特高壓電抗器故障預測在線診斷分析系統的設計

丁章榮

摘 要 基于對特高壓變電站干式電抗器故障預測在線診斷分析系統的研究，總結故障原因，從現象入手闡述關鍵技術，包括圖像智能化分析、非接觸式紅外測溫、超聲波局部放電在線監測等技術，并實現系統架構和網絡結構設計。

【關鍵詞】特高壓變電站 干式電抗器 在線診斷

1 引言

電抗器是電力系統里不可缺少的關鍵設備，在超/特高壓應用場景下使用的電抗器電壓高、容量大，對響應速度、諧波含量以及可靠性等性能指標及相關技術有著更高的要求。目前，已有一些學者和企業針對電抗器故障現象做了分析，并嘗試采用多種不同技術實現對故障的檢測和預防。現對特高壓變電站干式電抗器故障預測在線診斷分析系統進行研究，并總結如下。

2 特高壓電抗器故障及原因分析

2.1 故障分析

根據國內外相關的技術研究和實踐依據，特高壓干式電抗器的主要故障類型可以概括為以下幾種類型：設計、制造、安裝等原因導致的局部缺陷引起的故障、受異物的影響、環氧層開裂等絕緣材料表面性能劣化現象、電抗器表面放電痕跡、電抗器撐條放電痕跡。

2.2 現象總結

根據上述對特高壓電抗器故障及原因的分析，導致高壓干式電抗器故障的主要原因可以總結為絕緣性異常和匝間短路等，其形成過程中所伴隨的現象可以總結為以下幾種：

（1）外觀異常現象；

（2）絕緣性異常；

（3）設備溫度變化異常；

（4）異常閃絡放電現象。

為達到對高壓干式電抗器故障的及時發現，對可能會導致事故的各類現場過程的演變提前掌握，如果實時監測各類現象的狀態變化，是本論文重點需要解決的問題。

3 系統中的關鍵技術

根據對故障前設備狀態變化所引起的各類現象分析，本論文提出了采用結合圖像監控技術、圖像智能化分析技術、非接觸式紅外測溫技術、超聲波局部放電在線監測技術等相結合的技術方法。

3.1 圖像智能化分析技術

圖像智能化分析技術是通過對視頻數據的預處理，利用圖像分析算法對視頻數據中特定對象進行數學建模提取特征，按需求進行識別和分析的技術。

3.1.1 圖像抗干擾處理

由于高壓干式電抗器設備屬于室外運行設備，采集的實時圖像受到了外界的天氣及光照的影響，使得圖像在不同時期、不同時間點的差異性較大。

3.1.2 顏色特征匹配識別

通過提取實時視頻中每幀圖片中的顏色特征，通過一段時間的圖像數據的采集和分析，構成設備的顏色特征模板，通過對連續幀顏色特征的模糊匹配，對圖片中區域性顏色變化明顯的部分提取出來，作為圖片中異常特征。

3.1.3 圖像幀間差分法

采用幀間差分法，對圖片新出現的中移動對象和固定對象進行識別，如果是動態的移動的區域性變化，則排除該作為圖片中異常特征，如果是長期固定的變化特征，則作為圖片中的異常特征。

3.1.4 圖像邊緣特征變化趨勢分析

通過提取每幀圖片中的邊緣特征，對邊緣特征的變化趨勢進行分析，當圖像邊緣特征出現明顯新增邊緣時，則判定位圖片中的異常特征。

3.2 非接觸式紅外測溫技術

紅外測溫技術主要包括紅外傳感器測溫和紅外熱成像。紅外傳感器技術是利用光電技術，通過前置傳感器檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可讀的溫度數據。紅外熱成像技術是將紅外傳感器探測的信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，通過對圖像分析計算出局部溫度值和溫度分布情況。

該類技術的主要優勢：該類測溫技術均屬于非接觸式測溫方式，相較于傳統的接觸式測溫方案，具備安裝及運維檢修的便捷性，同時，不需要直接接觸一次設備，對一次設備運行具有較高的安全可靠性。

3.3 超聲波局部放電在線監測技術

超聲波局部放電檢測技術是通過超聲壓電傳感器探測因為設備放電行為而產生的高頻超聲波分量，經后臺信號處理模塊分析和對特征量的比對，發現和捕捉異常的設備放電行為。目前這類技術已形成各種手持和便攜超聲波局放儀給電力巡檢人員配備，并廣泛應用于電力設備巡檢應用中。

目前已部署的手持檢測設備，針對不同設備的特定檢測缺乏一體化的在線實時探測系統，無法實現對檢測數據進行趨勢性分析，因此，局放在線檢測技術將是今后在高特一次設備檢測中的一項重要技術手段，目前，已經有部分生產廠商和電力公司開始試點應用局放在線監測裝置技術，通過該技術在本論文中的應用將能夠有效實現對設備絕緣性的檢測。

4 系統設計

4.1 系統總體結構設計

故障預測在線診斷分析系統的總體架構自低向上分為：前端采集子系統、站端后臺分析子系統、視頻存儲子系統和展示子系統四個部分。

前端采集子系統實時采集視頻、溫度、高頻信號等數據，并經過前端數字化預處理，傳遞到站端后臺分析子系統。站端后臺分析子系統根據算法對采集的各項數據進行分析處理，在存儲歷史數據的同時向展示子系統實時傳輸分析結果。視頻存儲子系統負責存儲前端采集子系統采集的視頻數據。

4.2 系統網絡結構設計

站端層中包括了前端數據采集子系統和站端后臺分析子系統。每組三相電抗器部署1個前端數據采集子系統，多個前端采集子系統之間通過站端局域網與站端后臺分析子系統互聯。每個前端數據采集子系統包括了：9個紅外測溫傳感器（每個電抗器部署3個）、3個超聲壓電傳感器（每個電抗器1個）、3個高幀率紅外夜視攝像頭（每個電抗器1個）、1個信號數據放大器、1個信號數據預處理裝置。每個站端后臺分析子系統由運行著分析軟件的分布式刀片服務器組成。

5 結論

基于干式電抗器故障預測的診斷分析，更加快捷的發現設備潛在問題，能夠實現對設備的狀態檢修。如果能在設備故障早期或故障前發現問題設備，結合特高壓變電站的不同現象特點，可及時隔離問題設備，有效控制問題設備的影響面，同時針對輕度損壞設備可通維修過再利用，達到提高運檢效率、降低運檢工作量和運維成本的目的。

參考文獻

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作者單位

國網江蘇省電力公司檢修分公司 江蘇省南京市 211000endprint