變電站智能巡檢整體解決方案

變電站智能巡檢整體解決方案摘要：目前大部分變電站以人工巡檢方式開展維護作業(yè)，實際巡檢期間主要依托于運行人員的感官觀察來判斷設備運行狀態(tài)的分析，比如油位、壓力、貓眼、銹蝕、油跡、異聲等，受制于巡檢周期及人員素質(zhì)，容易出現(xiàn)漏檢、檢查不到位等問題，同時有些設備內(nèi)部缺陷如特殊部位過熱、絕緣損壞難以發(fā)現(xiàn)，有些故障如閘刀開閉不合理、機械卡頓等故障無法直觀判斷，需要通過設備操作來分析問題，因此，變電站實現(xiàn)自動巡檢目前已成行業(yè)未來趨勢。目前電網(wǎng)內(nèi)智能巡檢方案往往局限于一次設備的智能化，尚缺乏涵蓋一次、二次設備的整體解決方案。關(guān)鍵詞：變電站；智能巡檢；方案思路；綜合應用_.方案思路鑒于此，本文以江蘇地區(qū)某220千伏“免巡視、免維護”新型電力系統(tǒng)示范站為例，介紹如何在國家電網(wǎng)新一代變電站體系架構(gòu)基礎上，以開放共享架構(gòu)為基礎，以多元信息融合分析為思路，來搭建全量設備的在線監(jiān)測與智能運維平臺，以適應電力行業(yè)生產(chǎn)體系變革，滿足無人值班、設備集中監(jiān)控的業(yè)務需求整個方案，主要包含一次設備的智能化、二次設備在線巡檢、智能輔控系統(tǒng)數(shù)字化提升、綜合應用四個方面，涉及全面感知、輔控數(shù)字化提升、數(shù)字孿生、智能巡視、二次設備在線運維、智能壓板空開、二次回路監(jiān)測、蓄電池在線監(jiān)測、端子排接線實物智能監(jiān)測、保護在線監(jiān)視與智能診斷、智能門禁、智能燈光等多項建設內(nèi)容，綜合采用物聯(lián)網(wǎng)低功耗微功率傳感器、數(shù)字智能化、圖像可視化、室內(nèi)無人機巡檢等高新技術(shù)。其中輔控系統(tǒng)數(shù)字化提升主要涉及到智能門禁、電子圍欄、消防監(jiān)控等方面，不屬于變電站核心設備，就不在本文螯述。下文重點介紹一下一次設備的智能化、二次設備在線巡檢及依托智能巡檢平臺可以實現(xiàn)的高級應用。二一次設備的智能化1方案思路通過在一次設備上配置前端微功耗和低功率的在線監(jiān)測傳感器以及數(shù)字化遠傳表計，實現(xiàn)對一次設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行有效的獲取，替代傳統(tǒng)表計抄錄、開箱檢查、紅外測溫、防汛排查、局放檢測、避雷器絕緣性能檢測等工作，實現(xiàn)一次設備正常工作狀態(tài)下的免巡視、免維護目標。2功能模塊2.1變壓器全面感知2.1.1方案簡述變壓器作為供電的核心設備，投資大，是變電站的重點保護設備，盡管技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、壽命長、負荷小，但由于供電的間歇特性、所在地域的不同，結(jié)構(gòu)、制造廠家的不同，變壓器個體特性和電磁場分布存在較大的差異，絕緣材料的性能和老化程度也表現(xiàn)不同，通過開展變壓器絕緣狀況的在線監(jiān)測，積累變壓器運行狀態(tài)監(jiān)測記錄對變壓器長期安全、延長變壓器的使用壽命有明顯作用。變壓器綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)可以依據(jù)其自身功能對變壓器早期故障做出正確診斷和預測，使變壓器安全、可靠地運行。2.1.2建設方案變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置（有線）變壓器油光譜在線監(jiān)測是基于光聲光譜技術(shù)的變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測產(chǎn)品，系統(tǒng)能按照設定的周期在線檢出變壓器油中溶解H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、微水等全組分氣體的含量。并通過專家系統(tǒng)判斷是否存在潛伏性故障，是過熱性故障還是放電性故障，并按設定的報警值進彳丁聲光報警。變壓器鐵芯（夾件）電流在線監(jiān)測裝置（有線）變壓器鐵芯/鐵芯泄露電流監(jiān)測裝置實現(xiàn)了對變壓器鐵芯、夾件對地泄漏電流的精確、實時測量，實時監(jiān)測變壓器的絕緣狀態(tài)，反映變壓器鐵芯、夾件絕緣劣化速率，彌補預防試驗變壓器鐵芯、夾件絕緣電阻測量的不足，為變壓器實施狀態(tài)檢修提供依據(jù)。