陳就,劉文平,廖偉全

(南方電網(wǎng)廣東中山供電局,廣東 中山 528400)

0 引 言

變電站是電力網(wǎng)中重要組成部分,其設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)[1]。預(yù)制艙變電站具有基建周期短、占地面積小、安裝方便等優(yōu)點(diǎn),在變電站基建領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛[2]。

目前預(yù)制艙變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要采用人工巡視方式,存在工作效率低、危險(xiǎn)性大、質(zhì)量難以保證的問題。近年來,隨著智能監(jiān)控技術(shù)及信息技術(shù)的快速發(fā)展,變電站遙視監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控,但是缺乏智能識(shí)別與分析功能,仍然需要人工核對(duì)[3-5]。國內(nèi)針對(duì)變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)開展了相應(yīng)研究,文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了基于視頻監(jiān)控與深度學(xué)習(xí)的變電站消防監(jiān)測(cè)系統(tǒng),確保在變電站的復(fù)雜環(huán)境中有較高的識(shí)別率。文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了基于智能視頻識(shí)別的變電站一鍵順控系統(tǒng),遠(yuǎn)程識(shí)別變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),提高了工作效率。文獻(xiàn)[8]將邊緣計(jì)算應(yīng)用到變電站視頻監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)了SF6表計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)判斷與分析。通過視頻監(jiān)控確定設(shè)備狀態(tài),可以提高變電站設(shè)備倒閘操作效率,但未能解決傳統(tǒng)變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)方式存在的問題。

為了解決上述預(yù)制艙變電站傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)方式存在工作效率低、危險(xiǎn)性大、質(zhì)量難以保證的問題,集成應(yīng)用無源無線在線測(cè)溫技術(shù)、紅外熱成像在線監(jiān)控技術(shù)、卡片機(jī)監(jiān)控技術(shù)及二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù),提出并研制了預(yù)制艙變電站智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)、主變壓器設(shè)備在線測(cè)溫、設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程智能識(shí)別功能,用智能識(shí)別代替人工巡檢,讓預(yù)制艙變電站巡檢更智能。

1 預(yù)制艙變電站智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

預(yù)制艙變電站智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)、無源無線在線測(cè)溫模塊、紅外熱成像監(jiān)控模塊、卡片機(jī)監(jiān)控模塊、二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊等部分,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 預(yù)制艙變電站智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)巡檢監(jiān)控管理功能,包括在線測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)、紅外監(jiān)控視頻、設(shè)備位置圖像、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。無源無線在線測(cè)溫模塊實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控、異常告警、預(yù)警設(shè)備缺陷等功能。紅外熱成像監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備表面溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控,通過設(shè)定預(yù)設(shè)區(qū)域、溫度注意報(bào)警值、溫度警示報(bào)警值,實(shí)時(shí)預(yù)警設(shè)備發(fā)熱缺陷?？ㄆ瑱C(jī)監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)、刀閘、地刀等設(shè)備的分合狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,然后圖像識(shí)別設(shè)備分合位置,從而完成對(duì)設(shè)備分合狀態(tài)結(jié)果識(shí)別。二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集,二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示,二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控,保護(hù)定值與故障信息管理,安全措施監(jiān)控等功能。

1.2 系統(tǒng)功能

1)設(shè)備狀態(tài)智能識(shí)別功能。根據(jù)變電站設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行智能圖像識(shí)別,實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)視對(duì)象的分合閘位置的自動(dòng)識(shí)別。

2)全站二次回路自動(dòng)構(gòu)建及自動(dòng)關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)建立了基于短地址的映射規(guī)則,實(shí)現(xiàn)了二次回路上軟壓板的自動(dòng)關(guān)聯(lián)。

3)系統(tǒng)管理功能。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)測(cè)報(bào)告查詢、實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、告警信息查詢等功能。

2 預(yù)制艙變電站智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無源無線在線測(cè)溫技術(shù)

無源無線在線測(cè)溫系統(tǒng)包括后臺(tái)主機(jī)、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、測(cè)溫管理裝置、溫度采集收發(fā)裝置、無源無線溫度傳感器等部分。溫度傳感器用于接收溫度采集收發(fā)裝置的脈沖激勵(lì)信號(hào),并將帶有測(cè)溫點(diǎn)溫度信息的無線信號(hào)反饋回溫度采集收發(fā)裝置[9]。溫度采集收發(fā)裝置用于發(fā)送433 MHz脈沖激勵(lì)信號(hào),接收溫度傳感器反饋信號(hào),進(jìn)行測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)解析,并響應(yīng)站端管理裝置數(shù)據(jù)請(qǐng)求。站端管理裝置用于管理變電站所有測(cè)溫?cái)?shù)據(jù),顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),判斷溫度越限告警,實(shí)時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)主站數(shù)據(jù)請(qǐng)求。測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)具有測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、歷史測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)查詢、歷史溫度曲線生成、告警溫度值設(shè)置等功能,無源無線在線測(cè)溫系統(tǒng)如圖2所示。

