譚天雷

（江蘇省張家港市錦豐鎮(zhèn)沙鋼集團(tuán)有限公司煉鐵廠，江蘇張家港 215600）

0 引言

通過對變電站的變壓器、高壓柜等進(jìn)行設(shè)備實(shí)時全景監(jiān)控，對高壓柜觸頭進(jìn)行可見光+熱成像雙光監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的溫度異常。通過系統(tǒng)發(fā)出的報警提示，工作人員到現(xiàn)場進(jìn)行確認(rèn)驗(yàn)證，避免設(shè)備異常發(fā)現(xiàn)不及時而造成事故。

1 變電站智能化監(jiān)測建設(shè)的意義

在工業(yè)4.0 時代，可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合成熟的傳感器硬件，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)算法分析。在軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)上，融合信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際的具體需求，實(shí)現(xiàn)變電站智能化監(jiān)測。

高壓電氣設(shè)備智能化監(jiān)測系統(tǒng)可以對供配電關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，遠(yuǎn)端查看高壓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等數(shù)據(jù)。通過監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的無人化管理，提高設(shè)備和人員的使用效率。

2 變電站智能化監(jiān)測實(shí)施預(yù)期目標(biāo)

通過對關(guān)鍵電氣設(shè)備加裝智能監(jiān)測設(shè)備，部署數(shù)據(jù)采集平臺，利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集與監(jiān)測。并且通過建立數(shù)學(xué)模型、擬合智能算法和人工診斷相結(jié)合的方式，使變電站的電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化在線監(jiān)測與管理，預(yù)期實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)。

2.1 變壓器智能在線監(jiān)測

在現(xiàn)場變壓器增加變壓器局放監(jiān)測、遠(yuǎn)紅外無線測溫、多點(diǎn)鐵芯接地等監(jiān)測手段，對現(xiàn)場油浸式變壓器進(jìn)行全方位監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)高溫、局放或電流泄漏等異常情況時，第一時間通過手機(jī)應(yīng)用通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，加強(qiáng)對主變的管理與檢修工作。

2.2 高壓柜智能在線監(jiān)測

通過對高壓柜加裝智能電網(wǎng)監(jiān)測終端，結(jié)合軟件平臺，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜的智能監(jiān)測。點(diǎn)檢人員可以在任何時間、地點(diǎn)，通過電腦、手機(jī)查看各開關(guān)柜的狀態(tài)與實(shí)時數(shù)據(jù)。有異常狀況發(fā)生時，系統(tǒng)自動報警，及時通知相關(guān)人員。

2.3 紅外熱成像智能在線監(jiān)測

隨著紅外熱成像技術(shù)的不斷發(fā)展，在線式紅外熱成像系統(tǒng)將為變電設(shè)備和高壓柜安全提供有力保障，可以在風(fēng)險發(fā)生之前預(yù)先偵測到溫度的異常升高，有效防止風(fēng)險和設(shè)備故障的發(fā)生。實(shí)時生成可視化的紅外熱像圖，并提供在線測溫、風(fēng)險預(yù)警、溫度曲線分析、歷史記錄管理以及溫度數(shù)據(jù)分析和配套報表功能。

2.4 電纜層智能監(jiān)測智能化

通過在對電纜層布設(shè)巡檢機(jī)器人，結(jié)合軟件平臺，實(shí)現(xiàn)電纜層的智能監(jiān)測。利用算法分析以及各指標(biāo)數(shù)據(jù)計算，實(shí)現(xiàn)智能化預(yù)警，防止突發(fā)事故，降低電氣設(shè)備的隱患和風(fēng)險。

2.5 降低管理成本，提高生產(chǎn)效益

通過實(shí)時監(jiān)測和智能預(yù)警，使高壓設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行，降低因供電問題造成的停機(jī)、停產(chǎn)損失，使生產(chǎn)設(shè)備更高效、平穩(wěn)地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)就是企業(yè)最大的效益。

3 變電站智能化監(jiān)測總體方案

對關(guān)鍵高壓系統(tǒng)電氣設(shè)備進(jìn)行智能化監(jiān)測，包括變壓器、開關(guān)柜、電纜線、變壓器等。根據(jù)不同設(shè)備的特點(diǎn)，采用針對性手段進(jìn)行監(jiān)測，智能化多維度地開展分析和診斷，捕捉設(shè)備運(yùn)行中的異常，提前發(fā)現(xiàn)早期缺陷，變故障搶修為主動維修。