每臺變壓器配置一套鐵芯（夾件）電流在線監(jiān)測裝置。變壓器局部放電在線監(jiān)測裝置（有線）變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合了高頻電流法、超聲波法、特高頻法三種變壓器局部放電檢測技術(shù)，實時監(jiān)測變壓器各種類型和位置的放電信號，分析并形成有效的評估診斷結(jié)果，及時對變壓器絕緣異常狀態(tài)和放電性故障做出預警，提高變壓器運行的可靠性、安全性和有效性。系統(tǒng)主要由超高頻傳感器、超聲波傳感器、高頻電流傳感器、在線監(jiān)測IED和系統(tǒng)軟件組成。變壓器聲紋在線監(jiān)測（有線）常見的電力設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法所采用的狀態(tài)量包括：紅外、紫外、電磁、溫度、振動等傳統(tǒng)手段，通常診斷發(fā)現(xiàn)時設備缺陷和故障已經(jīng)形成，因此診斷存在滯后性?？陕犜肼暟殡S電力設備運行產(chǎn)生，聲音的幅值、時域波形、頻譜特性與其運行電壓、電流、機械狀態(tài)、絕緣狀態(tài)等密切相關(guān)，可及時反映設備運行狀態(tài)變化。因此，聲音監(jiān)測可與其他狀態(tài)量監(jiān)測技術(shù)互相補充，構(gòu)成故障從“萌芽一一發(fā)展一一形成”的全過程、全階段監(jiān)測與預警體系，有效提高電力設備的安全穩(wěn)定運行水平。采用聲音監(jiān)測的技術(shù)優(yōu)勢包括：無需接觸帶電設備，不改變設備運行狀態(tài)，安裝方便；能夠?qū)崟r跟蹤設備運行狀態(tài)變化，檢測靈敏度高；補充了現(xiàn)有監(jiān)測狀態(tài)量的缺失，增加了聲振低頻20Hz?20kHz范圍內(nèi)的故障診斷方案。隨著智能運檢與數(shù)字孿生建設發(fā)展，對于狀態(tài)監(jiān)測與預警新技術(shù)的需求愈加凸顯，利用噪聲特征(聲紋)診斷電力設備故障具有重要意義2.2GIS全面感知2.2.1方案簡述GIS作為供電的重要設備，投資大，是變電站的重點保護設備，盡管技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、壽命長、負荷小，但由于供電的間歇特性、所在地域的不同，結(jié)構(gòu)、制造廠家的不同，GIS個體特性和電磁場分布存在較大的差異，絕緣材料的性能和老化程度也表現(xiàn)不同，通過開展GIS絕緣狀況的在線監(jiān)測，積累GIS運行狀態(tài)監(jiān)測記錄對GIS長期安全、延長GIS的使用壽命有明顯作用。2.2.2建設方案GIS局放在線監(jiān)測（有線/無線）氣體絕緣開關(guān)設備（GIS）以其可靠性高占地面積小等優(yōu)點在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應用，但隨著GIS設備數(shù)量的增多，其對電網(wǎng)穩(wěn)定運行的影響越來越大。開展GIS局部放電在線檢測可以及時發(fā)現(xiàn)GIS設備存在的隱患，是保障電網(wǎng)安全運行的重要措施。功能特點：可以超高頻（UHF），超聲波（AE）獨立應用構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)，以及兩者組合應用以實現(xiàn)更加精準的定位。超高頻方法可以有效地發(fā)現(xiàn)放電異常，超聲波方法可以有效的確定放電位置。安裝位置：在高壓開關(guān)廠內(nèi)安裝在GIS人孔或手孔處，在廠內(nèi)進行氣密性檢測、絕緣耐壓檢測可實現(xiàn)功能：實時監(jiān)測、處理、顯示設備內(nèi)部的局部放電活動；電源相位同步與外同步可選，獲取放電相位；局部放電數(shù)據(jù)自動記錄與回放；局部放電信號幅比聚類分離技術(shù)與時頻聚類分離技術(shù)剔除干擾信號，實現(xiàn)多信號波形分離，并判定放電類型；各種二維、三維放電模式譜圖顯示分析；故障模式專家?guī)扉_放式管理；局部放電故障模式自動識別與嚴重程度評估；局部放電歷史發(fā)展趨勢分析與評估；自動生成測試報告；系統(tǒng)故障自檢自恢復功能。SF6微水密度遠傳（有線/無線）實時顯示當前設備的溫度、濕度、壓力、密度、露點值；支持數(shù)據(jù)實時遠傳，監(jiān)測數(shù)據(jù)自動存儲，每周輸出報表，提高檢修人員工作效率；自動繪制設備內(nèi)密度值變化趨勢圖，設備故障提前預警；具備自動校準及補償功能；定制絕緣子燒結(jié)件技術(shù)，避免了+40'C以上和-15。。