摘要：電纜在線狀態(tài)的穩(wěn)定運(yùn)行對于變電站整體運(yùn)維具有很大的影響，變電站電纜運(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)備的監(jiān)測是保持變電站整體安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，根據(jù)電纜運(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的合理?xiàng)l件以及顯示狀況進(jìn)行監(jiān)控平臺(tái)的構(gòu)建。技術(shù)搭建完畢后，在應(yīng)用過程中，能夠凸顯出變電站電纜運(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)備的主要作用和監(jiān)控平臺(tái)的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)變電站電纜運(yùn)維的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：信息化；變電站；電纜運(yùn)維；智能設(shè)備；狀態(tài)監(jiān)控

一、前言

近幾十年來，我國水電、風(fēng)電、核電技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，甚至一度超越國外發(fā)達(dá)國家。隨著電力工業(yè)的不斷騰飛，規(guī)模不斷擴(kuò)大，電站管理與運(yùn)維就成為了一個(gè)技術(shù)、人力、資源共生的難題，甚至還被國內(nèi)很多學(xué)者定向研究。變電站電纜運(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)的搭建是一種新型應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合了變電站的特有環(huán)境，以變電站的運(yùn)維技術(shù)支撐為重點(diǎn)，不斷提升運(yùn)營到低成本運(yùn)維的一系列工作為支柱，形成了變電站電纜運(yùn)維的特有環(huán)境與思路。結(jié)合這種子系統(tǒng)的開發(fā)，讓變電站電纜運(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)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(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控[1]。

二、變電站電纜運(yùn)維環(huán)節(jié)智能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)搭建

（一）總體結(jié)構(gòu)

變電站電纜運(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)的電力系統(tǒng)整體架構(gòu)要考慮到一體化、信息化的不同功能需求與組成部分的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，以及對設(shè)備設(shè)施的了解程度。在對變電站電纜機(jī)器附屬智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)全面排布掌握后，開展穩(wěn)定運(yùn)行的安全保障需要設(shè)計(jì)[2]。平臺(tái)由各個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，包括護(hù)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(yīng)急通話子系統(tǒng)、周界防護(hù)子系統(tǒng)，以及最終設(shè)計(jì)的高壓電器設(shè)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(gòu)層次組成，根據(jù)架構(gòu)以及電纜全過程的運(yùn)維內(nèi)容以及智能監(jiān)測設(shè)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(wù)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(dòng)防護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測的主要服務(wù)與功能進(jìn)行監(jiān)測，其中包括護(hù)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(gè)內(nèi)容，通過監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)備份，掌握基礎(chǔ)內(nèi)容的同時(shí)，做到了對上述幾個(gè)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(dòng)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(nèi)容的參數(shù)設(shè)定與智能設(shè)備的布置都是與數(shù)據(jù)信息整體結(jié)合的，在線監(jiān)測子系統(tǒng)的完整度需要考慮到在主動(dòng)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(yīng)急監(jiān)控子系統(tǒng)

應(yīng)急通話子系統(tǒng)是應(yīng)急監(jiān)控子系統(tǒng)的一個(gè)方面，在應(yīng)急監(jiān)控子系統(tǒng)中還包括周界防護(hù)子系統(tǒng)的應(yīng)急監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)其數(shù)據(jù)內(nèi)容與應(yīng)急防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，要合理確定應(yīng)急預(yù)案以及應(yīng)急解決策略[4]。

（二）架構(gòu)合理性評估

電力電纜在電網(wǎng)或大中電場的應(yīng)用中會(huì)涉及多種多樣的安全問題，通過變電站電纜運(yùn)維的整體設(shè)備與電力傳輸整體情況來看，實(shí)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(shè)備的選擇與標(biāo)準(zhǔn)化安裝，需要考慮平臺(tái)的整體架構(gòu)，結(jié)合架構(gòu)進(jìn)行合理布局?；谝陨细黜?xiàng)內(nèi)容的建設(shè)條件，根據(jù)假設(shè)條件設(shè)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(nèi)容針對兩個(gè)主要數(shù)據(jù)及要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建得到狀態(tài)監(jiān)測彈性指數(shù)模型：

（1）

式中：ξ為隨機(jī)誤差項(xiàng)；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(shè)計(jì)的狀態(tài)監(jiān)測彈性指數(shù)模型，設(shè)定好具體指標(biāo)之間的量化關(guān)系，并權(quán)衡與排除上述假定條件，將狀態(tài)監(jiān)測彈性影響的關(guān)鍵要素展現(xiàn)出來，能夠更好地定位具體指標(biāo)，針對性地給出發(fā)展建議與對策。

