引言

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

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,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,即便是以計算機網(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降低運營成本成為現(xiàn)階段電力系統(tǒng)發(fā)展過程中的一大難題。而近年來物聯(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、運行環(huán)境監(jiān)測、運行狀態(tài)監(jiān)測、故障偵測等方面的應(yīng)用進(jìn)行探討研究,為改進(jìn)變壓器設(shè)備的管理和運行方式提供一個新思路。

1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡介

物聯(lián)網(wǎng)概念最早于1999年由美國麻省理工學(xué)院提出,其早期以射頻識別技術(shù)(RFID)為基礎(chǔ),通過將電子碼附著于物品上的方式對物體進(jìn)行跟蹤、識別。近年來,隨著計算機技術(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)等多項技術(shù)來實現(xiàn)物一人一網(wǎng)互聯(lián),信息交換和傳輸,實現(xiàn)智能化識別、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)用范圍也逐漸擴大至信息采集、交換和傳輸?shù)确矫?真正實現(xiàn)了物一人一機互聯(lián)。特別是近年來大規(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ξ矬w進(jìn)行全面感知的一種技術(shù),即運用各種傳感器獲取被測物體各方面的信息,并按一定頻率周期對數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)更新,再通過有線、無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,把傳感器和智能處理有機結(jié)合起來。通過將其與云計算、模式識別、大數(shù)據(jù)等各種智能技術(shù)進(jìn)行組合,可以不斷擴展物聯(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難點:

(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)方法易耗費大量的人力、物力和時間。

(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)度及未來新建設(shè)備的規(guī)劃增加了難度。

(3)變壓器在使用過程中會出現(xiàn)設(shè)備老化、損壞或淘汰等情況,而每臺變壓器的使用情況和運行狀況各不相同,難以實施跟蹤管理和動態(tài)管理。

(4)在對變壓器設(shè)備進(jìn)行管理時,財務(wù)、調(diào)度、運維等不同崗位人員對設(shè)備信息的需求又各不相同,這將使得信息的存儲和提取過程更加冗雜繁瑣。

變壓器設(shè)備的動態(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)庫和電力應(yīng)用系統(tǒng)可以很好地解決上述問題。利用RFID技術(shù)可以為每一臺變壓器打上一個"電子標(biāo)簽",記錄該變壓器的配備時間、設(shè)備型號、技術(shù)參數(shù)等特征信息,使每一臺變壓器都有自己唯一的"身份證"。從變壓器交付開始,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環(huán)節(jié)都能通過智能終端實現(xiàn)自動采集信息、傳輸信息、存入數(shù)據(jù)庫,并通過算法對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理的功能。該過程貫穿設(shè)備的壽命周期,可以節(jié)省大量人力勞動。在調(diào)取和使用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)時,除了可以按照種類、型號、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)的篩選和實施追蹤,極大地提升了資產(chǎn)管理效率和設(shè)備運行效益。采集到的基礎(chǔ)信息可以通過數(shù)據(jù)庫與其他電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián),綜合電網(wǎng)大數(shù)據(jù)樣本對信息進(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,便于運維人員對設(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,變壓器的運行狀態(tài)監(jiān)測模塊接入系統(tǒng)并實現(xiàn)異常狀態(tài)自動報警功能,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)在變壓器運行中的應(yīng)用

變壓器的運行環(huán)境及運行狀況將直接影響變壓器運的穩(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)測變壓器運行環(huán)境和自身運行狀態(tài)的各項指標(biāo),有助于及時、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題并快速響應(yīng),極大地提高了設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測的時效性和準(zhǔn)確性。下面以油浸式變壓器為例,從運行環(huán)境監(jiān)測、運行狀態(tài)監(jiān)測、故障偵測等方面討論物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變壓器運行中的應(yīng)用。