聲表面波溫度傳感器具有聲表面波特殊諧振腔結(jié)構(gòu),通過把無線脈沖激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲音信息后,再通過柵條反射而產(chǎn)生諧振。在一定溫度范圍內(nèi)諧振器的諧振頻率與感應(yīng)溫度呈線性關(guān)系,通過測(cè)量頻率變化值可計(jì)算出設(shè)備溫度值。將無源無線式溫度傳感器安裝在10 kV開關(guān)柜內(nèi)刀閘與開關(guān)觸頭的表面,利用聲表面波器件的溫度傳感特性,解決了傳統(tǒng)測(cè)溫方式無法監(jiān)測(cè)開關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵發(fā)熱部位溫度的問題,實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備實(shí)時(shí)溫度在線監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱隱患。

2.2 紅外熱成像在線監(jiān)控技術(shù)

紅外熱成像技術(shù)是通過紅外傳感器接收被測(cè)設(shè)備的紅外輻射能量,然后將其作用到光敏元件上,最后經(jīng)過相關(guān)處理后獲得紅外熱成像圖像[10]。其原理是對(duì)不同紅外波段賦予不同顏色,通過顏色判斷設(shè)備溫度。

紅外熱成像在線監(jiān)控系統(tǒng)由后臺(tái)主機(jī)、熱像儀、交換機(jī)、光纖收發(fā)器、網(wǎng)線、光纖等部分組成,熱像儀采集設(shè)備表面紅外視頻,設(shè)備紅外視頻通過電力專網(wǎng)傳輸至系統(tǒng)主站。后臺(tái)主機(jī)包括服務(wù)器、顯示器等部分,運(yùn)維人員通過后臺(tái)主機(jī)對(duì)設(shè)備表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,然后采用識(shí)別算法對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,識(shí)別設(shè)備表面溫度,通過設(shè)定溫度告警值,當(dāng)設(shè)備區(qū)域溫度高于告警值時(shí),預(yù)警設(shè)備發(fā)熱缺陷,系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 紅外熱成像在線監(jiān)控系統(tǒng)

紅外熱成像在線監(jiān)控系統(tǒng)軟件框架由視頻顯示、參數(shù)設(shè)置、圖像識(shí)別等模塊組成。實(shí)現(xiàn)設(shè)備表面紅外視頻監(jiān)控、視頻信息采集、溫度告警值設(shè)置、溫度異常告警等功能,紅外熱成像在線監(jiān)控系統(tǒng)軟件框架如圖4所示。

圖4 紅外熱成像在線監(jiān)控系統(tǒng)軟件框架

在設(shè)備區(qū)域安裝可旋轉(zhuǎn)紅外熱成像攝像頭,通過預(yù)先設(shè)置攝像頭的位置,即可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度,后臺(tái)劃定設(shè)備測(cè)溫區(qū)域,設(shè)定溫度報(bào)警值,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)在線精確測(cè)溫、診斷與預(yù)警發(fā)熱隱患功能,主變區(qū)域在線測(cè)溫界面如圖5所示。

圖5 紅外熱成像在線測(cè)溫界面

2.3 卡片機(jī)監(jiān)控技術(shù)

卡片機(jī)監(jiān)控技術(shù)通過卡片機(jī)采集設(shè)備分合位置圖像,后臺(tái)智能圖像識(shí)別刀閘、地刀等設(shè)備分合位置[11]。變電站卡片機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)由卡片機(jī)監(jiān)控平臺(tái)、服務(wù)器、交換機(jī)、卡片機(jī)等部分組成,如圖6所示。服務(wù)器主要負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備分合位置進(jìn)行遠(yuǎn)程智能圖像識(shí)別與監(jiān)控視頻存儲(chǔ),當(dāng)設(shè)備位置異常或三相不對(duì)應(yīng)時(shí),則預(yù)警設(shè)備異常,同時(shí)啟動(dòng)攝像機(jī)抓拍功能,并將視頻存儲(chǔ)在服務(wù)器中。卡片機(jī)主要負(fù)責(zé)設(shè)備分合位置圖像采集與設(shè)備異常視頻錄制,并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器。該系統(tǒng)與變電站數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(supervisory control and data acquisition, SCADA)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,在SCADA系統(tǒng)中可以看到卡片機(jī)識(shí)別的設(shè)備實(shí)時(shí)分合位置,作為設(shè)備倒閘操作后設(shè)備位置判斷的依據(jù)之一。

