电力变压器智能化配置和故障预测的分析

2018-01-29刘媛

中国设备工程 2018年10期

刘媛

（朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西原平 034100）

变压器智能化技术涉及的技术范围较广，主要包括有传感器技术、集成技术、在线检测技术以及信息技术等，变压器智能化的前提是实现运行状态在线监测，利用信息技术对于变压器的智能化运行提供参考和保障。电力变压器智能化技术具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、信息互动化以及功能一体化等特征。

1 电力变压器智能化技术探讨

1.1 总体功能设计

智能组件式电力变压器设备的重要组成部分，智能化电子装置的集合可以对电力系统中变量进行测定，并且对潜在的故障进行检测，为系统整体的工作提供保障。变压器的高压设备以及智能组件装置主要有两种连接，一是传感器，二是控制器。一般情况下的系统运作过程中，智能组件主要的作用包括以下几点，首先是智能组件测定系统的运行状态，对系统运行时产生的表征数据进行存储，其次是对于存储的数据进行一定科学化计算，最后是对变压器的冷却装置进行控制。智能组件进行工作的技术依据的各种类型的智能电子设备（IED）。IED对系统运行数据进行传输以及分析，并且实现对整体系统的控制，主要通过以下几个方面来进行。第一，在变压器中寻求适当位置进行传感器的安装，便于获得系统运行产生的数据并进行存储。相较于传统的存储方式，利用智能化组件可以有效提升存储时间；第二，智能化组件通过IED可以有效实行数据的共享，通过信息传输来交换数据，实现沟通；第三，调度已有的专家系统，对于变压器的状态参数进行科学化分析，诊断出潜在的威胁并进行上报；四是由控制IED进行不同IED的数据收集，并且进行系统的分析，实现智能组件和站控层之间有效的通信联系。

1.2 软件设计

在整个智能化电力变压器中，最为重要的是主IED。智能化电力变压器的数据存储、数据分析、障碍检测以及各层次间通信工作都是借助IED来进行的，所以智能组件主IED的软件设计十分重要，主IED软件运行的流程如下：第一点，根据一些程序的基础设定，建立起系统程序与数据库之间的联系；第二点，结合数据库，收集系统运行中的信息，根据这些信息调配流程；第三点，在启动初始化界面时，系统会指示IED开启关于变压器整体运行状况的检测程序；第四点，对于运行中产生的数据进行收集、整理和分析，并且开展故障的诊断工作；第五点即是对故障诊断结果的上报和显示。

1.3 组件硬件结构设计

变压器的智能化主要体现就分为监测与控制两个方面，智能监测功能的组件核心是工控机，也就是智能变压器中最为核心的主IED，它为变压器系统运行状态的监测和分析提供了数据基础和技术基础，不仅使智能组件实现数据存储，还为保障智能组件正常的通信提供保障。而智能控制组件核心构成是可编程逻辑控制器，即PLC。可编程逻辑控制器可以有效通过逻辑运算进行器械设备的工作指令控制。智能化的电力变压器各项硬件组件都是立足于科技化技术之上的传统电力系统创新，是电力变压器智能化发展的支撑。

2 电力变压器智能化技术的故障预测

2.1 电力变压器故障复杂性分析

就目前电力变压器在运行过程已经产生的故障原因来看，主要现象有外部线路短路、绝缘受潮、分接开关触头接触不良的现象等，通过多起电力变压器故障事件的故障部位进行统计，排在前列的依次是绕组、铁芯、分接开关、冷却系统、套管、保护装置、测试装置以及油箱等，统计出的顺序也是电力变压器故障检查的工作要点。在日常的运行当中，两种看似不同的故障之间可能存在着一些关联，比如因果关系等，例如绝缘受潮，可能会导致线路产生短路，并且在部分故障产生时还具有并发性。基于这种情况，变压器故障检测就具有较强的复杂性。影响电力变压器的运行主要影响有内部运行、外部环境等综合因素，在进行复杂性故障原因的分析时，传统的物理建模方法已经不能满足，根据目前的情况，应综合运用电气科学、信息科学以及数据科学等方式进行系统化的分析，立足于技术理论并结合实践，为电力变压器的故障检测提供切实可行的方案。

