電力變壓器智能化配置和故障預測的分析

劉媛

（朔黃鐵路發展有限責任公司原平分公司，山西 原平 034100）

變壓器智能化技術涉及的技術范圍較廣，主要包括有傳感器技術、集成技術、在線檢測技術以及信息技術等，變壓器智能化的前提是實現運行狀態在線監測，利用信息技術對于變壓器的智能化運行提供參考和保障。電力變壓器智能化技術具有測量數字化、控制網絡化、狀態可視化、信息互動化以及功能一體化等特征。

1 電力變壓器智能化技術探討

1.1 總體功能設計

智能組件式電力變壓器設備的重要組成部分，智能化電子裝置的集合可以對電力系統中變量進行測定，并且對潛在的故障進行檢測，為系統整體的工作提供保障。變壓器的高壓設備以及智能組件裝置主要有兩種連接，一是傳感器，二是控制器。一般情況下的系統運作過程中，智能組件主要的作用包括以下幾點，首先是智能組件測定系統的運行狀態，對系統運行時產生的表征數據進行存儲，其次是對于存儲的數據進行一定科學化計算，最后是對變壓器的冷卻裝置進行控制。智能組件進行工作的技術依據的各種類型的智能電子設備（IED）。IED對系統運行數據進行傳輸以及分析，并且實現對整體系統的控制，主要通過以下幾個方面來進行。第一，在變壓器中尋求適當位置進行傳感器的安裝，便于獲得系統運行產生的數據并進行存儲。相較于傳統的存儲方式，利用智能化組件可以有效提升存儲時間；第二，智能化組件通過IED可以有效實行數據的共享，通過信息傳輸來交換數據，實現溝通；第三，調度已有的專家系統，對于變壓器的狀態參數進行科學化分析，診斷出潛在的威脅并進行上報；四是由控制IED進行不同IED的數據收集，并且進行系統的分析，實現智能組件和站控層之間有效的通信聯系。

1.2 軟件設計

在整個智能化電力變壓器中，最為重要的是主IED。智能化電力變壓器的數據存儲、數據分析、障礙檢測以及各層次間通信工作都是借助IED來進行的，所以智能組件主IED的軟件設計十分重要，主IED軟件運行的流程如下：第一點，根據一些程序的基礎設定，建立起系統程序與數據庫之間的聯系；第二點，結合數據庫，收集系統運行中的信息，根據這些信息調配流程；第三點，在啟動初始化界面時，系統會指示IED開啟關于變壓器整體運行狀況的檢測程序；第四點，對于運行中產生的數據進行收集、整理和分析，并且開展故障的診斷工作；第五點即是對故障診斷結果的上報和顯示。

1.3 組件硬件結構設計

變壓器的智能化主要體現就分為監測與控制兩個方面，智能監測功能的組件核心是工控機，也就是智能變壓器中最為核心的主IED，它為變壓器系統運行狀態的監測和分析提供了數據基礎和技術基礎，不僅使智能組件實現數據存儲，還為保障智能組件正常的通信提供保障。而智能控制組件核心構成是可編程邏輯控制器，即PLC。可編程邏輯控制器可以有效通過邏輯運算進行器械設備的工作指令控制。智能化的電力變壓器各項硬件組件都是立足于科技化技術之上的傳統電力系統創新，是電力變壓器智能化發展的支撐。

2 電力變壓器智能化技術的故障預測

2.1 電力變壓器故障復雜性分析

就目前電力變壓器在運行過程已經產生的故障原因來看，主要現象有外部線路短路、絕緣受潮、分接開關觸頭接觸不良的現象等，通過多起電力變壓器故障事件的故障部位進行統計，排在前列的依次是繞組、鐵芯、分接開關、冷卻系統、套管、保護裝置、測試裝置以及油箱等，統計出的順序也是電力變壓器故障檢查的工作要點。在日常的運行當中，兩種看似不同的故障之間可能存在著一些關聯，比如因果關系等，例如絕緣受潮，可能會導致線路產生短路，并且在部分故障產生時還具有并發性。基于這種情況，變壓器故障檢測就具有較強的復雜性。影響電力變壓器的運行主要影響有內部運行、外部環境等綜合因素，在進行復雜性故障原因的分析時，傳統的物理建模方法已經不能滿足，根據目前的情況，應綜合運用電氣科學、信息科學以及數據科學等方式進行系統化的分析，立足于技術理論并結合實踐，為電力變壓器的故障檢測提供切實可行的方案。

