劉媛

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西 原平 034100）

變壓器智能化技術(shù)涉及的技術(shù)范圍較廣，主要包括有傳感器技術(shù)、集成技術(shù)、在線檢測技術(shù)以及信息技術(shù)等，變壓器智能化的前提是實現(xiàn)運行狀態(tài)在線監(jiān)測，利用信息技術(shù)對于變壓器的智能化運行提供參考和保障。電力變壓器智能化技術(shù)具有測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、信息互動化以及功能一體化等特征。

1 電力變壓器智能化技術(shù)探討

1.1 總體功能設(shè)計

智能組件式電力變壓器設(shè)備的重要組成部分，智能化電子裝置的集合可以對電力系統(tǒng)中變量進(jìn)行測定，并且對潛在的故障進(jìn)行檢測，為系統(tǒng)整體的工作提供保障。變壓器的高壓設(shè)備以及智能組件裝置主要有兩種連接，一是傳感器，二是控制器。一般情況下的系統(tǒng)運作過程中，智能組件主要的作用包括以下幾點，首先是智能組件測定系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的表征數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，其次是對于存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定科學(xué)化計算，最后是對變壓器的冷卻裝置進(jìn)行控制。智能組件進(jìn)行工作的技術(shù)依據(jù)的各種類型的智能電子設(shè)備（IED）。IED對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸以及分析，并且實現(xiàn)對整體系統(tǒng)的控制，主要通過以下幾個方面來進(jìn)行。第一，在變壓器中尋求適當(dāng)位置進(jìn)行傳感器的安裝，便于獲得系統(tǒng)運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲。相較于傳統(tǒng)的存儲方式，利用智能化組件可以有效提升存儲時間；第二，智能化組件通過IED可以有效實行數(shù)據(jù)的共享，通過信息傳輸來交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)溝通；第三，調(diào)度已有的專家系統(tǒng)，對于變壓器的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)化分析，診斷出潛在的威脅并進(jìn)行上報；四是由控制IED進(jìn)行不同IED的數(shù)據(jù)收集，并且進(jìn)行系統(tǒng)的分析，實現(xiàn)智能組件和站控層之間有效的通信聯(lián)系。

1.2 軟件設(shè)計

在整個智能化電力變壓器中，最為重要的是主IED。智能化電力變壓器的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、障礙檢測以及各層次間通信工作都是借助IED來進(jìn)行的，所以智能組件主IED的軟件設(shè)計十分重要，主IED軟件運行的流程如下：第一點，根據(jù)一些程序的基礎(chǔ)設(shè)定，建立起系統(tǒng)程序與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系；第二點，結(jié)合數(shù)據(jù)庫，收集系統(tǒng)運行中的信息，根據(jù)這些信息調(diào)配流程；第三點，在啟動初始化界面時，系統(tǒng)會指示IED開啟關(guān)于變壓器整體運行狀況的檢測程序；第四點，對于運行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和分析，并且開展故障的診斷工作；第五點即是對故障診斷結(jié)果的上報和顯示。

1.3 組件硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

變壓器的智能化主要體現(xiàn)就分為監(jiān)測與控制兩個方面，智能監(jiān)測功能的組件核心是工控機(jī)，也就是智能變壓器中最為核心的主IED，它為變壓器系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測和分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)，不僅使智能組件實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，還為保障智能組件正常的通信提供保障。而智能控制組件核心構(gòu)成是可編程邏輯控制器，即PLC?？删幊踢壿嬁刂破骺梢杂行ㄟ^邏輯運算進(jìn)行器械設(shè)備的工作指令控制。智能化的電力變壓器各項硬件組件都是立足于科技化技術(shù)之上的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)創(chuàng)新，是電力變壓器智能化發(fā)展的支撐。

2 電力變壓器智能化技術(shù)的故障預(yù)測

2.1 電力變壓器故障復(fù)雜性分析

就目前電力變壓器在運行過程已經(jīng)產(chǎn)生的故障原因來看，主要現(xiàn)象有外部線路短路、絕緣受潮、分接開關(guān)觸頭接觸不良的現(xiàn)象等，通過多起電力變壓器故障事件的故障部位進(jìn)行統(tǒng)計，排在前列的依次是繞組、鐵芯、分接開關(guān)、冷卻系統(tǒng)、套管、保護(hù)裝置、測試裝置以及油箱等，統(tǒng)計出的順序也是電力變壓器故障檢查的工作要點。在日常的運行當(dāng)中，兩種看似不同的故障之間可能存在著一些關(guān)聯(lián)，比如因果關(guān)系等，例如絕緣受潮，可能會導(dǎo)致線路產(chǎn)生短路，并且在部分故障產(chǎn)生時還具有并發(fā)性?；谶@種情況，變壓器故障檢測就具有較強(qiáng)的復(fù)雜性。影響電力變壓器的運行主要影響有內(nèi)部運行、外部環(huán)境等綜合因素，在進(jìn)行復(fù)雜性故障原因的分析時，傳統(tǒng)的物理建模方法已經(jīng)不能滿足，根據(jù)目前的情況，應(yīng)綜合運用電氣科學(xué)、信息科學(xué)以及數(shù)據(jù)科學(xué)等方式進(jìn)行系統(tǒng)化的分析，立足于技術(shù)理論并結(jié)合實踐，為電力變壓器的故障檢測提供切實可行的方案。

