信息化背景下變電站電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備狀態(tài)監(jiān)控平臺的搭建與應用

摘要：電纜在線狀態(tài)的穩(wěn)定運行對于變電站整體運維具有很大的影響，變電站電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備的監(jiān)測是保持變電站整體安全運行的基礎保障，根據(jù)電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備狀態(tài)監(jiān)控的合理條件以及顯示狀況進行監(jiān)控平臺的構建。技術搭建完畢后，在應用過程中，能夠凸顯出變電站電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備的主要作用和監(jiān)控平臺的價值，實現(xiàn)變電站電纜運維的穩(wěn)定性。

關鍵詞：信息化；變電站；電纜運維；智能設備；狀態(tài)監(jiān)控

一、前言

近幾十年來，我國水電、風電、核電技術發(fā)展突飛猛進，甚至一度超越國外發(fā)達國家。隨著電力工業(yè)的不斷騰飛，規(guī)模不斷擴大，電站管理與運維就成為了一個技術、人力、資源共生的難題，甚至還被國內很多學者定向研究。變電站電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備狀態(tài)監(jiān)控平臺的搭建是一種新型應用領域，結合了變電站的特有環(huán)境，以變電站的運維技術支撐為重點，不斷提升運營到低成本運維的一系列工作為支柱，形成了變電站電纜運維的特有環(huán)境與思路。結合這種子系統(tǒng)的開發(fā)，讓變電站電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備狀態(tài)監(jiān)控做到萬無一失，能夠全方位的監(jiān)控與保障變電站的電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備的狀態(tài)監(jiān)控[1]。

二、變電站電纜運維環(huán)節(jié)智能設備狀態(tài)監(jiān)控平臺搭建

（一）總體結構

變電站電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備狀態(tài)監(jiān)控平臺的電力系統(tǒng)整體架構要考慮到一體化、信息化的不同功能需求與組成部分的細節(jié)設計，以及對設備設施的了解程度。在對變電站電纜機器附屬智能設備的運行狀態(tài)全面排布掌握后，開展穩(wěn)定運行的安全保障需要設計[2]。平臺由各個子系統(tǒng)構成，包括護套環(huán)流子系統(tǒng)、局部放電子系統(tǒng)、分布式光纖測溫及載流量子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、電子井蓋子系統(tǒng)、應急通話子系統(tǒng)、周界防護子系統(tǒng)，以及最終設計的高壓電器設備光纖及光柵測溫子系統(tǒng)。如圖1所示。

電纜綜合在線監(jiān)測硬件由不同的架構層次組成，根據(jù)架構以及電纜全過程的運維內容以及智能監(jiān)測設備的安裝布置，具備綜合監(jiān)控功能、部署輸電變電監(jiān)測服務功能，監(jiān)測安全性使用功能。如圖2所示。

1.監(jiān)測子系統(tǒng)

監(jiān)測子系統(tǒng)主要是對被動防護系統(tǒng)監(jiān)測的主要服務與功能進行監(jiān)測，其中包括護套環(huán)流子系統(tǒng)、局部放電監(jiān)控子系統(tǒng)、分布式光纖測溫子系統(tǒng)，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等幾個內容，通過監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)備份，掌握基礎內容的同時，做到了對上述幾個功能模塊的信息記錄與常態(tài)化的功能備份[3]。

2.在線監(jiān)測子系統(tǒng)

在線監(jiān)測子系統(tǒng)主要功能在于控制主動環(huán)境下的數(shù)據(jù)監(jiān)測。環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)、電子井蓋子系統(tǒng)這些系統(tǒng)內容的參數(shù)設定與智能設備的布置都是與數(shù)據(jù)信息整體結合的，在線監(jiān)測子系統(tǒng)的完整度需要考慮到在主動環(huán)境下的環(huán)境監(jiān)測與電子井蓋的電流輸送與接電操作的具體工作。

3.應急監(jiān)控子系統(tǒng)

應急通話子系統(tǒng)是應急監(jiān)控子系統(tǒng)的一個方面，在應急監(jiān)控子系統(tǒng)中還包括周界防護子系統(tǒng)的應急監(jiān)控數(shù)據(jù)，根據(jù)其數(shù)據(jù)內容與應急防護的標準，要合理確定應急預案以及應急解決策略[4]。

（二）架構合理性評估

電力電纜在電網或大中電場的應用中會涉及多種多樣的安全問題，通過變電站電纜運維的整體設備與電力傳輸整體情況來看，實現(xiàn)電纜安全性、穩(wěn)定性、可靠性操控具有重要意義。智能設備的選擇與標準化安裝，需要考慮平臺的整體架構，結合架構進行合理布局?；谝陨细黜梼热莸慕ㄔO條件，根據(jù)假設條件設定公式，考慮到狀態(tài)監(jiān)測約束理論背景情況及狀態(tài)監(jiān)測彈性理論內容針對兩個主要數(shù)據(jù)及要素進行設計，構建得到狀態(tài)監(jiān)測彈性指數(shù)模型：

（1）

式中：ξ為隨機誤差項；SEC代表狀態(tài)監(jiān)測安全性；REFUND 代表狀態(tài)監(jiān)測能力；CASH 代表電纜平截面流存量；通過設計的狀態(tài)監(jiān)測彈性指數(shù)模型，設定好具體指標之間的量化關系，并權衡與排除上述假定條件，將狀態(tài)監(jiān)測彈性影響的關鍵要素展現(xiàn)出來，能夠更好地定位具體指標，針對性地給出發(fā)展建議與對策。

