引言

電力變壓器是整個(gè)電力系統(tǒng)中的樞紐設(shè)備,變壓器安全可靠運(yùn)行是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的根本保障。由于投運(yùn)變壓器的數(shù)量和種類繁多,所以在進(jìn)行設(shè)備管理、運(yùn)行監(jiān)測(cè)、故障診斷等工作時(shí)往往存在著工作量巨大、人力成本居高不下等問(wèn)題。

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,僅僅依靠人工手段難以完成電網(wǎng)的基本維護(hù)和保障工作,即便是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托的傳統(tǒng)意義上的數(shù)字信息化管理也無(wú)法滿足發(fā)展的需要。如何在提高電能供應(yīng)質(zhì)量及工作效率的同時(shí)降低運(yùn)營(yíng)成本成為現(xiàn)階段電力系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中的一大難題。而近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起和普及,正好為電力行業(yè)的發(fā)展和革新提供了一種新的方法和方向。

本文以油浸式變壓器為例,就物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變壓器設(shè)備管理、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障偵測(cè)等方面的應(yīng)用進(jìn)行探討研究,為改進(jìn)變壓器設(shè)備的管理和運(yùn)行方式提供一個(gè)新思路。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介

物聯(lián)網(wǎng)概念最早于1999年由美國(guó)麻省理工學(xué)院提出,其早期以射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)為基礎(chǔ),通過(guò)將電子碼附著于物品上的方式對(duì)物體進(jìn)行跟蹤、識(shí)別。近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及智能終端設(shè)備的普及,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸演變?yōu)榫C合利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、智能終端技術(shù)、定位技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)物一人一網(wǎng)互聯(lián),信息交換和傳輸,實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理功能。物聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)相比,具有全面感知、可靠傳遞、智能控制、數(shù)據(jù)融合等鮮明的特征。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)起源于RFID技術(shù),主要體系由應(yīng)答器、識(shí)別器和應(yīng)用軟件三部分組成。隨著芯片技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及通信技術(shù)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷拓展更新,其應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大至信息采集、交換和傳輸?shù)确矫?真正實(shí)現(xiàn)了物一人一機(jī)互聯(lián)。特別是近年來(lái)大規(guī)模集成電路芯片技術(shù)突飛猛進(jìn),大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能相繼出現(xiàn),這些新技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互交叉發(fā)展,使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷演變?yōu)榭梢詫?duì)物體進(jìn)行全面感知的一種技術(shù),即運(yùn)用各種傳感器獲取被測(cè)物體各方面的信息,并按一定頻率周期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新,再通過(guò)有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,把傳感器和智能處理有機(jī)結(jié)合起來(lái)。通過(guò)將其與云計(jì)算、模式識(shí)別、大數(shù)據(jù)等各種智能技術(shù)進(jìn)行組合,可以不斷擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍。

2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變壓器設(shè)備管理中的應(yīng)用

電力變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的一種電氣設(shè)備,目前在電力系統(tǒng)中變壓器設(shè)備的管理存在以下幾個(gè)難點(diǎn):

(1)變壓器的類型有干式變壓器、油浸式變壓器、氣體絕緣變壓器等,其型號(hào)眾多且數(shù)量龐大,利用電子表格進(jìn)行登記管理的傳統(tǒng)方法易耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。

(2)變壓器廣泛分布于電網(wǎng)中,地理位置極其分散,傳統(tǒng)管理方式不能直觀地反映變壓器的位置分布狀況,給現(xiàn)有設(shè)備檢修調(diào)度及未來(lái)新建設(shè)備的規(guī)劃增加了難度。

(3)變壓器在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)設(shè)備老化、損壞或淘汰等情況,而每臺(tái)變壓器的使用情況和運(yùn)行狀況各不相同,難以實(shí)施跟蹤管理和動(dòng)態(tài)管理。

(4)在對(duì)變壓器設(shè)備進(jìn)行管理時(shí),財(cái)務(wù)、調(diào)度、運(yùn)維等不同崗位人員對(duì)設(shè)備信息的需求又各不相同,這將使得信息的存儲(chǔ)和提取過(guò)程更加冗雜繁瑣。

