黃煥傑

（廣東電網(wǎng)有限責任公司肇慶供電局）

0 引言

對于變電站內(nèi)的液壓機構(gòu)開關(guān)，需密切關(guān)注油泵啟動打壓的時間間隔以防范頻繁打壓、儲能異常等隱患風險。當液壓機構(gòu)開關(guān)的油泵啟動打壓，其啟動回路使信號重動繼電器的接點閉合，發(fā)啟動信號至本間隔測控裝置，運行人員能通過后臺監(jiān)控機實現(xiàn)對油泵啟動打壓信號的監(jiān)視［1-2］。

但若出現(xiàn)繼電器損壞等情況造成信號回路異常，將影響運行人員的監(jiān)視，無法及時發(fā)現(xiàn)液壓機構(gòu)開關(guān)存在異常，為電網(wǎng)運行安全帶來隱患［3］。此外，長期依靠運行人員對液壓機構(gòu)開關(guān)進行監(jiān)視也增加了運行人員的工作量。如何進一步優(yōu)化開關(guān)油泵頻繁啟動在線監(jiān)測系統(tǒng)，形成新型高效的現(xiàn)場監(jiān)測，已經(jīng)成為新時期液壓機構(gòu)監(jiān)測的重中之重。

1 太陽能無線監(jiān)測的優(yōu)勢分析

液壓機構(gòu)開關(guān)結(jié)構(gòu)復雜，在線監(jiān)測系統(tǒng)只能夠通過開關(guān)啟停信號、動作時間等判斷液壓機構(gòu)是否異常，無法直接觀測開關(guān)油泵結(jié)構(gòu)性能，具有一定的滯后性［4］。同時，液壓機構(gòu)運行時，還需人員密切關(guān)注其油泵啟動打壓的頻率，以防范隱患的發(fā)生，這大大增加了運檢工作量。

因此，需借助太陽能無線監(jiān)測系統(tǒng)快速識別開關(guān)油泵動作信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，在智能終端中評估開關(guān)油泵是否存在缺陷隱患［5］。這種監(jiān)視開關(guān)油泵頻繁啟動的太陽能無線監(jiān)控系統(tǒng)適用于使用液壓機構(gòu)開關(guān)的各種作業(yè)場景，在開關(guān)油泵監(jiān)測中具有前瞻性、準確性和高效性，如表1所示。

表1 太陽能無線監(jiān)測的特點

使用本監(jiān)控系統(tǒng)可以減輕運行維護人員巡視的壓力，同時，該系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)對液壓機構(gòu)開關(guān)的情況進行分析，可提高對液壓機構(gòu)開關(guān)監(jiān)視的可靠性，防范因液壓機構(gòu)開關(guān)頻繁打壓、儲能異常等影響電網(wǎng)運行安全的隱患風險，實用效益顯著。

2 面向開關(guān)油泵頻繁啟動隱患的智能監(jiān)測方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文研發(fā)一種監(jiān)視開關(guān)油泵頻繁啟動的太陽能無線監(jiān)控系統(tǒng)，該裝置利用太陽能供電的無線音頻采集單元去識別油泵是否啟動，并通過智能終端采集并分析各間隔的無線音頻單元信息，繼而識別開關(guān)是否存在異常，如下圖所示。

圖 太陽能無線監(jiān)測架構(gòu)

上述系統(tǒng)采用“采集層-網(wǎng)絡層-應用層”三層架構(gòu)。采集模塊主要包括傳感單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和信號放大器；通信單元主要包括uart接口、zigbee無線接口、USB接口、WiFi接口等；應用單元主要包括ARM處理器、存儲模塊、電源模塊、用戶終端等。其中：

（1）采集單元采用太陽能供電，功耗低，體積小，且具備電量低等告警提醒，可維護性強；

（2）通信單元采用WiFi和Zigbee無線傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，無需外部接線，方便安裝；

（3）應用單元設置ARM處理器和用戶終端，可對液壓機構(gòu)開關(guān)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)結(jié)果一目了然，減輕運行維護人員工作量同時提高監(jiān)視可靠性。同時，應用單元中設置獨立供電模塊，由太陽能板持續(xù)供電，以保證分布式無線監(jiān)測的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 單元優(yōu)化

2.2.1 信號采集單元

本次設計的太陽能無線監(jiān)測系統(tǒng)主要由聲音傳感器采集開關(guān)油泵的打壓、儲能情況?？赏ㄟ^在指定位置安裝的聲敏元件、傳感器等快速檢查開關(guān)油泵是否存在動作聲音異常。同時，配合電流互感器及電壓互感器中的電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)等判斷其是否超負荷運行、絕緣是否存在缺陷等［6］。

采集模塊中的聲信號需經(jīng)過放大器處理，同時進行降噪，從而減少環(huán)境信號的干擾。該操作過程中應根據(jù)信號處理流程選擇對應接口，同時設置Client／Server通信服務模式實現(xiàn)內(nèi)外通信傳輸，利用ACSI標準與變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)連接，從而形成完整的信號采集通道，為開關(guān)油泵狀態(tài)評估提供有效依據(jù)。

2.2.2 通信傳輸單元

本次設計的太陽能無線監(jiān)測系統(tǒng)采用Zigbee和WiFi網(wǎng)絡，其數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性強、可靠性高、傳輸效率高，具有廣泛的市場應用前景。