構(gòu)建狀態(tài)監(jiān)測彈性與狀態(tài)監(jiān)測價(jià)值的模型如下：

（2）

式中：ε1為殘差項(xiàng)；為待分析參數(shù)；0代表常數(shù)項(xiàng)。

狀態(tài)監(jiān)測彈性的邊際價(jià)值模型如下：

（3）

式中：ε2為殘差項(xiàng)；為待分析參數(shù)；0為常數(shù)項(xiàng)。

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

（4）

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

三、變電站電纜運(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)的應(yīng)用

（一）監(jiān)測子系統(tǒng)的應(yīng)用

在實(shí)際工作中，結(jié)合應(yīng)用傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行記錄，采集相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合之后，發(fā)現(xiàn)其關(guān)聯(lián)價(jià)值，利用監(jiān)測子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，并發(fā)現(xiàn)其主要監(jiān)測子系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)情況軌跡，分析如下：

運(yùn)用SPSS對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性分析，了解所采集的數(shù)據(jù)樣本分布情況，進(jìn)而對狀態(tài)監(jiān)測價(jià)值和電力傳輸安全彈性水平有整體把握，變量相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果如表 1所示。

利用樣本分析結(jié)果展開記錄并檢查監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)備安裝情況，監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)子系統(tǒng)的線路保護(hù)裝置安裝、外置設(shè)備電路保護(hù)回路監(jiān)測裝置，與變電站全面安全監(jiān)測設(shè)備的安裝保持一級能源標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)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(yīng)用

在線監(jiān)測子系統(tǒng)的應(yīng)用主要功能與價(jià)值在于能夠科學(xué)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(shè)備狀況所決定。而這些設(shè)備一般采用的是串聯(lián)的方式進(jìn)行連接[5]。參照可靠性評估中的設(shè)備可靠性靈敏度，引入了重要因子KZ，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來定量分析設(shè)備可靠性狀態(tài)對整個(gè)變電站運(yùn)行的影響程度。設(shè)備故障率P公式如（1）所示：n 表示已動(dòng)作的保護(hù)范圍與該設(shè)備相交的保護(hù)數(shù)目。

（5）

對于不屬于兩個(gè)集合的設(shè)備，P＝Pb。

對于設(shè)備故障集中的設(shè)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(shè)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(nèi)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(jī)場溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，查看相應(yīng)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(hù)作用。

（三）應(yīng)急監(jiān)控子系統(tǒng)

應(yīng)急監(jiān)控子系統(tǒng)的使用與設(shè)計(jì)主要是為了契合監(jiān)控系統(tǒng)所使用的一種監(jiān)控設(shè)備，像紅外設(shè)備、測溫設(shè)備、遙控設(shè)備等，在外場的變電站輸送電纜監(jiān)控中，主要設(shè)計(jì)了紅外攝像頭進(jìn)行火災(zāi)安全的預(yù)測與應(yīng)急處理。

如圖4所示，變電站應(yīng)急監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中含有變電站整體的電子地圖、涉及報(bào)警的部分是根據(jù)地圖分類，按照每一個(gè)不同地方進(jìn)行單獨(dú)報(bào)警的，避免了事故發(fā)生或隱患發(fā)生后的排查，縮短了預(yù)警到緊急處理的反應(yīng)時(shí)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(biāo)識(shí)，根據(jù)標(biāo)識(shí)可以快速識(shí)別事件，做到安全處理的第一時(shí)間反應(yīng)。

（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(shè)計(jì)三個(gè)部分，第一個(gè)部分是站端設(shè)備，包括圖像采集部分、報(bào)警采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，變電站主要涵蓋11個(gè)此類系統(tǒng)。第二部分為圖像采集部分，包括19個(gè)室外智能感應(yīng)球、51個(gè)室內(nèi)智能感應(yīng)球、4臺(tái)紅外重型智能高速云臺(tái)攝像機(jī)。第三部分主要是消防安全設(shè)備，其中安裝了42個(gè)紅外光束對射探測器，根據(jù)區(qū)域劃分進(jìn)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(gè)區(qū)域，劃分好后，監(jiān)控中心設(shè)備服務(wù)器進(jìn)行三個(gè)數(shù)據(jù)庫的搭建，備份監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)內(nèi)容。

四、結(jié)語

綜上所述，變電站的電纜模塊化功能與具體需求的設(shè)計(jì)已經(jīng)基本符合要求，依托信息化轉(zhuǎn)型下的技術(shù)支撐，所開發(fā)和籌建的變電站電纜運(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)搭建完畢后，在應(yīng)用過程中，確實(shí)可以幫助變電站進(jìn)行電纜運(yùn)維全環(huán)節(jié)智能設(shè)備管理，凸顯監(jiān)控平臺(tái)的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)變電站電纜運(yùn)維的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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作者單位：深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)

■ 責(zé)任編輯：張津平