變壓器設(shè)備的動(dòng)態(tài)管理僅僅依靠傳統(tǒng)的技術(shù)手段已遠(yuǎn)不能適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的需要,而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)和電力應(yīng)用系統(tǒng)可以很好地解決上述問(wèn)題。利用RFID技術(shù)可以為每一臺(tái)變壓器打上一個(gè)"電子標(biāo)簽",記錄該變壓器的配備時(shí)間、設(shè)備型號(hào)、技術(shù)參數(shù)等特征信息,使每一臺(tái)變壓器都有自己唯一的"身份證"。從變壓器交付開(kāi)始,到設(shè)備的安裝、巡檢、維修、停用再啟用、封存,直至最終淘汰等各個(gè)環(huán)節(jié)都能通過(guò)智能終端實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集信息、傳輸信息、存入數(shù)據(jù)庫(kù),并通過(guò)算法對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理的功能。該過(guò)程貫穿設(shè)備的壽命周期,可以節(jié)省大量人力勞動(dòng)。在調(diào)取和使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)時(shí),除了可以按照種類、型號(hào)、所屬區(qū)域分類查詢外,還可以按維修情況、設(shè)備狀態(tài)等條件進(jìn)行數(shù)據(jù)的篩選和實(shí)施追蹤,極大地提升了資產(chǎn)管理效率和設(shè)備運(yùn)行效益。采集到的基礎(chǔ)信息可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)與其他電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián),綜合電網(wǎng)大數(shù)據(jù)樣本對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘,就可以按需求為不同崗位的人員提供不同的關(guān)聯(lián)信息。變壓器設(shè)備通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲得的位置信息,既可以以表格形式呈現(xiàn),又可以通過(guò)地理信息技術(shù)、管理軟件以更直觀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖、GIS地圖等圖形化界面呈現(xiàn)出來(lái),便于運(yùn)維人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢和維修等工作,還可以將物理位置上分散的變壓器進(jìn)行集中管理,統(tǒng)一調(diào)度。此外,變壓器的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊接入系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)異常狀態(tài)自動(dòng)報(bào)警功能,也是變壓器設(shè)備的遠(yuǎn)程防盜防破壞的安防技防措施,有助于設(shè)備的資產(chǎn)安全管理。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變壓器運(yùn)行中的應(yīng)用

變壓器的運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行狀況將直接影響變壓器運(yùn)的穩(wěn)定性。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù),監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行環(huán)境和自身運(yùn)行狀態(tài)的各項(xiàng)指標(biāo),有助于及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并快速響應(yīng),極大地提高了設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。下面以油浸式變壓器為例,從運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障偵測(cè)等方面討論物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變壓器運(yùn)行中的應(yīng)用。

3.1溫感監(jiān)測(cè)

油浸式變壓器正常運(yùn)行時(shí),環(huán)境溫度不能高于40C,亦不能低于-25℃,最高日平均溫度不超過(guò)C03,最高年平均溫度不超過(guò)20℃,相對(duì)濕度不超過(guò)90℃)環(huán)境溫度25℃),海拔高度不超過(guò)1000m。油浸式變壓器按銘牌上的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)需要滿足規(guī)定的冷卻條件,頂層的油溫最高不超過(guò)90℃,當(dāng)油溫經(jīng)常超過(guò)85℃時(shí),變壓器絕緣體容易老化。運(yùn)用設(shè)置在變壓器周邊及其內(nèi)部的溫度傳感器實(shí)時(shí)地獲取變壓器的環(huán)境溫度、頂層油面溫度、繞組溫度以及環(huán)境干濕度數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)通過(guò)4G/5G傳輸回電力主干網(wǎng),供工作人員監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行狀況或?qū)ψ儔浩鞴收线M(jìn)行判斷,此方法時(shí)效性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人工定時(shí)巡檢,且能為大數(shù)據(jù)分析提供大量可靠的樣本基礎(chǔ)。

3.2液面監(jiān)測(cè)

油浸式變壓器的絕緣體為絕緣油,內(nèi)部關(guān)鍵部件都必須浸入絕緣油中。油面過(guò)低,會(huì)使套管引線和分接開(kāi)關(guān)暴露于空氣中,導(dǎo)致絕緣水平大幅下降,從而引起擊穿放電:油面過(guò)高,說(shuō)明變壓器可能出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷或者油路堵塞,上述兩種異常情況需及時(shí)發(fā)現(xiàn)并予以處理。利用設(shè)置在變壓器內(nèi)部的液位檢測(cè)模塊可以實(shí)時(shí)采集油面位置信息,將數(shù)據(jù)通過(guò)GPs/GPRs或北斗短報(bào)文傳回?cái)?shù)據(jù)平臺(tái),回傳的相關(guān)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)而不需要再進(jìn)行人工操作或干預(yù),回傳的頻度可以根據(jù)設(shè)備壽命周期、設(shè)備用途及負(fù)荷、環(huán)境狀況等因素綜合考慮之后確定。該方案能夠提高故障排查效率,縮短處理故障的響應(yīng)時(shí)間,其時(shí)效性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人工定時(shí)巡檢的傳統(tǒng)方法。3.3圖像監(jiān)測(cè)