2.2 電力變壓器PHM技術的應用

故障預測與健康管理（PHM）的內涵是綜合利用現代信息技術、智能技術而對各個領域系統健康運行的管理解決方案。智能化的電力變壓器是在智能化電網的整體背景下體現之一，這種大環境下的數據驅動方法在電力變壓器PHM中廣泛應用。PHM的方法主要分為數據驅動方法、模型驅動方法以及混合方法三類。在電力變壓器智能化配置的故障預測中，應用數據驅動方法，最突出的優點是快速、低成本以及廣泛的適用范圍。

PHM的任務周期主要分為三個方面，首先是在觀察階段，包括有數據的采集和數據的初步處理。數據采集就是采取數字化傳感器等手段來獲得可以反映電力變壓器實際健康情況的監測數據，經過清洗、去噪等手段進行精確度的提升；其次是在分析階段，這一階段的主要工作內容是對以上采集的數據進行狀態評估、故障診斷以及預測。在狀態評估階段，主要評估的是電力變壓器的運行情況以及退化程度，到達一定程度后就需要維修人員進行診斷。故障的診斷又細化為診斷檢測、隔離以及識別，為接下來的設備運行也提供了參考依據，預測故障則是根據當下老化的電力變壓器狀態投射到未來健康的狀態，從而根據結果采取適當的預防性維護。最后是在行動階段，包含決策支持以及系統及應用過程，根據各類信息決定具體的維修決策。

3 提升電力變壓器智能化故障預測技術要點

電力變壓器的故障檢測技術仍需要不斷根據科技進步以及電網事業發展而進行提升，針對大型的電力變壓器維護運營，難度將更大。例如PHM技術，也是在不斷的根據時代進行發展，以實現變壓器運行的安全、系統的可靠以及降低變壓器管理、維修成本。在電力變壓器智能化故障預測技術的發展中，還需要在一些方面不斷的深化與提升。

3.1 電力變壓器大數據

隨著信息技術發展，大數據時代已經到來。傳感監測設備利用信息化技術，不僅使得變壓器檢測技術趨向于智能化，還使得存儲的數據呈現出了數量大、多元化的特征。電力變壓器故障的數據結構主要分為以下三種，首先是結構化數據，具體指的是一些利用二維表結構來邏輯表達的溫度、電壓等數據，這些數據的處理方式主要是關系型數據庫；其次是非結構化數據，這類數據主要表現為光譜圖像和視頻等；最后一種是半結構化數據，介于以上兩者之間。在未來進行變壓器精細化的管理研究時，需要朝著大數據存儲管理技術、大數據的并行處理以及大數據的分析方向進行研發，提升對于數據的存儲和分析能力。

3.2 數據質量提升

數據的質量直接關系到數據處理結果的準確性。電網公司累積了大量的電力變壓器狀態數據，但是存儲的形式十分復雜，數據的質量也沒有統一標準，直接導致了數據存檔和識別的困難，所以在日后的數據收集、存儲過程中，需要注重對于數據質量的提升，不僅要從規范化的數據采集入手，還要提升數據計算的能力，使得最大限度接近數據的精確值，為后續的數據驅動分析研究提供參考。

3.3 深度故障診斷

在PHM周期中，故障診斷已經有了較為深刻的研究，但是在進行研究時，大部分采用的仍是多種模式識別，對于數據的診斷程度依舊不深，只能做到在一定程度上查出故障原因，一旦遇到大型的電力變壓器故障診斷，就會十分棘手。基于這點要素，電力變壓器PHM需要做到定位故障部位，以及探求根本原因。可以通過把訓練數據樣本用更多的方式進行劃分，以達到獲取更深層次故障診斷的目的。故障預測與診斷時，由宏觀到微觀，確定大致范圍進行具體細化，將故障進行分級工作。

4 結語

變壓器作為電力系統中重要的一個構成要素，關系到電力的具體傳輸和使用，電力變壓器智能化是科技發展的產物，也是電力系統不斷完善的趨勢。利用高新技術發展電力變壓器智能化，并且對使用過程中的故障進行準確預測，可以保障安全用電。

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