陳銘 周丹婷

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1 概述

變壓器多維狀態(tài)感知及數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用研究通過評(píng)估可以根據(jù)設(shè)備狀態(tài)延長(zhǎng)定期檢修時(shí)間，提高工作效率，節(jié)省生產(chǎn)成本，減少設(shè)備的事故率。利用設(shè)備的多狀態(tài)、多維度綜合監(jiān)測(cè)分析，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢測(cè)與評(píng)估智能化、運(yùn)維智能化、檢修智能化以及生產(chǎn)管理智能化。

2 狀態(tài)量監(jiān)測(cè)及分析展示功能

2.1 油色譜采集及分析展示功能

控制采集油色譜監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、總烴及微水等，提供周期采集、采集量的歷史數(shù)據(jù)查看、趨勢(shì)分析、閾值報(bào)警等功能。

2.2 高頻局放采集及分析展示功能

高頻局部放電數(shù)據(jù)采集包括計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)及局放特征圖譜數(shù)據(jù)。脈沖波形時(shí)域及頻域分析；具備脈沖識(shí)別等功能，能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行分離分類，提供不同類型信號(hào)（電暈放電、內(nèi)部放電、沿面放電等）的相位圖譜、單個(gè)脈沖時(shí)域波形以及輸出口、單個(gè)脈沖頻域波形以及幅值、相位等特征參數(shù)。

2.3 超聲局放采集及分析展示功能

超聲局部放電數(shù)據(jù)采集包括計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)及局放特征圖譜數(shù)據(jù)。能夠?qū)崿F(xiàn)局部放電的超聲波測(cè)量，并顯示超聲波信號(hào)強(qiáng)度。具有圖譜顯示功能，包括超聲波局部放電特征圖譜、超聲波局部放電相位圖譜和超聲波局部放電飛行圖譜等。具有多通道同步測(cè)量功能，可以對(duì)不同通道的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。具有參考相位測(cè)量功能。具有輔助診斷分析和放電源定位功能。下面重點(diǎn)介紹超聲局放的定位功能。

2.4 聲紋振動(dòng)采集及分析展示功能

聲紋振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括計(jì)算數(shù)值和原始波譜。包括振幅、FCA（頻率復(fù)雜度）、DET（振動(dòng)平穩(wěn)性）、MPC（能量相似度）和EDR（振動(dòng)相關(guān)性）、正常概率、老化概率、故障概率等，提供周期采集、采集量的歷史數(shù)據(jù)查看、趨勢(shì)分析、閾值報(bào)警等功能。具備振動(dòng)波形圖、時(shí)域圖、頻域圖、故障概率圖FCA、DET、MPC、EDR 等分析算法。

3 數(shù)字孿生應(yīng)用分析

數(shù)字孿生通過集成物理反饋數(shù)據(jù)，并輔以軟件分析，在信息化平臺(tái)內(nèi)建立一個(gè)數(shù)字化模擬。這個(gè)模擬會(huì)根據(jù)反饋，隨著物理實(shí)體的變化而自動(dòng)做出相應(yīng)的變化，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)響應(yīng)，實(shí)時(shí)操控的目的。數(shù)字映射的反饋源主要依賴于各種傳感器，如振動(dòng)、溫度、速度傳感器等。數(shù)字孿生具有自我學(xué)習(xí)能力（或稱機(jī)器學(xué)習(xí)），可以依賴于傳感器的反饋信息，或通過歷史數(shù)據(jù)，或者是集成網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，使平臺(tái)設(shè)備可視化、數(shù)據(jù)可視化、設(shè)備運(yùn)維全過程信息主動(dòng)推送、在線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)分析預(yù)警、故障實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)分析。

在該平臺(tái)中，常常對(duì)于多個(gè)同批次的物理實(shí)體同時(shí)進(jìn)行不同的操作，并將數(shù)據(jù)反饋到同一個(gè)信息化平臺(tái)，數(shù)字映射根據(jù)海量的信息反饋，進(jìn)行迅速的深度學(xué)習(xí)和精確模擬。在預(yù)測(cè)設(shè)備故障概率，老化概率的時(shí)候，會(huì)根據(jù)多臺(tái)設(shè)備處于不同的區(qū)域、使用的負(fù)載等不同的情況進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間，大范圍的數(shù)據(jù)采集跟蹤，分類，整合，從而能更好的排除環(huán)境影響，更加精確的讓系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，智能預(yù)測(cè)各種故障老化等情況。

4 三維仿真技術(shù)分析

4.1 三維模型制作使用

基于專業(yè)三維孿生模型設(shè)計(jì)軟件，采用Obj + MTL 文件的格式，實(shí)現(xiàn)模型的快速高效加載展示。在該平臺(tái)的變壓器三維監(jiān)測(cè)頁面中使用的模型包括了：變壓器本體，避雷器，振動(dòng)傳感器，鐵芯傳感器，油色譜油閥，數(shù)據(jù)連線等，各個(gè)模型都可以獨(dú)立操控，在有需要的時(shí)候進(jìn)行變色和移動(dòng)。

4.2 三維實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頁面

平臺(tái)通過三維模型綁定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)三維模型實(shí)時(shí)響應(yīng)的目的，根據(jù)不同的傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)分別綁定到對(duì)應(yīng)的模型上，各個(gè)模型響應(yīng)之間互不影響，相互獨(dú)立，大大提高系統(tǒng)健壯性，魯棒性，以及用戶對(duì)用戶的操作響應(yīng)速度，數(shù)據(jù)調(diào)用監(jiān)聽示意圖如圖1所示。

圖1：三維模型數(shù)據(jù)響應(yīng)示意圖

不同的傳感器之間的采集數(shù)據(jù)相互獨(dú)立和模型綁定，同時(shí)由系統(tǒng)的誤差校正算法校正數(shù)據(jù)，以及用戶控制將優(yōu)先響應(yīng)用戶想要重點(diǎn)查看的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)模型綁定示意圖如圖2所示。

圖2：數(shù)據(jù)模型綁定示意圖

數(shù)據(jù)和模型的相互綁定，模型具有實(shí)時(shí)交互和實(shí)時(shí)交互診斷的功能，并在非常低的延遲下流暢展示實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并且對(duì)接多個(gè)詳細(xì)數(shù)據(jù)頁面，可通過連接查看實(shí)時(shí)分析，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

4.3 交互式診斷

基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，平臺(tái)提供了對(duì)于指定設(shè)備的交互式診斷功能，可以根據(jù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)或用戶提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備故障、異常交互式診斷，診斷邏輯示意如圖3所示。

圖3：交互式診斷過程示意圖

4.4 精準(zhǔn)評(píng)價(jià)

按照部位和性能進(jìn)行劃分，構(gòu)建精細(xì)化評(píng)價(jià)體系，提取狀態(tài)量隸屬度，計(jì)算狀態(tài)量權(quán)重，得到狀態(tài)量評(píng)價(jià)結(jié)果。

5 總結(jié)

變壓器多維狀態(tài)感知及數(shù)字孿生平臺(tái)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，打造數(shù)字孿生模型，構(gòu)建變壓器知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)真型試驗(yàn)控制，設(shè)備狀態(tài)全息感知、多參量數(shù)據(jù)融合和專業(yè)智能分析展示。