信息化背景下變電站電纜運維全環節智能設備狀態監控平臺的搭建與應用

摘要：電纜在線狀態的穩定運行對于變電站整體運維具有很大的影響，變電站電纜運維全環節智能設備的監測是保持變電站整體安全運行的基礎保障，根據電纜運維全環節智能設備狀態監控的合理條件以及顯示狀況進行監控平臺的構建。技術搭建完畢后，在應用過程中，能夠凸顯出變電站電纜運維全環節智能設備的主要作用和監控平臺的價值，實現變電站電纜運維的穩定性。

關鍵詞：信息化；變電站；電纜運維；智能設備；狀態監控

一、前言

近幾十年來，我國水電、風電、核電技術發展突飛猛進，甚至一度超越國外發達國家。隨著電力工業的不斷騰飛，規模不斷擴大，電站管理與運維就成為了一個技術、人力、資源共生的難題，甚至還被國內很多學者定向研究。變電站電纜運維全環節智能設備狀態監控平臺的搭建是一種新型應用領域，結合了變電站的特有環境，以變電站的運維技術支撐為重點，不斷提升運營到低成本運維的一系列工作為支柱，形成了變電站電纜運維的特有環境與思路。結合這種子系統的開發，讓變電站電纜運維全環節智能設備狀態監控做到萬無一失，能夠全方位的監控與保障變電站的電纜運維全環節智能設備的狀態監控[1]。

二、變電站電纜運維環節智能設備狀態監控平臺搭建

（一）總體結構

變電站電纜運維全環節智能設備狀態監控平臺的電力系統整體架構要考慮到一體化、信息化的不同功能需求與組成部分的細節設計，以及對設備設施的了解程度。在對變電站電纜機器附屬智能設備的運行狀態全面排布掌握后，開展穩定運行的安全保障需要設計[2]。平臺由各個子系統構成，包括護套環流子系統、局部放電子系統、分布式光纖測溫及載流量子系統、視頻監控子系統、環境監控子系統、電子井蓋子系統、應急通話子系統、周界防護子系統，以及最終設計的高壓電器設備光纖及光柵測溫子系統。如圖1所示。

電纜綜合在線監測硬件由不同的架構層次組成，根據架構以及電纜全過程的運維內容以及智能監測設備的安裝布置，具備綜合監控功能、部署輸電變電監測服務功能，監測安全性使用功能。如圖2所示。

1.監測子系統

監測子系統主要是對被動防護系統監測的主要服務與功能進行監測，其中包括護套環流子系統、局部放電監控子系統、分布式光纖測溫子系統，視頻監控子系統等幾個內容，通過監測的數據進行實時監控與數據備份，掌握基礎內容的同時，做到了對上述幾個功能模塊的信息記錄與常態化的功能備份[3]。

2.在線監測子系統

在線監測子系統主要功能在于控制主動環境下的數據監測。環境監測子系統、電子井蓋子系統這些系統內容的參數設定與智能設備的布置都是與數據信息整體結合的，在線監測子系統的完整度需要考慮到在主動環境下的環境監測與電子井蓋的電流輸送與接電操作的具體工作。

3.應急監控子系統

應急通話子系統是應急監控子系統的一個方面，在應急監控子系統中還包括周界防護子系統的應急監控數據，根據其數據內容與應急防護的標準，要合理確定應急預案以及應急解決策略[4]。

（二）架構合理性評估

電力電纜在電網或大中電場的應用中會涉及多種多樣的安全問題，通過變電站電纜運維的整體設備與電力傳輸整體情況來看，實現電纜安全性、穩定性、可靠性操控具有重要意義。智能設備的選擇與標準化安裝，需要考慮平臺的整體架構，結合架構進行合理布局。基于以上各項內容的建設條件，根據假設條件設定公式，考慮到狀態監測約束理論背景情況及狀態監測彈性理論內容針對兩個主要數據及要素進行設計，構建得到狀態監測彈性指數模型：

（1）

式中：ξ為隨機誤差項；SEC代表狀態監測安全性；REFUND 代表狀態監測能力；CASH 代表電纜平截面流存量；通過設計的狀態監測彈性指數模型，設定好具體指標之間的量化關系，并權衡與排除上述假定條件，將狀態監測彈性影響的關鍵要素展現出來，能夠更好地定位具體指標，針對性地給出發展建議與對策。

構建狀態監測彈性與狀態監測價值的模型如下：

（2）

式中：ε1為殘差項；為待分析參數；0代表常數項。

狀態監測彈性的邊際價值模型如下：

（3）

式中：ε2為殘差項；為待分析參數；0為常數項。

狀態監測彈性數值與整體架構穩定性的關系模型如下：

（4）

式中：ε3為殘差項；為待分析參數；0為常數項。根據測試結果可以發現，對智能設備進行監測數據的讀取與運行調試可以發現，在數據收集與監測中，很多智能設備在變電站電纜運維全環節中可以得到應用，智能設備狀態監控平臺中所涉及的工作內容與組成要根據運行調試情況進行合理布局。

