引言

電力變壓器是整個電力系統(tǒng)中的樞紐設備,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量和種類繁多,所以在進行設備管理、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。

隨著電網規(guī)模的不斷擴大,僅僅依靠人工手段難以完成電網的基本維護和保障工作,即便是以計算機網絡技術為依托的傳統(tǒng)意義上的數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質量及工作效率的同時降低運營成本成為現階段電力系統(tǒng)發(fā)展過程中的一大難題。而近年來物聯(lián)網技術的興起和普及,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)網技術在變壓器設備管理、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用進行探討研究,為改進變壓器設備的管理和運行方式提供一個新思路。

1物聯(lián)網技術簡介

物聯(lián)網概念最早于1999年由美國麻省理工學院提出,其早期以射頻識別技術(RFID)為基礎,通過將電子碼附著于物品上的方式對物體進行跟蹤、識別。近年來,隨著計算機技術、網絡技術的發(fā)展以及智能終端設備的普及,物聯(lián)網技術逐漸演變?yōu)榫C合利用網絡技術、傳感技術、智能終端技術、定位技術等多項技術來實現物一人一網互聯(lián),信息交換和傳輸,實現智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理功能。物聯(lián)網和傳統(tǒng)互聯(lián)網相比,具有全面感知、可靠傳遞、智能控制、數據融合等鮮明的特征。

物聯(lián)網技術起源于RFID技術,主要體系由應答器、識別器和應用軟件三部分組成。隨著芯片技術、網絡技術及通信技術的發(fā)展,物聯(lián)網技術不斷拓展更新,其應用范圍也逐漸擴大至信息采集、交換和傳輸等方面,真正實現了物一人一機互聯(lián)。特別是近年來大規(guī)模集成電路芯片技術突飛猛進,大數據、云計算、人工智能相繼出現,這些新技術與物聯(lián)網技術相互交叉發(fā)展,使得物聯(lián)網技術不斷演變?yōu)榭梢詫ξ矬w進行全面感知的一種技術,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據進行動態(tài)更新,再通過有線、無線網絡進行傳輸,把傳感器和智能處理有機結合起來。通過將其與云計算、模式識別、大數據等各種智能技術進行組合,可以不斷擴展物聯(lián)網技術的應用范圍。

2物聯(lián)網技術在變壓器設備管理中的應用

電力變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的一種電氣設備,目前在電力系統(tǒng)中變壓器設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,其型號眾多且數量龐大,利用電子表格進行登記管理的傳統(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,給現有設備檢修調度及未來新建設備的規(guī)劃增加了難度。

(3)變壓器在使用過程中會出現設備老化、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)在對變壓器設備進行管理時,財務、調度、運維等不同崗位人員對設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。

變壓器設備的動態(tài)管理僅僅依靠傳統(tǒng)的技術手段已遠不能適應電力系統(tǒng)發(fā)展的需要,而物聯(lián)網技術結合數據庫和電力應用系統(tǒng)可以很好地解決上述問題。利用RFID技術可以為每一臺變壓器打上一個"電子標簽",記錄該變壓器的配備時間、設備型號、技術參數等特征信息,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自動采集信息、傳輸信息、存入數據庫,并通過算法對數據信息進行處理的功能。該過程貫穿設備的壽命周期,可以節(jié)省大量人力勞動。在調取和使用數據庫中的數據時,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、設備狀態(tài)等條件進行數據的篩選和實施追蹤,極大地提升了資產管理效率和設備運行效益。采集到的基礎信息可以通過數據庫與其他電網運行數據相關聯(lián),綜合電網大數據樣本對信息進行數據分析和數據挖掘,就可以按需求為不同崗位的人員提供不同的關聯(lián)信息。變壓器設備通過物聯(lián)網技術獲得的位置信息,既可以以表格形式呈現,又可以通過地理信息技術、管理軟件以更直觀的拓撲結構圖、GIS地圖等圖形化界面呈現出來,便于運維人員對設備進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行集中管理,統(tǒng)一調度。此外,變壓器的運行狀態(tài)監(jiān)測模塊接入系統(tǒng)并實現異常狀態(tài)自動報警功能,也是變壓器設備的遠程防盜防破壞的安防技防措施,有助于設備的資產安全管理。

