變電站設備熱故障監測診斷系統設計

呂麗鷗

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南 250101）

0 引 言

變電站設備正常運轉是保證電力系統安全性和可靠性的基礎。設備運行中因過熱問題導致的故障時有發生，一旦出現故障，必然會引起變電站事故的發生。我國電力設備和技術的不斷完善，有效降低了電力設備的熱故障概率，保障設備正常運轉和變電站的安全。

1 變電站設備熱故障監測技術的發展與作用

1.1 熱故障監測診斷系統的發展

20世紀70年代開始，我國致力于變電站設備熱故障監測及診斷系統研究，并逐步將紅外監測技術應用到變電站設備熱故障監測中。2000年以后，隨著紅外監測技術不斷發展成熟，加之使用價格不斷下降，國家鼓勵企業采用紅外檢測技術對電力設備進行診斷，能清晰、準確地判斷變電站設備的內外部故障，準確找到故障點位置，并判斷嚴重程度。

2009年，智能無線溫度監測系統的研發，標志著變電站設備可以實現全天候精準監測。通過分析熱隱患，利用軟件預測變電站溫度發展趨勢，為檢修工作提供依據。

2015年，利用人工智能（Artificial Intelligence）技術建立變電站設備巡檢實用型系統。利用智能型機器人實現變電站內部無人化監測，其攜帶的溫度控制儀器能對可見光和熱故障進行監測；利用紅外攝像頭對變電站進行全面動態布控，掌握變電站設備的運行溫度資料。

1.2 熱故障監測診斷系統的作用

變電站設備熱故障檢監測診斷系統，主要采用紅外線診斷技術。該技術具有很多優勢，具體如下：（1）監測中不需要接觸、采樣及解體設備，操作十分簡單，對開展狀態診斷十分必要；（2）效率高、速度快，能清晰反饋變電站設備的溫度情況，一般幾個小時就能監測幾百臺設備；（3）能直接診斷故障位置和嚴重程度；（4）根據診斷結構分析設備類型、故障原因；（5）成本低、安全性高、準確度高。

紅外線診斷技術在變電站設備熱故障監測中的應用成效十分明顯，保證了電力安全生產，提升了可靠性，而且經濟效益十分明顯。目前，紅外診斷技術已成為電力設備檢測、普查，及時發現隱患、及時搶修杜絕出現惡性突發性設備事故的一種有效手段[1]。

2 熱故障監測診斷系統設計思路

變電站設備熱故障監測診斷系統是由軟件和硬件相結合的綜合診斷系統。軟件驅動控制硬件進行設備監測，主要是對變電站設備中因氧化、松動等引起的電阻增大導致的發熱等因素以及發熱設備進行實時監測，排除故障。

傳統的在線監測系統由傳感器和固定點組成，傳感器和控制總臺進行信息傳輸，在信息傳遞和監測上存在一定的滯后性，因為高電壓不能近距離測溫，變電站設備放熱能力太大，造成傳感器失靈情況時有發生，十分不利于檢測變電站的環境。目前，我國變電站采用紅外測溫儀測溫，能近距離、非接觸式測溫，減少高電壓危險，并且減少大量因為傳感器導致的信號源和信號線問題。利用紅外測溫儀能全方位、多角度檢測發熱點，增大測溫范圍，監測周圍變電站設備情況[2]。監測的同時系統會根據溫度場輻射式遞減分布信息，啟動云臺進行搜索，快速監測設備發熱點，同時利用軟件控制設備準確定位，找出故障點，實現熱故障排除的目的。

3 變電站設備熱故障監測診斷系統設計

3.1 硬件架構設計

變電站熱故障監測診斷系統硬件包括工控機、轉換器、解碼器、紅外測溫儀、監控攝像機及云臺等，具體如圖1所示。在系統硬件組成中，以紅外測溫儀為主要的數據采集點，以工控機為處理核心，利用網路TCP/IP協議的網絡通信技術，構造功能齊全的變電站熱故障監測診斷系統。

圖1 硬件系統架構

3.1.1 紅外熱像儀

在線紅外熱像儀是利用紅外探測器，將被檢測物體以熱譜圖進行呈現，實現精準的非接觸熱故障監測。儀器具有溫度測控能力，能配合軟件使用，通過儀器設置相應的測溫點、線或者區域反饋相關信息，從而實現設備的在線狀態分析，及時做出報警預判。

3.1.2 監控攝像機

變電站設備熱故障監測診斷系統采用高質量、高分辨率的監控攝像機，結合紅外測溫儀，全天候、多時段、自動采集、存儲清晰的影像。同時，配置一臺CCD傳感器，利用數字電路實現紅外燈照射成像，彌補光線不佳的情況，擴大變電站設備的感光光譜范圍。

3.1.3 云 臺

云臺是變電站設備熱故障在線監測診斷系統的重要組成部分，是控制紅外線測溫儀和監控攝像頭的中樞系統。通過可視化平臺的操作，它可實現視頻圖像和紅外信號坐標顯示，從而完成故障點的顯示和點位。

3.2 軟件組成設計

3.2.1 設計結構

變電站熱故障智能監測系統的軟件組成主要分為3個層面，如圖2所示。首先，系統設備對應軟件模塊，系統中硬件工控機、解碼器、云臺及紅外測溫儀作為基礎支撐，軟件要不斷控制這些設備進行互相通信，所以需預先設定變電站設備的運行監控參數。其次，變電站設備信息采集和設備熱故障信息的收集，監測診斷系統實現在線監測，軟件要兼容硬件設備，對變電站設備運行狀態、設備定位及故障診斷有一個兼容模式。最后，在線監測作為熱故障監測診斷系統的重點部分，當系統設備、變電站設備運行后，可對變電站熱故障隱患進行定位顯示，并及時報警以及進行故障信息處理[3]。

圖2 軟件實現結構圖

3.2.2 軟件系統網絡架構設計

變電站設備熱故障監測診斷系統網絡拓撲結構由核心交換機、數據庫服務器、客戶端及應用服務器等組成，如圖3所示。各個環節之間應用交換機和核心交換機相互連接，對各個客戶端進行組織，實現企業內部局域網，形成服務器/客戶端結構的網絡拓撲。

在變電站設備熱故障監測診斷軟件系統的硬件結構體系中，因采用服務器/客戶端網絡結構，各個客戶端之間可以實現局域網內連接，避免外部網絡的不穩定因素和網絡延遲，有效提高系統數據的處理效率。在數據資源存儲方面，數據存儲在服務器中，客戶端只要登錄即可實現數據庫信息訪問，實時查看當前及歷史數據信息[4]。

圖3 軟件系統的網絡架構設計

4 結 論

變電站設備熱故障監測診斷系統的設計和應用，保障了電力系統的安全性和穩定性。實踐研究得知，變電站設備熱故障主要是由電纜接頭、刀閘觸頭等引起的，導致電阻增大，使得設備在運行中產生發熱現象。因此，變電站設備熱故障監測診斷系統設計應從硬件和軟件兩方面入手，實時在線監測變電設備的運行狀態，減少電力設備過熱故障造成的設備事故，大大降低電力設備過熱造成的經濟損失，有效提升變電站的安全系數。