2.2 電力變壓器PHM技術(shù)的應(yīng)用

故障預(yù)測與健康管理（PHM）的內(nèi)涵是綜合利用現(xiàn)代信息技術(shù)、智能技術(shù)而對各個領(lǐng)域系統(tǒng)健康運行的管理解決方案。智能化的電力變壓器是在智能化電網(wǎng)的整體背景下體現(xiàn)之一，這種大環(huán)境下的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法在電力變壓器PHM中廣泛應(yīng)用。PHM的方法主要分為數(shù)據(jù)驅(qū)動方法、模型驅(qū)動方法以及混合方法三類。在電力變壓器智能化配置的故障預(yù)測中，應(yīng)用數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，最突出的優(yōu)點是快速、低成本以及廣泛的適用范圍。

PHM的任務(wù)周期主要分為三個方面，首先是在觀察階段，包括有數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的初步處理。數(shù)據(jù)采集就是采取數(shù)字化傳感器等手段來獲得可以反映電力變壓器實際健康情況的監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)過清洗、去噪等手段進(jìn)行精確度的提升；其次是在分析階段，這一階段的主要工作內(nèi)容是對以上采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)評估、故障診斷以及預(yù)測。在狀態(tài)評估階段，主要評估的是電力變壓器的運行情況以及退化程度，到達(dá)一定程度后就需要維修人員進(jìn)行診斷。故障的診斷又細(xì)化為診斷檢測、隔離以及識別，為接下來的設(shè)備運行也提供了參考依據(jù)，預(yù)測故障則是根據(jù)當(dāng)下老化的電力變壓器狀態(tài)投射到未來健康的狀態(tài)，從而根據(jù)結(jié)果采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防性維護(hù)。最后是在行動階段，包含決策支持以及系統(tǒng)及應(yīng)用過程，根據(jù)各類信息決定具體的維修決策。

3 提升電力變壓器智能化故障預(yù)測技術(shù)要點

電力變壓器的故障檢測技術(shù)仍需要不斷根據(jù)科技進(jìn)步以及電網(wǎng)事業(yè)發(fā)展而進(jìn)行提升，針對大型的電力變壓器維護(hù)運營，難度將更大。例如PHM技術(shù)，也是在不斷的根據(jù)時代進(jìn)行發(fā)展，以實現(xiàn)變壓器運行的安全、系統(tǒng)的可靠以及降低變壓器管理、維修成本。在電力變壓器智能化故障預(yù)測技術(shù)的發(fā)展中，還需要在一些方面不斷的深化與提升。

3.1 電力變壓器大數(shù)據(jù)

隨著信息技術(shù)發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來。傳感監(jiān)測設(shè)備利用信息化技術(shù)，不僅使得變壓器檢測技術(shù)趨向于智能化，還使得存儲的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出了數(shù)量大、多元化的特征。電力變壓器故障的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要分為以下三種，首先是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，具體指的是一些利用二維表結(jié)構(gòu)來邏輯表達(dá)的溫度、電壓等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的處理方式主要是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫；其次是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)主要表現(xiàn)為光譜圖像和視頻等；最后一種是半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，介于以上兩者之間。在未來進(jìn)行變壓器精細(xì)化的管理研究時，需要朝著大數(shù)據(jù)存儲管理技術(shù)、大數(shù)據(jù)的并行處理以及大數(shù)據(jù)的分析方向進(jìn)行研發(fā)，提升對于數(shù)據(jù)的存儲和分析能力。

3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量提升

數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接關(guān)系到數(shù)據(jù)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性。電網(wǎng)公司累積了大量的電力變壓器狀態(tài)數(shù)據(jù)，但是存儲的形式十分復(fù)雜，數(shù)據(jù)的質(zhì)量也沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，直接導(dǎo)致了數(shù)據(jù)存檔和識別的困難，所以在日后的數(shù)據(jù)收集、存儲過程中，需要注重對于數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升，不僅要從規(guī)范化的數(shù)據(jù)采集入手，還要提升數(shù)據(jù)計算的能力，使得最大限度接近數(shù)據(jù)的精確值，為后續(xù)的數(shù)據(jù)驅(qū)動分析研究提供參考。

3.3 深度故障診斷

在PHM周期中，故障診斷已經(jīng)有了較為深刻的研究，但是在進(jìn)行研究時，大部分采用的仍是多種模式識別，對于數(shù)據(jù)的診斷程度依舊不深，只能做到在一定程度上查出故障原因，一旦遇到大型的電力變壓器故障診斷，就會十分棘手。基于這點要素，電力變壓器PHM需要做到定位故障部位，以及探求根本原因?？梢酝ㄟ^把訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本用更多的方式進(jìn)行劃分，以達(dá)到獲取更深層次故障診斷的目的。故障預(yù)測與診斷時，由宏觀到微觀，確定大致范圍進(jìn)行具體細(xì)化，將故障進(jìn)行分級工作。

4 結(jié)語

變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的一個構(gòu)成要素，關(guān)系到電力的具體傳輸和使用，電力變壓器智能化是科技發(fā)展的產(chǎn)物，也是電力系統(tǒng)不斷完善的趨勢。利用高新技術(shù)發(fā)展電力變壓器智能化，并且對使用過程中的故障進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，可以保障安全用電。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮海生.電力變壓器在線監(jiān)測技術(shù)研究[J].電氣制造,2014,(02):22.

[2]馬迎新,張恩偉,馬迎雷.電力變壓器非電量保護(hù)異常動作分析及智能化配置建議[J].電氣應(yīng)用,2012,31(12):70-74.

[3]陳國平.電力變壓器智能化配置和故障預(yù)測研究[D].蘭州理工大學(xué),2012.