3.1 高壓開關(guān)柜

高壓開關(guān)柜是供配電系統(tǒng)最核心的設(shè)備，高壓柜的安全運(yùn)行是設(shè)備維護(hù)的重中之重。開關(guān)柜事故多是由于柜內(nèi)絕緣下降、動靜觸頭發(fā)熱、柜內(nèi)封堵不嚴(yán)、柜內(nèi)凝露大等導(dǎo)致的，嚴(yán)重時可能造成短路放電事故。

（1）在斷路器觸點(diǎn)、電纜頭位置直接套裝無線測溫傳感器，進(jìn)行表面溫度的監(jiān)測，在斷路器室和母線室內(nèi)壁加裝弧光、局放傳感器，進(jìn)行局部放電監(jiān)測。

（2）在電纜室和母線室內(nèi)壁加裝環(huán)境溫濕度傳感器，在二次室頂端加裝煙感傳感器。

（3）在二次室加裝智能監(jiān)測終端，通過RS-485 和無線網(wǎng)絡(luò)接入傳感器數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)/光纖傳輸?shù)胶笈_，進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測。

3.2 變壓器

（1）系統(tǒng)應(yīng)用UHF 頻段進(jìn)行局放監(jiān)測，能有效避開電暈等干擾信號的影響，克服傳統(tǒng)局部放電在線檢測抗干擾能力差的缺點(diǎn)，大大提高系統(tǒng)的靈敏度、可靠性以及抗干擾能力。

（2）系統(tǒng)對監(jiān)測結(jié)果建立狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，逬行數(shù)據(jù)管理、分析、統(tǒng)計、整合，為設(shè)備的狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)和輔助分析等功能。

3.3 電纜層

電纜層作為供配電系統(tǒng)的生命線，現(xiàn)場一般比較狹窄擁擠，電纜層線路多、環(huán)境差，人工現(xiàn)場點(diǎn)檢的難度極大，且人工點(diǎn)檢無法做到實(shí)時監(jiān)控。

（1）現(xiàn)場增加巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能巡檢，通過高精度紅外智能診斷技術(shù)、圖像智能分析技術(shù)、圖像對比技術(shù)，針對高壓電纜故障缺陷進(jìn)行視頻跟蹤、報警系統(tǒng)聯(lián)動，解決電纜通廊區(qū)域過大、設(shè)備缺陷不能及時發(fā)現(xiàn)、及時處理的問題。

（2）系統(tǒng)能將巡檢任務(wù)中采集到的可見光圖像、紅外圖像、設(shè)備位置狀態(tài)等信息存儲在本地監(jiān)控后臺的巡檢數(shù)據(jù)庫中，能夠按照巡檢時間、巡檢任務(wù)、設(shè)備類型、設(shè)備名稱、最高溫度等過濾條件查詢數(shù)據(jù)。

（3）系統(tǒng)提供手動控制和自動控制兩種機(jī)器人控制方式，并能在兩種控制模式間任意切換。手動控制功能可實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人車體、云臺、可見光攝像機(jī)和紅外熱像儀的控制操作。自動控制時，系統(tǒng)能夠在全自主的模式下，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的任務(wù)或者由用戶臨時指定的任務(wù)，通過機(jī)器人各功能單元配合實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的檢測功能。

3.4 紅外熱成像在線監(jiān)測

（1）項(xiàng)目采用邊緣端雙光譜人工智能監(jiān)測設(shè)備作為前端主要在線監(jiān)測設(shè)備，通過非接觸方式監(jiān)測目標(biāo)實(shí)時溫度和溫度變化，并根據(jù)使用需求設(shè)定不同的溫度告警閾值。本系統(tǒng)通過雙目球機(jī)、雙目筒機(jī)、柜內(nèi)卡片機(jī)對變壓器和開關(guān)柜內(nèi)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控。

（2）報警類型分為高溫報警和溫升報警。高溫報警即被測區(qū)域超過預(yù)設(shè)值時報警，溫升報警即被測區(qū)域溫度在某一時間段內(nèi)出現(xiàn)異常溫升時報警，具體數(shù)值可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。

