒng)。

在線方式：對(duì)接在線紅外系統(tǒng)，取設(shè)備圖像。

4.3.3 圖像存儲(chǔ)

以文件方式存放紅外圖譜，圖譜從外界導(dǎo)入系統(tǒng)直接跟設(shè)備關(guān)聯(lián)。

在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，嚴(yán)格按照采集的外界條件、在合適天氣條件、時(shí)間等以獲取高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)圖譜。

設(shè)備標(biāo)定、設(shè)備部位在圖譜上的范圍標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定范圍采用圖像識(shí)別技術(shù)提取設(shè)備特征、設(shè)備部位特征，利用XML技術(shù)對(duì)特征進(jìn)行描述并存儲(chǔ)，設(shè)置相似度閾值來(lái)界定圖像識(shí)別的成功率。

設(shè)備標(biāo)定、設(shè)備部位關(guān)聯(lián)一次設(shè)備中的設(shè)備和子設(shè)備。

4.3.4實(shí)時(shí)圖

實(shí)時(shí)圖即在線采集方式下通過(guò)紅外設(shè)備采集的圖像或者是手持紅外在現(xiàn)場(chǎng)采集的圖像。

將圖像按設(shè)備關(guān)聯(lián)導(dǎo)入系統(tǒng)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖譜的標(biāo)定、設(shè)備或子設(shè)備特征描述取圖像上相應(yīng)區(qū)域，并利用相應(yīng)的解析庫(kù)提取溫度等數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而參照相應(yīng)種類相應(yīng)設(shè)備的故障數(shù)據(jù)模型進(jìn)行故障診斷和預(yù)警。

4.4 圖像分析

4.4.1 標(biāo)準(zhǔn)圖匹配分析

提出了使用一種基于智能識(shí)別技術(shù)的設(shè)備識(shí)別分析和特征描述的應(yīng)用研究。該方法通過(guò)及時(shí)對(duì)紅外熱圖在被監(jiān)測(cè)區(qū)域的紅外全景圖中進(jìn)行位置精準(zhǔn)的方法，有效地提高在對(duì)紅外圖譜中被監(jiān)控目標(biāo)位置的定位精度[3]，為數(shù)據(jù)分析提供有力的前期工作。

4.4.2 圖譜解析庫(kù)架構(gòu)建立

目前廣泛使用的紅外儀器品牌如大立、FLIR、Fluke等都有自己的解析庫(kù)，而對(duì)不同品牌紅外儀器所采集的圖像只能用分別分析處理。為提高效率建立解析庫(kù)的單獨(dú)分層架構(gòu)（解析庫(kù)層），使解析庫(kù)對(duì)圖像解析透明化，解析庫(kù)層負(fù)責(zé)解析圖像產(chǎn)生數(shù)據(jù)，系統(tǒng)負(fù)責(zé)圖像分析、提供接收數(shù)據(jù)等與解析庫(kù)無(wú)關(guān)部分工作。

4.5 數(shù)據(jù)鏈的形成

形成完整數(shù)據(jù)鏈：基于設(shè)備、子設(shè)備的圖譜、分析比對(duì)、數(shù)據(jù)提取、故障模型比對(duì)、結(jié)論、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，對(duì)一次設(shè)備不同部位進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)識(shí)別和解析，形成包括設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)鏈、生命期歷史數(shù)據(jù)鏈。

5 結(jié)束語(yǔ)

在電力故障診斷過(guò)程中產(chǎn)生了大量的紅外媒體（紅外圖片、錄像），但是這些歷史紅外媒體和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分布十分零散，未得到有序的整理，因而無(wú)法進(jìn)行復(fù)用，對(duì)于歷史故障和診斷經(jīng)驗(yàn)利用也就無(wú)法提高，這無(wú)疑對(duì)日益提高的紅外診斷效率和智能化電網(wǎng)改造形成巨大壓力。

為了徹底改變此種現(xiàn)狀，需要采用更為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)來(lái)提高電力設(shè)備從采集、存儲(chǔ)、診斷和培訓(xùn)等環(huán)節(jié)的智能化水平。從而使電力網(wǎng)絡(luò)更為可靠和有效地為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供有力的電力資源保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王彬.石家莊供電公司10kV配電GIS信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].保定：華北電力大學(xué).2006-05-20.

[2] 黑龍江省電力科學(xué)研究院，上海譜盟光電科技有限公司.基于電力熱紅外圖譜的電力設(shè)備故障輔助診斷與智能分析系統(tǒng)[P].201510266798.9，2014-12-05.

[3] 浙江大立科技股份有限公司.即時(shí)紅外熱圖中被監(jiān)測(cè)目標(biāo)位置的確定方法及應(yīng)用[P].中國(guó)：201010605712.8，2009-11-02.

[4] 郭昊坤，吳軍基.Agent技術(shù)在中國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2014，30（2）：12-16.

[5] 王德文，劉曉建.基于Map Reduce的電力設(shè)備并行故障診斷方法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2014，34（10）：116-120.

[6] 張瑾.紅外故障診斷技術(shù)在電力設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)，2012-11-25.

【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】