3.1溫感監(jiān)測

油浸式變壓器正常運行時,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C03,最高年平均溫度不超過20℃,相對濕度不超過90℃)環(huán)境溫度25℃),海拔高度不超過1000m。油浸式變壓器按銘牌上的標(biāo)準(zhǔn)運行時需要滿足規(guī)定的冷卻條件,頂層的油溫最高不超過90℃,當(dāng)油溫經(jīng)常超過85℃時,變壓器絕緣體容易老化。運用設(shè)置在變壓器周邊及其內(nèi)部的溫度傳感器實時地獲取變壓器的環(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4G/5G傳輸回電力主干網(wǎng),供工作人員監(jiān)測變壓器運行狀況或?qū)ψ儔浩鞴收线M(jìn)行判斷,此方法時效性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人工定時巡檢,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

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。油面過低,會使套管引線和分接開關(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:油面過高,說明變壓器可能出現(xiàn)過負(fù)荷或者油路堵塞,上述兩種異常情況需及時發(fā)現(xiàn)并予以處理。利用設(shè)置在變壓器內(nèi)部的液位檢測模塊可以實時采集油面位置信息,將數(shù)據(jù)通過GPs/GPRs或北斗短報文傳回數(shù)據(jù)平臺,回傳的相關(guān)數(shù)據(jù)直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫而不需要再進(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)時間,其時效性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于人工定時巡檢的傳統(tǒng)方法。3.3圖像監(jiān)測

通過在變壓器周邊部署高清攝像頭的方式,對變壓器周邊環(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、變壓器外觀變動情況)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)運行設(shè)備,所以對于設(shè)備周圍環(huán)境發(fā)生物理位置上變動狀況的監(jiān)測可采用移動圖像監(jiān)控技術(shù),并增加異常狀況報警功能,對進(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、冒火等情況及時報警。該功能的實現(xiàn)需要結(jié)合圖像處理技術(shù)與圖像識別技術(shù),首先通過圖像預(yù)處理系統(tǒng)定時自動抓取圖片,在設(shè)定好輸出閾值之后便可將抓取的圖片與標(biāo)準(zhǔn)圖片自動識別比對,判斷變壓器周邊的環(huán)境是否發(fā)生了對變壓器正常運行有害的變化,并結(jié)合液面監(jiān)測識別是否有絕緣油溢出。由于圖像傳輸對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高,對于有條件部署有線網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域可以對電力設(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:對于沒有條件部署傳輸專網(wǎng)的區(qū)域,可以采用三大運營商的4G/5G物聯(lián)網(wǎng)傳輸鏈路,測算出流量需求后納入一個統(tǒng)一的流量池。圖像監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用可以替代大部分現(xiàn)場巡檢工作,從而有效地減少了現(xiàn)場巡檢的人力、物力成本,提升經(jīng)濟效益。

3.4噪聲監(jiān)測

變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時或外加負(fù)荷超載時其運行狀態(tài)會發(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、負(fù)荷過高、繞組間隙粘接不牢、繞組線包和磁芯間有松動等故障時,都會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。當(dāng)變壓器發(fā)生異常噪聲時,傳感器及時回傳異常噪聲音頻信號,通過算法和分析軟件從中提取異常音頻的特征信息,再將計算結(jié)果與故障噪聲音頻特征庫比對,最后結(jié)合其他監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行故障的綜合判斷。這種技術(shù)在判斷故障時可以過濾各種環(huán)境噪聲對人的干擾,判斷的準(zhǔn)確性不再依賴個人經(jīng)驗和個人能力的高低,使得診斷結(jié)果的可靠性大幅提高。

4結(jié)語

變壓器運行狀況的監(jiān)測工作如果單純依靠人工檢測,將會是一個費時、費力且無法保持連續(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)測數(shù)據(jù),通過4G/5G專用物聯(lián)網(wǎng)鏈路傳輸數(shù)據(jù)信息,通過運用云計算、大數(shù)據(jù)存儲并處理采集的海量信息并結(jié)合智能化的軟件分析運用數(shù)據(jù),最后配合少量人工操作即可實現(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)程檢測方案在很大程度上減少了人力勞動量,在成本管理上具有很大的優(yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變壓器運行管理中具有良好的發(fā)展前景,同時這只是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力行業(yè)的一部分應(yīng)用,其在整個電力系統(tǒng)和其他行業(yè)都還有著更廣闊的發(fā)展空間。