通過(guò)在變壓器周邊部署高清攝像頭的方式,對(duì)變壓器周邊環(huán)境和變壓器需要巡檢的重要部位進(jìn)行視頻監(jiān)控,可直觀了解變壓器周邊的環(huán)境變化,如:冰雪覆蓋、洪澇淹沒(méi)、變壓器外觀變動(dòng)情況)泄露的油漬痕跡、覆蓋物、堵塞物等)。由于變壓器是固定式的電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備,所以對(duì)于設(shè)備周圍環(huán)境發(fā)生物理位置上變動(dòng)狀況的監(jiān)測(cè)可采用移動(dòng)圖像監(jiān)控技術(shù),并增加異常狀況報(bào)警功能,對(duì)進(jìn)入變壓器安全距離內(nèi)的物體或突然發(fā)生的異物覆蓋堵塞、桿位變化、冒煙、冒火等情況及時(shí)報(bào)警。該功能的實(shí)現(xiàn)需要結(jié)合圖像處理技術(shù)與圖像識(shí)別技術(shù),首先通過(guò)圖像預(yù)處理系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)抓取圖片,在設(shè)定好輸出閾值之后便可將抓取的圖片與標(biāo)準(zhǔn)圖片自動(dòng)識(shí)別比對(duì),判斷變壓器周邊的環(huán)境是否發(fā)生了對(duì)變壓器正常運(yùn)行有害的變化,并結(jié)合液面監(jiān)測(cè)識(shí)別是否有絕緣油溢出。由于圖像傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高,對(duì)于有條件部署有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域可以對(duì)電力設(shè)備自行部署有線傳輸專網(wǎng),如:各變電站站內(nèi)的變壓器等就可以依托已有的監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像傳輸:對(duì)于沒(méi)有條件部署傳輸專網(wǎng)的區(qū)域,可以采用三大運(yùn)營(yíng)商的4G/5G物聯(lián)網(wǎng)傳輸鏈路,測(cè)算出流量需求后納入一個(gè)統(tǒng)一的流量池。圖像監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以替代大部分現(xiàn)場(chǎng)巡檢工作,從而有效地減少了現(xiàn)場(chǎng)巡檢的人力、物力成本,提升經(jīng)濟(jì)效益。

3.4噪聲監(jiān)測(cè)

變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)或外加負(fù)荷超載時(shí)其運(yùn)行狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變,直觀反映為變壓器發(fā)出異響噪聲。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生如各種緊固螺栓松動(dòng)、負(fù)荷過(guò)高、繞組間隙粘接不牢、繞組線包和磁芯間有松動(dòng)等故障時(shí),都會(huì)伴有明顯的異常噪聲,且不同類型的故障所引發(fā)的噪聲波形也各不相同。針對(duì)此種情況,可利用音頻采集設(shè)備采集音頻樣本信息,分析故障噪聲聲紋特征并建立變壓器故障噪聲音頻特征庫(kù)。當(dāng)變壓器發(fā)生異常噪聲時(shí),傳感器及時(shí)回傳異常噪聲音頻信號(hào),通過(guò)算法和分析軟件從中提取異常音頻的特征信息,再將計(jì)算結(jié)果與故障噪聲音頻特征庫(kù)比對(duì),最后結(jié)合其他監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行故障的綜合判斷。這種技術(shù)在判斷故障時(shí)可以過(guò)濾各種環(huán)境噪聲對(duì)人的干擾,判斷的準(zhǔn)確性不再依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人能力的高低,使得診斷結(jié)果的可靠性大幅提高。

4結(jié)語(yǔ)

變壓器運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)工作如果單純依靠人工檢測(cè),將會(huì)是一個(gè)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力且無(wú)法保持連續(xù)性的工程,其可靠性在一定程度上還受技術(shù)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)和工作經(jīng)驗(yàn)的影響,效率和準(zhǔn)確性難以保證。利用物聯(lián)網(wǎng)智能傳感裝置可以24h不間斷地采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),通過(guò)4G/5G專用物聯(lián)網(wǎng)鏈路傳輸數(shù)據(jù)信息,通過(guò)運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并處理采集的海量信息并結(jié)合智能化的軟件分析運(yùn)用數(shù)據(jù),最后配合少量人工操作即可實(shí)現(xiàn)一般性故障的遠(yuǎn)程自診斷功能。這種電力變壓器的遠(yuǎn)程檢測(cè)方案在很大程度上減少了人力勞動(dòng)量,在成本管理上具有很大的優(yōu)勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變壓器運(yùn)行管理中具有良好的發(fā)展前景,同時(shí)這只是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力行業(yè)的一部分應(yīng)用,其在整個(gè)電力系統(tǒng)和其他行業(yè)都還有著更廣闊的發(fā)展空間。