特高壓變電站電抗器火災故障在線預警系統

國網江蘇省電力有限公司檢修分公司 張兆君

南京大學 計算機系 余 勁

國網江蘇省電力有限公司檢修分公司 陳夢濤 虞云翔 舒志海 喻春雷

針對目前社會發展需求對特高壓變電站的抗電器火災故障預警系統進行設計，首先分析了火災故障的發生原因和特征因素，結合當前先進的電子信息測控技術對特高壓變電站工業現場總線運行質量進行檢測，利用電抗器溫度數字化傳感技術進行火災故障預警檢測以及信息傳輸通訊等優化了火災預警系統數據處理模塊，從而保障特高壓變電站安全、健康的運行，實現在線實時監測。最后通過實驗證實特高壓變電站電抗器火災故障在線預警系統可以更好的對火災隱患進行檢測。

引言：為了更好的對特高壓變電站電抗器火災故障進行有效預警，分析并優化了特高壓變電站電抗器系統結構，并對火災故障在線預警系統進行優化，以達到延長電力設備壽命的目標。火災故障在線預警系統系的設計采用了全數字化網絡結構，可更加快速的對特高壓變電站溫度變化情況進行檢測，克服了傳統電抗器運行過程中常見的溫度變化檢測誤差等缺點，并及時對檢測數據進行監控和傳輸，有效提高了特高壓變電站的運行穩定性和安全性。

1 特高壓變電站電抗器運行特征

在特高壓變電站中，電抗器常應用于超高場景下，導致電抗器電壓過高,易出現溫度提高耗損電路設備，影響工作效率等問題。在點抗戰運行過程中，對其溫度情況以及可靠性等指標檢測的準確度和實時性要求極高。

特高壓變電站電抗器多分為干式電抗器和油浸式兩種，干式電抗器因為其損耗小、噪聲低、強度高、安裝方便、維護簡單、電抗值線性等特點，得到了迅速發展和廣泛應用。隨著干式電抗器投運數量的增加，由于產品質量參差不齊，惡劣天氣對設備的影響，電抗器運行故障頻繁發生，其中一些嚴重的故障導致設備完全燒毀甚至引發局部火災，波及其他正常運行的設備，嚴重影響電力系統的安全穩定運行。

2 電抗器火災故障在線預警系統設計

2.1 火災故障數據處理模塊設計

為了更好的對火災隱患預警信息進行傳輸，避免延時等問題，將預警系統中的操作站與數據采集模塊相連接，利用芯片級數字采集系統對電抗器現場總線運行數據進行傳輸和存儲，由于特高壓變電站中電力數據相對較大，為了更好的對數據進行采集和分析，對系統中的數據采集模塊進行優化，以保障該模塊在運行期間可有效支持64個以上的智能溫度傳感器進行高效運轉，數據處理系統組成結構框架如圖1所示。

在本文設計火災預警數據處理系統中，負責對控制命令進行發送、以及接收運行數據的模塊為上位機。為了更好的對設備運行數據進行準確分析、大量存儲和及時顯示，需要對上位機結構進行優化。利用對轉換器進行隔離，以便更好的保障上位機信息傳輸順利，連接總線以便將預警指令及時發送至下位機的接口轉換。數據處理系統中下位機主要負責對火災隱患信息進行采集和排查，準確的計算出特高壓變電站電抗器的多路溫度數據，并及時將計算和排查結構實時地顯示在屏幕上，根據數據對電抗器設備的在線溫度、歷史溫度以及溫度變化曲線進行繪制。為了保障設備運行安全，數據處理系統設置了自動保存瀏覽歷史數據的附加模塊。以便相關工作人員直接進行系統組態，實現修改、刪除等功能。

圖1 數據處理系統組成結構框架

2.2 火災故障在線預警系統設計

傳統的處理技術通常是根據煙霧的形狀性動態特征、顏色特征等，對煙霧進行特征性識別，由于天氣原因、相似特征對象等，通常會造成較大的干擾，本項目首次提出了最低像素特征值、區域性梯度均值化、動態偵測、前后景分離相結合的煙霧圖像識別技術方法。

為保證特高壓變電站運行安全，在火災故障在線預警中，結合了實時采集視頻對設備運行數據進行監控和傳遞到站端后臺分析子系統。系統后臺分析子系統根據算法對采集的視頻數據進行分析處理，在存儲告警歷史數據的同時向展示子系統實時傳輸分析結果。視頻聯動子系統可快速將產生的告警發送給站內原有的視頻監控系統，預警系統視頻監控客戶端彈出窗口，打開問題設備對應的視頻探頭，共享各個分析系統內的歷史數據、實時數據和計算資源。展示子系統通過圖表、曲線、告警、視頻等方式直觀的向用戶展示設備工作的各種狀態。如圖2所示。

圖2 火災故障在線預警系統網絡結構

通過現場的高清紅外夜視球機捕捉電抗器運行狀視頻數據，攝像機通過站端局域網與站端后臺分析子系統互聯。站端分析子系統通過站端局域網與16路以太網繼電器相連，繼電器通過信號線與站內視頻服務器（NVR）相連，站端分析子系統通過以太網繼電器將報警數據傳輸給原有視頻監控系統。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。

3 實驗結果分析

為檢驗火災預警系統運行效果進行了仿真實驗，在同等環境下對電抗器數據進行檢測分析，對比傳統火災預警系統對數據處理效果與本文優化的預警系統數據處理效果進行對比檢測，得到圖3。

圖3 火災預警數據處理情況對比檢測結果

根據上圖3檢測結果不難發現，相對于傳統預警系統，本文設計的火災故障預警系統可更加快速準確的對大量系統運行數據進行有效處理，極大的提高了工作效率。為了進一步對故障預警系統運行效果進行檢測，保障特高壓變電站運行安全，在同等環境下對火災故障預警系統敏感度進行對比檢測，結果如圖4所示。

圖4 火災故障預警敏感度對比檢測結果

本文優化的火災預警系統對溫度變化情況更為敏感，可以更加快速的對升溫情況進行檢測和預警，有效達到了避免火災隱患。

4 結束語

為了更好的促進現代化建設，保障用電安全，對特高壓變電站電抗器設備火災故障在線預警系統進行優化設計，分析和研究了傳統預警系統功能模塊，優化了火災預警數據處理模塊和火災以達到提高特高壓變電站的運行穩定性和安全性的設計目標。通過仿真實驗證實，結合數字溫度傳感器的特高壓變電站電抗器火災故障在線預警系統可更好的對設備運行數據進行采集和檢測，及時判斷火災隱患，其運行效果和敏感性遠高于傳統預警設備，可更好的保障特高壓變電站運行安全。