構建狀態(tài)監(jiān)測彈性與狀態(tài)監(jiān)測價值的模型如下：

（2）

式中：ε1為殘差項；為待分析參數(shù)；0代表常數(shù)項。

狀態(tài)監(jiān)測彈性的邊際價值模型如下：

（3）

式中：ε2為殘差項；為待分析參數(shù)；0為常數(shù)項。

狀態(tài)監(jiān)測彈性數(shù)值與整體架構穩(wěn)定性的關系模型如下：

（4）

式中：ε3為殘差項；為待分析參數(shù)；0為常數(shù)項。根據(jù)測試結果可以發(fā)現(xiàn)，對智能設備進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的讀取與運行調試可以發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)收集與監(jiān)測中，很多智能設備在變電站電纜運維全環(huán)節(jié)中可以得到應用，智能設備狀態(tài)監(jiān)控平臺中所涉及的工作內容與組成要根據(jù)運行調試情況進行合理布局。

三、變電站電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備狀態(tài)監(jiān)控平臺的應用

（一）監(jiān)測子系統(tǒng)的應用

在實際工作中，結合應用傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內容進行記錄，采集相關數(shù)據(jù)進行融合之后，發(fā)現(xiàn)其關聯(lián)價值，利用監(jiān)測子系統(tǒng)進行監(jiān)測，并發(fā)現(xiàn)其主要監(jiān)測子系統(tǒng)的應用數(shù)據(jù)情況軌跡，分析如下：

運用SPSS對樣本數(shù)據(jù)進行描述性分析，了解所采集的數(shù)據(jù)樣本分布情況，進而對狀態(tài)監(jiān)測價值和電力傳輸安全彈性水平有整體把握，變量相關性檢驗結果如表 1所示。

利用樣本分析結果展開記錄并檢查監(jiān)測系統(tǒng)的實際設備安裝情況，監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)子系統(tǒng)的線路保護裝置安裝、外置設備電路保護回路監(jiān)測裝置，與變電站全面安全監(jiān)測設備的安裝保持一級能源標準，并實現(xiàn)了全場監(jiān)測子系統(tǒng)的覆蓋。

（二）在線監(jiān)測子系統(tǒng)的應用

在線監(jiān)測子系統(tǒng)的應用主要功能與價值在于能夠科學地定位故障發(fā)生或問題發(fā)生的具體位置，在線監(jiān)測故障率由該支路上的設備狀況所決定。而這些設備一般采用的是串聯(lián)的方式進行連接[5]。參照可靠性評估中的設備可靠性靈敏度，引入了重要因子KZ，應用統(tǒng)計數(shù)據(jù)來定量分析設備可靠性狀態(tài)對整個變電站運行的影響程度。設備故障率P公式如（1）所示：n 表示已動作的保護范圍與該設備相交的保護數(shù)目。

（5）

對于不屬于兩個集合的設備，P＝Pb。

對于設備故障集中的設備，其故障率P＝1；

支路故障率及可用率公式如（6）（7）所示，

其中P1，P2，…，Pn是支路上所有設備的故障率。

（6）

（7）

變電站故障率及可用率公式如（4）所示：

（8）

變電站的故障排查顯示內容如圖3所示，通過系統(tǒng)可以清晰地查看到具體的故障發(fā)生位置。下面的舉例就是根據(jù)機場溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，查看相應的溫度變化情況。相比目前的變電站的電纜傳輸，電纜溫度占到了非常重要的監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄份額，電纜的溫度高低對于電力傳輸穩(wěn)定性起到了決定性的保護作用。

（三）應急監(jiān)控子系統(tǒng)

應急監(jiān)控子系統(tǒng)的使用與設計主要是為了契合監(jiān)控系統(tǒng)所使用的一種監(jiān)控設備，像紅外設備、測溫設備、遙控設備等，在外場的變電站輸送電纜監(jiān)控中，主要設計了紅外攝像頭進行火災安全的預測與應急處理。

如圖4所示，變電站應急監(jiān)控子系統(tǒng)的設計中含有變電站整體的電子地圖、涉及報警的部分是根據(jù)地圖分類，按照每一個不同地方進行單獨報警的，避免了事故發(fā)生或隱患發(fā)生后的排查，縮短了預警到緊急處理的反應時間，并且在電視墻的大屏幕背景墻上安裝了一系列的安全指示標識，根據(jù)標識可以快速識別事件，做到安全處理的第一時間反應。

（四）消防子系統(tǒng)

消防子系統(tǒng)是最容易理解和記憶的部分，在安裝過程中設計三個部分，第一個部分是站端設備，包括圖像采集部分、報警采集設備、網絡視頻服務器，變電站主要涵蓋11個此類系統(tǒng)。第二部分為圖像采集部分，包括19個室外智能感應球、51個室內智能感應球、4臺紅外重型智能高速云臺攝像機。第三部分主要是消防安全設備，其中安裝了42個紅外光束對射探測器，根據(jù)區(qū)域劃分進行安裝，如圖5所示。

按照區(qū)域劃分將變電站一般分為A、B、C三個區(qū)域，劃分好后，監(jiān)控中心設備服務器進行三個數(shù)據(jù)庫的搭建，備份監(jiān)控數(shù)據(jù)內容。

四、結語

綜上所述，變電站的電纜模塊化功能與具體需求的設計已經基本符合要求，依托信息化轉型下的技術支撐，所開發(fā)和籌建的變電站電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備狀態(tài)監(jiān)控平臺搭建完畢后，在應用過程中，確實可以幫助變電站進行電纜運維全環(huán)節(jié)智能設備管理，凸顯監(jiān)控平臺的價值，實現(xiàn)變電站電纜運維的穩(wěn)定性。

參考文獻

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作者單位：深圳職業(yè)技術大學

■ 責任編輯：張津平