以下漏氣的不足。斷路器機械特性在線監(jiān)測系統(tǒng)（有線/無線）實時監(jiān)測分（合）閘線圈電流、動觸頭行程、振動信號、斷路器開斷電流、開斷次數(shù)。并以此判斷斷路器電氣壽命避雷器泄漏電流監(jiān)測在線監(jiān)測（有線/無線）避雷器泄漏電流在線監(jiān)測通過傳感器對避雷器運行參數(shù)進行實時監(jiān)測，并通過無線等通信方式傳至后臺監(jiān)控系統(tǒng)并進行數(shù)據(jù)分析處理，可實現(xiàn)根據(jù)分析結(jié)果來判斷避雷器內(nèi)部缺陷及故障，可有效的幫助運維人員及時發(fā)現(xiàn)設備隱患并維護保修，避免避雷器故障弓I起的電力停電等事故的發(fā)生，對提高避雷器的可靠運行有著重要作用。2.3其他全面感知根據(jù)一線運檢需求為出發(fā)點，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，配置無線溫濕度傳感器、電纜無線測溫傳感器、無線箱體除濕器、水浸傳感器等各類變電設備狀態(tài)感知傳感器，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡符合國網(wǎng)《輸變電設備物聯(lián)網(wǎng)建設方案》的總體要求，感知數(shù)據(jù)應通過匯聚節(jié)點在各個室內(nèi)進行匯聚，再發(fā)送至接入節(jié)點，接入節(jié)點具有邊緣計算功能，可以對設備狀態(tài)數(shù)據(jù)進行就地計算并將結(jié)果發(fā)送至電力設備物聯(lián)網(wǎng)管理平臺及站內(nèi)W區(qū)全景監(jiān)視運維服務器。三、二次設備免維護免巡視建設1方案思路在新一代變電站體系架構(gòu)基礎上，以開放共享架構(gòu)為基礎，以多元信息融合分析為思路，搭建二次系統(tǒng)在線監(jiān)測與智能運維平臺，實現(xiàn)變電站多廠家、多類型二次設備統(tǒng)一運維管控；采用自動化+信息化融合的思路構(gòu)建系統(tǒng)，實現(xiàn)二次設備標準化接入與數(shù)據(jù)匯集，基于各類APP應用，實現(xiàn)各種遠程運維功能、區(qū)域協(xié)同管理和邊緣智能應用。以構(gòu)建二次系統(tǒng)SCADA為思路，實現(xiàn)全網(wǎng)變電站二次系統(tǒng)全景在線監(jiān)視、遠程智能運維與管控為目標，構(gòu)建面向設備業(yè)務、面向管理業(yè)務及面向電網(wǎng)智能應用業(yè)務的3大板塊，囊括二次設備全面感知、通信網(wǎng)絡智能感知、二次設備在線運維、設備管理、作業(yè)管理、二次設備智能預警、四遙智能診斷等眾多業(yè)務功能，利用站控系統(tǒng)算力資源，加強站端數(shù)據(jù)完成設備狀態(tài)監(jiān)測和綜合分析。2功能模塊2.1二次設備全面感知采用先進的傳感技術(shù)對變電站狀態(tài)量、電氣量進行實時采集，集成變電站全面運行信息，實現(xiàn)智慧變電站設備本體及變電站運行環(huán)境的深度感知。二次設備全面感知主要包含二次設備狀態(tài)感知、空開壓板智能感知、二次回路數(shù)字化感知、通信網(wǎng)絡智能感知四個部分。為全面監(jiān)控、智能聯(lián)動及風險預警等智能應用提供全面的基礎數(shù)據(jù)來源，基于感知數(shù)據(jù)，支持在虛擬空間中完成對設備的映射和建模，提升變電站狀態(tài)感知的及時性、主動性和準確性。2.2二次設備狀態(tài)感知部署于安全I區(qū)智能運維網(wǎng)關(guān)機，采集站內(nèi)測控、保護裝置溫度、工作電壓、通信狀態(tài)、光口功率、CPU占有率、時間同步狀態(tài)、軟壓板狀態(tài)、裝置自檢信號、裝置內(nèi)部私有的軟件診斷信息等；加裝監(jiān)視模塊或溫度、噪聲傳感器，采集服務器、網(wǎng)關(guān)機、保信、故錄等無法自發(fā)裝置硬件狀態(tài)信息的設備狀態(tài)信息。實現(xiàn)站內(nèi)二次設備的實時狀態(tài)采集，感知設備運行的硬件狀態(tài)、自檢狀態(tài)等，為數(shù)字孿生、二次設備智能巡檢、二次設備在線運維、主設備保護多維度智能診斷等提供數(shù)據(jù)基礎。2.3空開碰智能感知站內(nèi)二次壓板空開智能感知系統(tǒng)基于國家電網(wǎng)公司《變電站硬壓板在線監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》開發(fā)。