智能化油氣試驗移動平臺

李永寧，于 洪，付兆遠，周迎新，楊琦欣

（濟南供電公司，山東 濟南 250012）

0 引言

狀態檢修是在設備狀態評價基礎上，根據設備狀態和分析診斷結果安排檢修時間和項目并主動實施的檢修方式，根據美國電力研究院（EPRI）和工業設備維護公司（CSI）的調查統計，電力系統實施狀態檢修可節約檢修費用25%～30%，延長設備使用壽命10%～15%［1］。油氣試驗作為狀態檢測項目中的重要部分在發現設備缺陷、保證電網重要設備運行方面發揮著舉足輕重的作用。

狀態檢修的逐步實施對油氣試驗提出了越來越高的要求。隨著變電站逐步增多，油氣化驗分析密度逐年加大，油氣試驗任務越來越繁重。 將油、氣試樣取回試驗室化驗分析的試驗方式已經不能滿足狀態檢修工作需要。 傳統的工作模式已經不適應當今工作節奏和要求，亟待改革。在傳統檢修試驗模式中，大量的人力、物力和時間消耗在運輸途中，試驗數據分析結果滯后于送電時間。特別是事故緊急搶修、異常處理時，傳統油氣試驗流程大大影響檢修進度，進一步影響電力系統的社會效益和經濟效益；取試樣過程中如遇到道路擁堵、車輛故障及器皿破損等情況其間一些重要的油氣組份揮發，導致分析數據誤差增大，不能正確反應設備的實際狀態，給狀態檢修工作帶來困難。因此目前急需一種方便快捷的工作方式滿足狀態檢修的需要。同時，狀態檢修逐步實施對油氣試驗的管理模式和工作模式均提出了更高要求。

目前國外沒有針對電力行業變壓器油和SF6氣體試驗的成套裝置。 國內已有廠家設計制造了中低壓變壓器局放、耐壓及互感器校驗等移動試驗裝置，但還沒有針對變壓器油和SF6的成套試驗移動裝置。提出的智能化油氣試驗移動平臺不僅將主要油氣試驗項目所需設備有機集成于移動平臺上，而且通過智能化操控軟件調取試驗設備程序源代碼，通過虛擬儀器界面完成可視化操作，同時集成了空氣凈化系統、3G無線通信系統等以滿足不同的現場需要。無論是可完成油氣試驗項目的完備度上還是虛擬儀器可視化操作上，提出的智能化油氣試驗移動平臺均具有獨特優勢。

1 智能化油氣試驗平臺設計

為解決油氣試驗傳統試驗流程的弊端，智能化油氣試驗移動平臺將油氣試驗儀器設備通過計算機進行集中控制，現場可完成絕緣油和SF6氣體等從樣品采集、檢測、分析、判斷到檢測報告的生成和信息傳輸等一系列工作流程。

智能化油氣試驗移動平臺適用于輸變電設備的絕緣油及SF6氣體試驗。根據輸變電設備油氣試驗的實際需要，平臺配置的試驗儀器可完成油氣試驗項目及遠程試驗數據傳輸對接，現場試驗遠程指揮、監控、全自動試驗報告生成。 智能化油氣試驗平臺可完成如下試驗項目：變壓器油溶解氣體氣相色譜分析、變壓器油擊穿電壓測定、變壓器油介質損耗因數及電阻率測定、變壓器油含水量測定、酸值測定；SF6氣體微水測定、分解物及純度測定。

1.1 油氣試驗設備緊湊型合理化布局

平臺內部布局將總監控主機、色譜分析儀、微型氣體發生器和儲氣瓶、脫氣振蕩儀及各種載氣管路為一側布置，以油介損測試儀、油微水測試儀、油耐電強度測試儀為另一側布置，形成油、氣分開的格局，便于清潔維護。上層安裝空調、照明、負離子發生器等，中部固定儀器，便于采光和通風，下部為儲物柜，主要放置工具備件、器皿、化學藥品等。烘干機、冷藏箱、換氣風機與管道、廢油回收桶等也要基本按照油、氣分離的原則進行布置。改善各種管線的連接固定工藝和方法，解決在有限的的空間內，科學合理的布置儀器和開展工作，解決各種應急電源、工作環境照明、空氣質量控制、備品存儲以及廢棄物的處理等。