（3）報警歷史趨勢管理?，F(xiàn)場所測溫度自動生成報表與溫度曲線。調(diào)取歷史溫度信息和報警記錄，方便于出現(xiàn)問題后進(jìn)行故障跟蹤及事故分析。報警記錄與圖像同步存儲系統(tǒng)。報警歷史記錄可循環(huán)存儲。

（4）實(shí)時顯示全輻射熱圖?？刹榭串嬅嫒我馕恢玫乃矔r溫度，對異常情況進(jìn)行錄制、拍照、分析。

4 變電站智能化監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架及軟件功能

4.1 系統(tǒng)構(gòu)架

局放、弧光、溫度、濕度等類型傳感器通過RS-485 接口接入智能監(jiān)測終端，無線溫度傳感器通過無線傳輸方式也接入到智能監(jiān)測終端，然后通過現(xiàn)場敷設(shè)光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街蛋嗍译娔X上。

4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺

通過部署的系統(tǒng)應(yīng)用與建立的賬號，工作人員可以登陸至系統(tǒng)中，查看各個關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行情況與實(shí)時數(shù)據(jù)，并且可以通過可視化組件更加直觀、準(zhǔn)確地了解每臺設(shè)備的運(yùn)行情況。在系統(tǒng)的報警管理中，可以查看設(shè)備歷史報警記錄，報警記錄詳細(xì)記錄了具體的設(shè)備報警事件、報警原因以及報警的后續(xù)處理情況跟蹤。

4.3 軟件功能

軟件系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)采集服務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)、高壓智能預(yù)警系統(tǒng)、移動端手機(jī)APP 系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析再到數(shù)據(jù)應(yīng)用展示，提供全方位的軟件服務(wù)。能夠根據(jù)采集的各類型指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過算法邏輯實(shí)現(xiàn)報警、預(yù)警等功能，并通過系統(tǒng)軟件及時通知值班人員。應(yīng)用系統(tǒng)提供可視化組件，可以更加直觀地反映出每臺設(shè)備的運(yùn)行狀況與設(shè)備狀態(tài)。

4.4 高溫追蹤

自動對熱像圖對整個畫面或特定區(qū)域進(jìn)行溫升趨勢分析，提早發(fā)現(xiàn)隱患區(qū)域，系統(tǒng)支持可見光支持熱源追蹤和定位功能。高壓柜卡片機(jī)監(jiān)控畫面如圖1 所示。

圖1 高壓柜卡片機(jī)監(jiān)控

4.5 溫度曲線分析

軟件監(jiān)測各區(qū)域溫度時可實(shí)時顯示最高溫度曲線，通過曲線的變化趨勢用于判定此時各個區(qū)域是否存在異常，畫面左上角顯示有最高溫度、平均溫度、最低溫度。軟件可實(shí)時顯示最高溫度區(qū)域曲線，并通過曲線的變化趨勢判定各個區(qū)域是否存在異常。

4.6 報表管理功能

可設(shè)置起始時間，對日、月、年趨勢進(jìn)行分析，并生成EXCEL報表。支持查詢功能，可通過時間段從起始時間進(jìn)行范圍查詢，查詢節(jié)點(diǎn)可按分、時、日、月、年度劃分，并提供趨勢分析。

4.7 手機(jī)移動APP

通過手機(jī)端移動APP 可以隨時查看各關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，查看內(nèi)容與系統(tǒng)平臺上的內(nèi)容一致，并支持消息推送與接收。當(dāng)某臺關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)報警情況時，手機(jī)端可以實(shí)時接收到報警通知，從而第一時間通知相關(guān)責(zé)任人處理問題，保證設(shè)備的平穩(wěn)高效運(yùn)行。

5 變電站智能化監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用效果

變電站智能化監(jiān)測系統(tǒng)通過對高壓電氣設(shè)備的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測、記錄和分析，利用高壓智能監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對主要電氣設(shè)備：變壓器、開關(guān)柜、電纜線、配電室等關(guān)鍵點(diǎn)的無紙化不間斷監(jiān)測和智能預(yù)警，并結(jié)合視頻監(jiān)控、圖形分析綜合管理，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備臺賬管理、智能化監(jiān)測平臺搭建，為企業(yè)信息化發(fā)展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為企業(yè)穩(wěn)定供電、安全隱患排查提供技術(shù)支撐。