3物聯(lián)網技術在變壓器運行中的應用

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)網技術結合大數據分析和人工智能技術,監(jiān)測變壓器運行環(huán)境和自身運行狀態(tài)的各項指標,有助于及時、準確地發(fā)現問題并快速響應,極大地提高了設備數據監(jiān)測的時效性和準確性。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)網技術在變壓器運行中的應用。

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準運行時需要滿足規(guī)定的冷卻條件,頂層的油溫最高不超過90℃,當油溫經常超過85℃時,變壓器絕緣體容易老化。運用設置在變壓器周邊及其內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)境干濕度數據,然后將數據通過4G/5G傳輸回電力主干網,供工作人員監(jiān)測變壓器運行狀況或對變壓器故障進行判斷,此方法時效性遠遠優(yōu)于人工定時巡檢,且能為大數據分析提供大量可靠的樣本基礎。

3.2液面監(jiān)測

油浸式變壓器的絕緣體為絕緣油,內部關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暴露于空氣中,導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過負荷或者油路堵塞,上述兩種異常情況需及時發(fā)現并予以處理。利用設置在變壓器內部的液位檢測模塊可以實時采集油面位置信息,將數據通過GPs/GPRs或北斗短報文傳回數據平臺,回傳的相關數據直接進入數據庫而不需要再進行人工操作或干預,回傳的頻度可以根據設備壽命周期、設備用途及負荷、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時間,其時效性遠遠優(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運行設備,所以對于設備周圍環(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,并增加異常狀況報警功能,對進入變壓器安全距離內的物體或突然發(fā)生的異物覆蓋堵塞、桿位變化、冒煙、冒火等情況及時報警。該功能的實現需要結合圖像處理技術與圖像識別技術,首先通過圖像預處理系統(tǒng)定時自動抓取圖片,在設定好輸出閾值之后便可將抓取的圖片與標準圖片自動識別比對,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,并結合液面監(jiān)測識別是否有絕緣油溢出。由于圖像傳輸對網絡帶寬要求較高,對于有條件部署有線網絡的區(qū)域可以對電力設備自行部署有線傳輸專網,如:各變電站站內的變壓器等就可以依托已有的監(jiān)控傳輸網絡進行圖像傳輸:對于沒有條件部署傳輸專網的區(qū)域,可以采用三大運營商的4G/5G物聯(lián)網傳輸鏈路,測算出流量需求后納入一個統(tǒng)一的流量池。圖像監(jiān)測技術的應用可以替代大部分現場巡檢工作,從而有效地減少了現場巡檢的人力、物力成本,提升經濟效益。

3.4噪聲監(jiān)測

變壓器內部發(fā)生故障時或外加負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。當變壓器內部發(fā)生如各種緊固螺栓松動、負荷過高、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,再將計算結果與故障噪聲音頻特征庫比對,最后結合其他監(jiān)測結果進行故障的綜合判斷。這種技術在判斷故障時可以過濾各種環(huán)境噪聲對人的干擾,判斷的準確性不再依賴個人經驗和個人能力的高低,使得診斷結果的可靠性大幅提高。

4結語

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人員業(yè)務素質和工作經驗的影響,效率和準確性難以保證。利用物聯(lián)網智能傳感裝置可以24h不間斷地采集監(jiān)測數據,通過4G/5G專用物聯(lián)網鏈路傳輸數據信息,通過運用云計算、大數據存儲并處理采集的海量信息并結合智能化的軟件分析運用數據,最后配合少量人工操作即可實現一般性故障的遠程自診斷功能。這種電力變壓器的遠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)網技術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)網技術在電力行業(yè)的一部分應用,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。