2.2 电力变压器PHM技术的应用

故障预测与健康管理（PHM）的内涵是综合利用现代信息技术、智能技术而对各个领域系统健康运行的管理解决方案。智能化的电力变压器是在智能化电网的整体背景下体现之一，这种大环境下的数据驱动方法在电力变压器PHM中广泛应用。PHM的方法主要分为数据驱动方法、模型驱动方法以及混合方法三类。在电力变压器智能化配置的故障预测中，应用数据驱动方法，最突出的优点是快速、低成本以及广泛的适用范围。

PHM的任务周期主要分为三个方面，首先是在观察阶段，包括有数据的采集和数据的初步处理。数据采集就是采取数字化传感器等手段来获得可以反映电力变压器实际健康情况的监测数据，经过清洗、去噪等手段进行精确度的提升；其次是在分析阶段，这一阶段的主要工作内容是对以上采集的数据进行状态评估、故障诊断以及预测。在状态评估阶段，主要评估的是电力变压器的运行情况以及退化程度，到达一定程度后就需要维修人员进行诊断。故障的诊断又细化为诊断检测、隔离以及识别，为接下来的设备运行也提供了参考依据，预测故障则是根据当下老化的电力变压器状态投射到未来健康的状态，从而根据结果采取适当的预防性维护。最后是在行动阶段，包含决策支持以及系统及应用过程，根据各类信息决定具体的维修决策。

3 提升电力变压器智能化故障预测技术要点

电力变压器的故障检测技术仍需要不断根据科技进步以及电网事业发展而进行提升，针对大型的电力变压器维护运营，难度将更大。例如PHM技术，也是在不断的根据时代进行发展，以实现变压器运行的安全、系统的可靠以及降低变压器管理、维修成本。在电力变压器智能化故障预测技术的发展中，还需要在一些方面不断的深化与提升。

3.1 电力变压器大数据

随着信息技术发展，大数据时代已经到来。传感监测设备利用信息化技术，不仅使得变压器检测技术趋向于智能化，还使得存储的数据呈现出了数量大、多元化的特征。电力变压器故障的数据结构主要分为以下三种，首先是结构化数据，具体指的是一些利用二维表结构来逻辑表达的温度、电压等数据，这些数据的处理方式主要是关系型数据库；其次是非结构化数据，这类数据主要表现为光谱图像和视频等；最后一种是半结构化数据，介于以上两者之间。在未来进行变压器精细化的管理研究时，需要朝着大数据存储管理技术、大数据的并行处理以及大数据的分析方向进行研发，提升对于数据的存储和分析能力。

3.2 数据质量提升

数据的质量直接关系到数据处理结果的准确性。电网公司累积了大量的电力变压器状态数据，但是存储的形式十分复杂，数据的质量也没有统一标准，直接导致了数据存档和识别的困难，所以在日后的数据收集、存储过程中，需要注重对于数据质量的提升，不仅要从规范化的数据采集入手，还要提升数据计算的能力，使得最大限度接近数据的精确值，为后续的数据驱动分析研究提供参考。

3.3 深度故障诊断

在PHM周期中，故障诊断已经有了较为深刻的研究，但是在进行研究时，大部分采用的仍是多种模式识别，对于数据的诊断程度依旧不深，只能做到在一定程度上查出故障原因，一旦遇到大型的电力变压器故障诊断，就会十分棘手。基于这点要素，电力变压器PHM需要做到定位故障部位，以及探求根本原因。可以通过把训练数据样本用更多的方式进行划分，以达到获取更深层次故障诊断的目的。故障预测与诊断时，由宏观到微观，确定大致范围进行具体细化，将故障进行分级工作。