二次壓板采用通訊+直采結(jié)合的方式進行采集，其中軟壓板的狀態(tài)主要通過與監(jiān)控系統(tǒng)通信的方式獲取；硬壓板、空開采用非電量檢測技術(shù)，在完全不影響保護功能、出口回路的情況下，實現(xiàn)二次壓板的投入/退出狀態(tài)采集和實時監(jiān)視，當壓板狀態(tài)發(fā)生變化時產(chǎn)生事件并記錄入數(shù)據(jù)庫。全站全量壓板、空開數(shù)據(jù)做到實時位置采集，為智能巡檢、保護診斷等功能提供數(shù)據(jù)基礎。在傳統(tǒng)電纜、光纜標識標牌的基礎上，采用先進的數(shù)字編碼技術(shù)、超高頻感應技術(shù)等手段，基于全站二次電纜回路三維數(shù)字化建模技術(shù)、二維碼/RFID二合一智能標簽技術(shù)、二次電纜回路圖形可視化技術(shù)，實現(xiàn)通過移動作業(yè)終端掃描或感應二維碼智能標簽，獲取電纜回路及傳輸數(shù)據(jù)信息，并快速定位目標電纜的三維可視化界面，同時，通過提供基于數(shù)字化成果的智能運維擴展應用，如基于智能標簽的線纜快速查詢、故障信號搜索定位、數(shù)字化比對等，有效提升二次電纜回路調(diào)試、檢修和改擴建作業(yè)分析效率。生成SPCD文件，為數(shù)字孿生、智能巡檢等高級應用提供數(shù)據(jù)基礎。2.5二次設備智能巡二次系統(tǒng)全面巡視包括設備巡視、遠動點表在線核對、全站與裝置模型校核、參數(shù)與定值在線校核等功能，通過全面巡視確保二次設備工況正常，保證設備本體、全站與裝置模型、全站與測控聯(lián)閉鎖邏輯的同源性和一致性，防止裝置異常或人為失誤造成裝置、模型、聯(lián)閉鎖邏輯異常，給變電站運行形成安全隱患。2.6蓄電池智能監(jiān)測系統(tǒng)蓄電池智能監(jiān)測系統(tǒng)在原功能單一，只具備電壓、電流采集功能基礎上增加了在線監(jiān)測電池運行狀態(tài)、動態(tài)內(nèi)阻測試、開路電池診斷、蓄電池健康狀態(tài)診斷、蓄電池核電能力診斷的目標；同時通過對落后電池的均衡維護提高整組電池的電壓一致性，延長蓄電池組的放電時間及使用壽命。新上一面蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)屏，蓄電池監(jiān)測主機、蓄電池組端電壓監(jiān)控模塊、蓄電池遠程放電模塊、蓄電池遠程放電控制盒安裝在該屏內(nèi)。1數(shù)字孿生與全景分析在變電站設備狀態(tài)全面感知的基礎上，借助可視化、全景化、智能化技術(shù)，將“物理變電站”和“虛擬變電站”融合，以數(shù)字孿生的方式進行增值賦能，實現(xiàn)變電站三維全息場景的全景監(jiān)視、運檢監(jiān)控人機智慧協(xié)同、故障隱患及缺陷主動識別等功能。對接主設備監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)、二次設備數(shù)據(jù)、輔助設備監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、消防系統(tǒng)數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)以及人員定位等多維全量數(shù)據(jù)，按照區(qū)域、設備和部件分類整合，通過設備RFID與數(shù)字孿生模型進行關(guān)聯(lián)綁定，實現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中呈現(xiàn)，同時基于異常告警信號可快速觸發(fā)孿生設備的告警提示、攝像機（機器人）視野自動聚焦以及歷史監(jiān)視監(jiān)控數(shù)據(jù)、巡視數(shù)據(jù)的聯(lián)動呈現(xiàn)，減少運維人員多屏監(jiān)盤的時間成本，提升遠程監(jiān)控與異常告警處置質(zhì)效。2全景智能巡檢在變電站端完善站內(nèi)全面感知手段，整合室內(nèi)夕卜巡檢機器人、高清視頻、紅外熱成像測溫、各類子系統(tǒng)，由全景監(jiān)視運維平臺下發(fā)控制、巡檢任務等指令，開展室內(nèi)外設備在線智能巡視作業(yè)，對采集的數(shù)據(jù)進行智能分析，形成巡檢結(jié)果和巡檢報告，及時發(fā)送告警，上送集控站巡檢平臺。同時具備實時監(jiān)控、與主輔監(jiān)控系統(tǒng)智能聯(lián)動等