圖6 卡片機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

圖像處理算法通過分析設(shè)備狀態(tài)在分閘、合閘位置時(shí)不同特征信息識(shí)別設(shè)備狀態(tài),通過采集刀閘、地刀位置指示圖像,將待檢測(cè)圖像與專家?guī)靾D像比對(duì),識(shí)別設(shè)備狀態(tài),卡片機(jī)監(jiān)控界面如圖7所示。

圖7 卡片機(jī)監(jiān)控界面

當(dāng)?shù)堕l、地刀位置輔助接點(diǎn)由合變分且智能圖像識(shí)別的設(shè)備位置為分位,則確認(rèn)刀閘位置為分位;當(dāng)?shù)堕l、地刀位置遙信由分變合且智能圖像識(shí)別的設(shè)備位置為合位,則確認(rèn)刀閘位置為合位。如判據(jù)不一致,則報(bào)刀閘、地刀位置不對(duì)應(yīng),提醒運(yùn)行人員到現(xiàn)場檢查處理,設(shè)備狀態(tài)判斷邏輯如圖8所示。

圖8 設(shè)備狀態(tài)判斷邏輯

2.4 二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循分層、分布式思想,網(wǎng)絡(luò)可配置為單網(wǎng)或雙網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浼軜?gòu)也可設(shè)定為總線型、光纜星型及光纜環(huán)式以太網(wǎng)。

變電站站端系統(tǒng)由BZJ-8500智能變電站二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、DSM-851智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷裝置兩部分組成。BZJ-8500智能變電站二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)面向全站二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、保護(hù)管理、智能安措、智能診斷、變電站配置設(shè)計(jì)模型管控、報(bào)文監(jiān)視和分析功能。DSM-851智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷裝置實(shí)時(shí)采集過程層設(shè)備各種運(yùn)行數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)過程層設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),抓取過程層采樣值/面向通用對(duì)象的變電站事件報(bào)文,并將相關(guān)信息傳輸至數(shù)據(jù)管理單元,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集,支持DL/T 860規(guī)約,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入。系統(tǒng)以圖形展示二次虛回路的構(gòu)成和狀態(tài),二次虛回路與軟壓板邏輯關(guān)系,裝置檢修狀態(tài)。以選定的保護(hù)設(shè)備顯示相關(guān)設(shè)備的虛端子連接狀態(tài)、二次回路相關(guān)軟壓板狀態(tài)、保護(hù)裝置檢修壓板狀態(tài)、電流電壓量測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)視。提供二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視,可查看裝置內(nèi)部環(huán)境如電源電壓、工作溫度、光口功率等量測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)告警窗、光字牌、圖元變化等信息展示。具有定值查詢,保護(hù)定值校驗(yàn),保護(hù)壓板狀態(tài)校驗(yàn),錄波管理功能。具備保護(hù)邏輯可視化功能,具備動(dòng)作報(bào)告分析等功能。

3 實(shí)例分析

研制的變電站智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于110 kV某變電站,實(shí)現(xiàn)了全站一、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的智能監(jiān)視。

該變電站監(jiān)測(cè)設(shè)備主要安裝在110 kV GIS預(yù)制艙、主變預(yù)制艙、10 kV高壓室預(yù)制艙、主控室預(yù)制艙。主要包括智能監(jiān)測(cè)平臺(tái)、無源無線在線測(cè)溫模塊、紅外熱成像監(jiān)控模塊、卡片機(jī)監(jiān)控模塊、二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊等設(shè)備。通過啟動(dòng)智能巡檢,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警設(shè)備運(yùn)行異常,提升了變電設(shè)備巡檢質(zhì)量。同時(shí),該系統(tǒng)有利于設(shè)備倒閘操作,操作人員無需到現(xiàn)場檢查設(shè)備位置,提高了倒閘操作效率,同時(shí)保障了作業(yè)人員的人身安全。

4 結(jié) 論

集成應(yīng)用無源無線在線測(cè)溫技術(shù)、紅外熱成像在線監(jiān)控技術(shù)、卡片機(jī)監(jiān)控技術(shù)及二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行預(yù)制艙變電站智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制。無源無線在線測(cè)溫傳感器解決了無法監(jiān)測(cè)開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備溫度的問題,實(shí)現(xiàn)了開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備實(shí)時(shí)溫度在線監(jiān)測(cè)。紅外成像攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備表面溫度在線監(jiān)控,卡片機(jī)智能識(shí)別設(shè)備分合位置,系統(tǒng)與變電站SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,實(shí)現(xiàn)了設(shè)備分合位置的遠(yuǎn)程智能識(shí)別。該系統(tǒng)在變電站倒閘操作中,操作人員無需到現(xiàn)場即可判斷設(shè)備位置,降低了操作人員的作業(yè)強(qiáng)度,確保操作人員作業(yè)安全。二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了變電站二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警設(shè)備缺陷,提升了預(yù)制艙變電站設(shè)備智能巡檢技術(shù)水平。