圖1 智能化油氣試驗平臺設備布局

1.2 標準化空氣凈化系統

油氣試驗過程中經常產生一些對人體有害的氣體，如果有害氣體無法迅速排出，會影響工作人員的身體健康甚至危急人身安全，智能化油氣試驗移動平臺搭載由活性炭空氣凈化器、負氧離子發生器、無塵側吸側排空氣循環系統、強排裝置、溫濕度監控裝置和有害氣體報警器組成的空氣凈化系統，及時排除油氣試驗過程中產生的有害氣體，在維持合適的儀器工作環境的同時保持平臺內部空氣清新。

1.3 智能化操控系統

所有油氣試驗儀器采用計算機集中控制，操作軟件采用虛擬儀器界面，即軟件上的界面和儀器上的界面一致。操作軟件可對原理、出廠數據、歷史數據背景資料進行檢索，同時具備檢索、比對、分析功能。試驗后可進行測試數據的存儲、處理，自動生成試驗報告并可在實驗室內立即打印。數據庫系統可對試驗數據進行縱橫對比和差異化分析，支持各種形式的數據導入，高效率地完成設備健康狀態的評價工作。平臺同時搭建3G無線網絡通信系統，可實現現場試驗的遠程指揮、監控。

1.4 安全穩定高效的電氣系統

移動平臺外接電源采用220 V單相供電，電纜盤采用自帶電瓶供電電動收線。 平臺后部的發電機倉配備了一臺3 kW汽油發電機，為試驗現場不具備供電條件下提供應急電源。 配電系統配備了專用的UPS電源，在試驗過程中外部電源供電突然中斷時，UPS能夠無縫接續供電，保證人身、設備安全，同時使試驗數據不至丟失。在外部電源接入時自動對UPS進行充電。

2 智能化油氣試驗移動平臺操控軟件

智能化油氣試驗移動平臺操控軟件的開發使用了虛擬儀器技術。 虛擬儀器技術作為儀器設備發展的新階段，既繼承了傳統儀器的優點，同時也遠遠超越了傳統儀器。虛擬儀器技術對儀器與微處理器進行有機結合，使用強大的數據信號處理算法對傳統儀器的功能進一步提高優化［2］。不僅降低了使用成本、提高數據精度而且有足夠的自定義功能，實現用戶與儀器的雙向交流。智能化油氣試驗移動平臺操控系統應用虛擬儀器技術，實現“軟件即儀器”的高度智能化操控界面，靈活、簡便地實現了變壓器油和SF6氣體試驗各種特征參數測試，并可根據歷史資料進行分析對比，初步實現絕緣診斷功能［3］。

智能化操控軟件功能如圖2所示。變壓器油、SF6試驗項目所需試驗設備通過工控機與主控計算機相連，工控機實現計算機與油氣試驗設備的通信。 工作人員在主控計算機虛擬儀器界面上使用鼠標和鍵盤代替傳統的儀器操作方式對試驗儀器設備進行操作。 試驗儀器的數據分析過程同樣通過工控機傳送至主控計算機虛擬儀器界面，在計算機虛擬儀器界面上可以更方便地觀察試驗實時數據。主控計算機的任務管理系統可以協調多個油氣試驗項目同時進行，并可實時監控各個試驗項目進度。試驗結束后，試驗設備將時間結果傳遞至主控計算機，主控計算機生成試驗報告，并將試驗數據存至數據庫。 主控計算機同樣可對數據庫進行數據的縱橫對比與差異化分析，更加方便掌握設備運行狀態的變化［4-5］。

