基于電氣信息的變電設(shè)備狀態(tài)漸變過程監(jiān)控方案

文/尚萌萌

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

1 基于電氣信息的變電設(shè)備狀態(tài)漸變過程監(jiān)控方案

1.1 方案拓撲學(xué)結(jié)構(gòu)

考慮到變電設(shè)備本身較為多樣，且變電站內(nèi)的工作環(huán)節(jié)也較為復(fù)雜，為保證監(jiān)控方案能夠?qū)崟r對變電設(shè)備的漸變過程進行收集、獲取電氣信息，擬應(yīng)用分散式監(jiān)控方法，通過CAN總線系統(tǒng)借助有線通信的方式實現(xiàn)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(jiān)控設(shè)備中完成。綜上，方案的拓撲結(jié)構(gòu)：傳感器—CAN總線系統(tǒng)—導(dǎo)線—智能監(jiān)控器—導(dǎo)線—管理處。智能監(jiān)控器通過識別，發(fā)現(xiàn)傳感器傳輸?shù)男畔⒋嬖诋惓t發(fā)生警報，反之系統(tǒng)繼續(xù)進行常規(guī)的監(jiān)控工作。

表1：仿真實驗結(jié)果

1.2 核心技術(shù)

方案的核心技術(shù)包括通信技術(shù)、總線技術(shù)、傳感器技術(shù)以及智能技術(shù)四大方面，另包括數(shù)字化技術(shù)、信號轉(zhuǎn)化技術(shù)等輔助技術(shù)。通信技術(shù)均采用有線通信方式，考慮到變電設(shè)備可能對無線信號產(chǎn)生干擾，因此不應(yīng)用無線通信方法。CAN總線技術(shù)主要用于處理分散式智能監(jiān)控器傳輸?shù)男盘?，為避免不同監(jiān)控器的信號產(chǎn)生相互影響，同時保證信息傳輸?shù)膶崟r性，結(jié)合監(jiān)控器數(shù)目設(shè)置若干可同步工作的不同信道，借助CAN總線系統(tǒng)進行管理。傳感器主要負責(zé)收集監(jiān)控對象的各類信息，并以1s為間隔不斷借助有線通信技術(shù)傳輸給智能監(jiān)控器，由監(jiān)控器進行識別。智能技術(shù)是方案的核心，通過機器訓(xùn)練法使監(jiān)控器具有識別能力，實現(xiàn)電氣信息的分析，判斷變電設(shè)備狀態(tài)漸變情況。

1.3 機器訓(xùn)練法

變電設(shè)備狀態(tài)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(xiàn)實。與此同時，結(jié)合目前各地變電站工作資料可以發(fā)現(xiàn)，幾乎所有變電設(shè)備出現(xiàn)故障時，其直接變現(xiàn)均帶有一致性特點，如電壓降低、電壓不穩(wěn)、電流波動、電流消失、設(shè)備溫度升高等。擬應(yīng)用多維度訓(xùn)練法進行機器訓(xùn)練，保證智能監(jiān)控器的識別能力。如變壓器的工作溫度，在常規(guī)工作態(tài)勢下，其溫度參數(shù)往往是穩(wěn)定的，會圍繞一個標準值出現(xiàn)少許變化，以S表達溫度值，則變壓器的溫度可通過一個數(shù)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(tài)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(jiān)控其中，該定義空間即變壓器常規(guī)工作狀態(tài)下溫度的變化范圍。當(dāng)變壓器出現(xiàn)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(jiān)控器進行判斷，監(jiān)控器結(jié)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(fā)出警報，完成變電設(shè)備狀態(tài)漸變危險的監(jiān)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(guī)工作狀態(tài)下，溫度、電流、電壓穩(wěn)定（在允許范圍內(nèi)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(guī)工作的主要參數(shù)，代入到計算機中形成模型。通過參數(shù)模擬法進行仿真實驗，主要觀察指標為系統(tǒng)對故障是否反應(yīng)、反應(yīng)時間、正確率。可變參數(shù)包括電壓、電流、溫度值三個方面。

2.2 實驗過程和基本結(jié)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(shù)不變，調(diào)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(tǒng)對故障是否反應(yīng)、反應(yīng)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(shù)不變，調(diào)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(tǒng)對故障是否反應(yīng)、反應(yīng)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(shù)不變，調(diào)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(tǒng)對故障是否反應(yīng)、反應(yīng)時間、正確率。

2.3 結(jié)果分析

實驗結(jié)果如表1所示。

結(jié)果上看，在電壓組和電流組實驗中想，系統(tǒng)均能做出反應(yīng)，準確反應(yīng)38次故障，正確率為95.0%，反應(yīng)時間在0.88-0.92s左右。溫度組實驗中，系統(tǒng)也能做出反應(yīng)，正確率為97.5%，時間為0.79s。進一步分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)樣本收集數(shù)不足，未能完全涵蓋變壓器所有工作情況，因此出現(xiàn)誤判，通過增加樣本數(shù)的方式可以實現(xiàn)應(yīng)對。

3 總結(jié)

綜上，現(xiàn)代社會發(fā)展對電力系統(tǒng)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(shè)備狀態(tài)漸變過程。本次研究給出了以分散監(jiān)控、智能診斷為核心的工作方案，以多維度訓(xùn)練法保證方案工作效果。在仿真實驗中，方案應(yīng)用后可以及時有效的甄別變壓器工作異常，但由于樣本數(shù)目不足出現(xiàn)了5次誤判情況，這也為后續(xù)工作的持續(xù)完善提供了更多思路，即加強數(shù)據(jù)運用。