在信號傳輸過程中采用模數(shù)處理單元，將現(xiàn)場傳感器、敏感元件中的模擬信號轉(zhuǎn)變成主處理器可識別的數(shù)字量，以便于進行初步數(shù)據(jù)篩選和處理。同時，還通過ARM處理器將傳輸?shù)降哪M量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，并通過技術(shù)指標進行數(shù)據(jù)歸類，將開關(guān)油泵的關(guān)鍵數(shù)據(jù)打包，傳輸?shù)綉孟到y(tǒng)中，從而提升開關(guān)油泵頻繁啟動監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的時效性、可靠性和準確性［7-8］。

2.2.3 應用評估單元

本次設計的太陽能無線監(jiān)測系統(tǒng)基于ARM快速處理聲信號并借助智能后臺有效評估開關(guān)油泵運行狀態(tài)。

ARM處理器運行時按照邏輯程序上電初始化，此時時鐘信號、外設接口均處于初始狀態(tài)。在采集到聲音信號后，傳感器或敏感元件發(fā)出聲信號，ARM處理器產(chǎn)生時鐘，通過DMA發(fā)送到存儲器中完成預處理；數(shù)據(jù)經(jīng)Zigbee和WiFi網(wǎng)絡傳輸?shù)狡脚_后，由后臺終端備份，并通過運行模型和故障模型識別對比，判斷開關(guān)油泵是否存在缺陷隱患或運行故障。

上述智能終端構(gòu)建過程中，可與變電站中的在線監(jiān)測平臺交互，借助在線平臺中的神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）構(gòu)建BP診斷模型?？上葘v史故障中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過傅里葉模型處理，梳理開關(guān)油泵故障特征的聲音信號。配合特征信號頻譜中的峰值能量值作為BP診斷模型的輸入樣本，與前端采集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征進行對比，快速映射和匹配，從而得到準確的太陽能無線監(jiān)測結(jié)果。

2.2.4 太陽能供電單元

可在開關(guān)油泵區(qū)域設置太陽能板，將太陽能板與無線監(jiān)測系統(tǒng)供電端口連接，設置24V穩(wěn)定輸入。為保證持續(xù)供能質(zhì)量，無線監(jiān)測系統(tǒng)中安裝低電量監(jiān)測模塊，設置低電量閾值和備用電池。若剩余電量低于閾值，則發(fā)出聲光告警，同時啟動備用電池，從而使無線監(jiān)測裝置安全、可靠、穩(wěn)定運行。

3 面向開關(guān)油泵頻繁啟動隱患的監(jiān)測管控

3.1 智能評估管控

在監(jiān)測數(shù)據(jù)分析過程中，太陽能無線監(jiān)測系統(tǒng)主要通過故障值的設定作為判據(jù)。即在基于BP網(wǎng)絡模型的開關(guān)油泵故障特征分析基礎上，設定動作異常值。如果監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設定的閥值，就由診斷中心進行處理；如果沒有超過閥值，就將數(shù)據(jù)送到預測中心處理：

（1）診斷中心，由開關(guān)油泵故障數(shù)據(jù)庫組成，可在BP網(wǎng)絡模型基礎上開展采集數(shù)值特征分析及故障映射，快速查找目前開關(guān)油泵運行過程中的缺陷類型，確認其故障情況。按照該類型故障的嚴重程度及時制定科學的處理方案，以保障液壓機構(gòu)安全運營。

（2）預測中心，由開關(guān)油泵狀態(tài)數(shù)據(jù)庫組成，可在狀態(tài)評估模型基礎上快速分析開關(guān)油泵的健康情況，確定其可靠性、安全性和穩(wěn)定性。得到有效預測結(jié)果后，應針對上述數(shù)據(jù)設置狀態(tài)檢修決策，包括檢修目標、檢修周期、檢修內(nèi)容及質(zhì)量標準等，有前瞻性地開展液壓開關(guān)運維管理，避免液壓機構(gòu)故障引起的斷電事故。

3.2 分類故障處理

一般開關(guān)油泵異響主要是由于系統(tǒng)介質(zhì)有空氣沒排放干凈、介質(zhì)長期使用未進行過濾清潔、動作元件磨損間隙過大、壓力及流量設置過高或過低、開關(guān)元件故障等導致。在監(jiān)測到異常聲信號并判斷出故障類型后，應按照故障處理方案展開針對性處理，如表2所示。

表2 液壓油泵的常見問題及處理方法

4 結(jié)束語

本文設計的面向開關(guān)油泵頻繁啟動的太陽能無線監(jiān)控系統(tǒng)無需對現(xiàn)有的一次設備或二次設備作任何改動，其通過太陽能供電的無線音頻采集單元對油泵啟動時的聲音進行識別，并將相關(guān)信息通過無線傳輸至智能終端，由智能終端進行數(shù)據(jù)采集分析，該智能終端基于ARM架構(gòu)，自帶觸控屏以方便人機交互操作。同時，當無線音頻采集單元出現(xiàn)供電電壓過低等故障時，將及時發(fā)送信息至智能終端通知運行人員做出相應的檢查，其可靠性強、準確度高、操作便捷、使用高效，值得深入研究和推廣應用。