3 智能化油氣試驗平臺建設的效益分析

智能化油氣試驗平臺的投入大大節省了事故處理時間。 將油氣試樣取回實驗室化驗分析的工作模式將大量時間浪費在途中，無法迅速做出判斷，不利于搶修工作的繼續進行。 在事故搶修中，使用智能化油氣試驗平臺節約了單程時間，對于220 kV變電站，單程時間平均約為1.5 h。 同時智能化油氣試驗平臺的智能化多任務操作系統和數據的縱橫對比及差異化分析功能大大縮短了試驗項目和數據分析時間。通過對智能化油氣試驗平臺1年的使用情況分析，得出統計數據如圖3所示。

圖2 智能化操控系統程序流程圖

圖3 智能化油氣試驗平臺應用時間效益分析

工作效率的提高同樣節約了人力成本，通過對智能化油氣試驗平臺使用1年的情況統計來看，對1份油樣的色譜分析、耐壓測定、電阻率測定、微水測定、介損測定的試驗時間由原來的5h縮短至1 h，以全年300份油樣分析工作計算，共計節約油樣分析時間1 200 h。 智能化油氣試驗平臺在緊急事故處理應用中取得了顯著的經濟效益，2012年某變電站突發主變噴油事故，0.5 h內噴油3 t。 智能化油氣試驗平臺迅速投入使用，色譜分析結果顯示變壓器油 H2、C2H2等特征氣體均無明顯變化，迅速排除了變壓器內部故障的可能性，經綜合判斷事故原因為變壓器充氮氣滅火裝置誤動作。此次智能化油氣試驗平臺的使用使停電時間縮短了5 h，直接經濟效益達120萬元。

4 結語

智能化油氣試驗平臺將油氣試驗設備進行合理布局，通過中心監控計算機對試驗設備進行集中操作，對絕緣油和SF6氣體等現場完成從樣品采集、檢測、分析、判斷及檢測報告的生成和信息傳輸等一系列工作流程。平臺搭載的3G無線傳輸系統可實現現場試驗的遠程指揮、監控。軟件即儀器的虛擬儀器操控技術與油氣試驗項目的多任務協調處理系統大大加快了試驗項目進度，節省了檢修時間，給電力系統帶來很大的經濟效益與社會效益。該移動平臺的智能化操控系統可對試驗原理、出廠數據、歷史數據背景資料進行檢索，同時具備檢索、比對、分析功能，可以更直觀地觀察設備運行狀態的變化，為狀態檢修提供決策支持［6］。這些功能必將節約人力物力和時間、能顯著提高試驗項目效率和試驗準確率。 該移動平臺的建立，大大提高人員、設備利用率，提高測試數據準確性，提高事故處理的速度，大大縮短從取樣到報出結果的時間，降低車輛使用成本，為狀態檢修的順利實施，創造必要的測試裝備條件。 智能化油氣試驗平臺的開發以創新的工作理念和管理理念來應對未來電網發展和施行狀態檢修所帶來的檢測模式的變化，填補了國內移動式油氣化驗專業測試平臺的空白。

［1］ 孫才新.輸變電設備狀態在監測與診斷技術現狀和前景［J］.中國電力，2005，38（2）：1-6.

［2］ 何凱，張寶軍，荊學東，等.虛擬儀器測量系統中的信號采集與處理［J］.儀表技術與傳感器，2003（9）：30-32.

［3］ 陳敏，湯曉安.虛擬儀器軟件LabVIEW與數據采集.小型微型計算機系統，2001，22（4）：501-503.

［4］ 宋斌，于萍，羅運柏，等.變壓器油狀態監測的專家系統及應用研究［J］.變壓器，1998，35（12）：27-30.

［5］ 王剛.安徽電網變壓器油中溶解氣體在線監測管理系統的設計與實現［J］.工業控制計算機，2011，24（6）：91-92.

［6］ 劉守明，胡志坤，王美玲.基于知識庫的電力變壓器故障診斷專家系統.計算機測量與控制，2011，19（7）：1569-1574.