三、變電站電纜運維全環節智能設備狀態監控平臺的應用

（一）監測子系統的應用

在實際工作中，結合應用傳輸的數據內容進行記錄，采集相關數據進行融合之后，發現其關聯價值，利用監測子系統進行監測，并發現其主要監測子系統的應用數據情況軌跡，分析如下：

運用SPSS對樣本數據進行描述性分析，了解所采集的數據樣本分布情況，進而對狀態監測價值和電力傳輸安全彈性水平有整體把握，變量相關性檢驗結果如表 1所示。

利用樣本分析結果展開記錄并檢查監測系統的實際設備安裝情況，監測中發現子系統的線路保護裝置安裝、外置設備電路保護回路監測裝置，與變電站全面安全監測設備的安裝保持一級能源標準，并實現了全場監測子系統的覆蓋。

（二）在線監測子系統的應用

在線監測子系統的應用主要功能與價值在于能夠科學地定位故障發生或問題發生的具體位置，在線監測故障率由該支路上的設備狀況所決定。而這些設備一般采用的是串聯的方式進行連接[5]。參照可靠性評估中的設備可靠性靈敏度，引入了重要因子KZ，應用統計數據來定量分析設備可靠性狀態對整個變電站運行的影響程度。設備故障率P公式如（1）所示：n 表示已動作的保護范圍與該設備相交的保護數目。

（5）

對于不屬于兩個集合的設備，P＝Pb。

對于設備故障集中的設備，其故障率P＝1；

支路故障率及可用率公式如（6）（7）所示，

其中P1，P2，…，Pn是支路上所有設備的故障率。

（6）

（7）

變電站故障率及可用率公式如（4）所示：

（8）

變電站的故障排查顯示內容如圖3所示，通過系統可以清晰地查看到具體的故障發生位置。下面的舉例就是根據機場溫度監測數據，查看相應的溫度變化情況。相比目前的變電站的電纜傳輸，電纜溫度占到了非常重要的監測數據記錄份額，電纜的溫度高低對于電力傳輸穩定性起到了決定性的保護作用。

（三）應急監控子系統

應急監控子系統的使用與設計主要是為了契合監控系統所使用的一種監控設備，像紅外設備、測溫設備、遙控設備等，在外場的變電站輸送電纜監控中，主要設計了紅外攝像頭進行火災安全的預測與應急處理。

如圖4所示，變電站應急監控子系統的設計中含有變電站整體的電子地圖、涉及報警的部分是根據地圖分類，按照每一個不同地方進行單獨報警的，避免了事故發生或隱患發生后的排查，縮短了預警到緊急處理的反應時間，并且在電視墻的大屏幕背景墻上安裝了一系列的安全指示標識，根據標識可以快速識別事件，做到安全處理的第一時間反應。

（四）消防子系統

消防子系統是最容易理解和記憶的部分，在安裝過程中設計三個部分，第一個部分是站端設備，包括圖像采集部分、報警采集設備、網絡視頻服務器，變電站主要涵蓋11個此類系統。第二部分為圖像采集部分，包括19個室外智能感應球、51個室內智能感應球、4臺紅外重型智能高速云臺攝像機。第三部分主要是消防安全設備，其中安裝了42個紅外光束對射探測器，根據區域劃分進行安裝，如圖5所示。

按照區域劃分將變電站一般分為A、B、C三個區域，劃分好后，監控中心設備服務器進行三個數據庫的搭建，備份監控數據內容。

四、結語

綜上所述，變電站的電纜模塊化功能與具體需求的設計已經基本符合要求，依托信息化轉型下的技術支撐，所開發和籌建的變電站電纜運維全環節智能設備狀態監控平臺搭建完畢后，在應用過程中，確實可以幫助變電站進行電纜運維全環節智能設備管理，凸顯監控平臺的價值，實現變電站電纜運維的穩定性。

參考文獻

[1]陳沖，焦邵華，王志彬.基于光纖以太網和無線傳感網絡的配網自動化系統混合通信方案[J].低壓電器，2017（03）：33-37.

[2]Diaz Reigosa D， Briz F， Blanco C， et al. Sensorless Control of Doubly" Fed Induction Generators Based on Stator High-Frequency Signal Injection[J].IEEE Transactions on Industry Applications，2014，50（49）：3382-3391.

[3]Wang G， Yang R， Xu D. DSP-Based Control of Sensor less IPMSM Drives for Wide- Speed -Range Operation[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics.2016，60（2）：720-727.

[4]Wang Z X， Lin H C， Bin-Feng L U，et al.Experimental research of PMSM salient characteristic using pulsating high-frequency voltage injection[J].Dianji Yu Kongzhi Xuebao/electric Machines amp; Control，2015，19（3）：19-24.

[5]蘇平，辛小瑜，肖文，等.智能變電站監控信息管理模式改進的探究[J].電子制作，2017（07）：110-114.

作者單位：深圳職業技術大學

■ 責任編輯：張津平