特高压变电站电抗器火灾故障在线预警系统

国网江苏省电力有限公司检修分公司 张兆君

南京大学 计算机系 余 劲

国网江苏省电力有限公司检修分公司 陈梦涛 虞云翔 舒志海 喻春雷

针对目前社会发展需求对特高压变电站的抗电器火灾故障预警系统进行设计，首先分析了火灾故障的发生原因和特征因素，结合当前先进的电子信息测控技术对特高压变电站工业现场总线运行质量进行检测，利用电抗器温度数字化传感技术进行火灾故障预警检测以及信息传输通讯等优化了火灾预警系统数据处理模块，从而保障特高压变电站安全、健康的运行，实现在线实时监测。最后通过实验证实特高压变电站电抗器火灾故障在线预警系统可以更好的对火灾隐患进行检测。

引言：为了更好的对特高压变电站电抗器火灾故障进行有效预警，分析并优化了特高压变电站电抗器系统结构，并对火灾故障在线预警系统进行优化，以达到延长电力设备寿命的目标。火灾故障在线预警系统系的设计采用了全数字化网络结构，可更加快速的对特高压变电站温度变化情况进行检测，克服了传统电抗器运行过程中常见的温度变化检测误差等缺点，并及时对检测数据进行监控和传输，有效提高了特高压变电站的运行稳定性和安全性。

1 特高压变电站电抗器运行特征

在特高压变电站中，电抗器常应用于超高场景下，导致电抗器电压过高,易出现温度提高耗损电路设备，影响工作效率等问题。在点抗战运行过程中，对其温度情况以及可靠性等指标检测的准确度和实时性要求极高。

特高压变电站电抗器多分为干式电抗器和油浸式两种，干式电抗器因为其损耗小、噪声低、强度高、安装方便、维护简单、电抗值线性等特点，得到了迅速发展和广泛应用。随着干式电抗器投运数量的增加，由于产品质量参差不齐，恶劣天气对设备的影响，电抗器运行故障频繁发生，其中一些严重的故障导致设备完全烧毁甚至引发局部火灾，波及其他正常运行的设备，严重影响电力系统的安全稳定运行。

2 电抗器火灾故障在线预警系统设计

2.1 火灾故障数据处理模块设计

为了更好的对火灾隐患预警信息进行传输，避免延时等问题，将预警系统中的操作站与数据采集模块相连接，利用芯片级数字采集系统对电抗器现场总线运行数据进行传输和存储，由于特高压变电站中电力数据相对较大，为了更好的对数据进行采集和分析，对系统中的数据采集模块进行优化，以保障该模块在运行期间可有效支持64个以上的智能温度传感器进行高效运转，数据处理系统组成结构框架如图1所示。

在本文设计火灾预警数据处理系统中，负责对控制命令进行发送、以及接收运行数据的模块为上位机。为了更好的对设备运行数据进行准确分析、大量存储和及时显示，需要对上位机结构进行优化。利用对转换器进行隔离，以便更好的保障上位机信息传输顺利，连接总线以便将预警指令及时发送至下位机的接口转换。数据处理系统中下位机主要负责对火灾隐患信息进行采集和排查，准确的计算出特高压变电站电抗器的多路温度数据，并及时将计算和排查结构实时地显示在屏幕上，根据数据对电抗器设备的在线温度、历史温度以及温度变化曲线进行绘制。为了保障设备运行安全，数据处理系统设置了自动保存浏览历史数据的附加模块。以便相关工作人员直接进行系统组态，实现修改、删除等功能。

图1 数据处理系统组成结构框架

2.2 火灾故障在线预警系统设计

传统的处理技术通常是根据烟雾的形状性动态特征、颜色特征等，对烟雾进行特征性识别，由于天气原因、相似特征对象等，通常会造成较大的干扰，本项目首次提出了最低像素特征值、区域性梯度均值化、动态侦测、前后景分离相结合的烟雾图像识别技术方法。

为保证特高压变电站运行安全，在火灾故障在线预警中，结合了实时采集视频对设备运行数据进行监控和传递到站端后台分析子系统。系统后台分析子系统根据算法对采集的视频数据进行分析处理，在存储告警历史数据的同时向展示子系统实时传输分析结果。视频联动子系统可快速将产生的告警发送给站内原有的视频监控系统，预警系统视频监控客户端弹出窗口，打开问题设备对应的视频探头，共享各个分析系统内的历史数据、实时数据和计算资源。展示子系统通过图表、曲线、告警、视频等方式直观的向用户展示设备工作的各种状态。如图2所示。

图2 火灾故障在线预警系统网络结构

通过现场的高清红外夜视球机捕捉电抗器运行状视频数据，摄像机通过站端局域网与站端后台分析子系统互联。站端分析子系统通过站端局域网与16路以太网继电器相连，继电器通过信号线与站内视频服务器（NVR）相连，站端分析子系统通过以太网继电器将报警数据传输给原有视频监控系统。每个站端后台分析子系统由运行着分析软件的分布式刀片服务器组成。

3 实验结果分析

为检验火灾预警系统运行效果进行了仿真实验，在同等环境下对电抗器数据进行检测分析，对比传统火灾预警系统对数据处理效果与本文优化的预警系统数据处理效果进行对比检测，得到图3。

图3 火灾预警数据处理情况对比检测结果

根据上图3检测结果不难发现，相对于传统预警系统，本文设计的火灾故障预警系统可更加快速准确的对大量系统运行数据进行有效处理，极大的提高了工作效率。为了进一步对故障预警系统运行效果进行检测，保障特高压变电站运行安全，在同等环境下对火灾故障预警系统敏感度进行对比检测，结果如图4所示。

图4 火灾故障预警敏感度对比检测结果

本文优化的火灾预警系统对温度变化情况更为敏感，可以更加快速的对升温情况进行检测和预警，有效达到了避免火灾隐患。

4 结束语

为了更好的促进现代化建设，保障用电安全，对特高压变电站电抗器设备火灾故障在线预警系统进行优化设计，分析和研究了传统预警系统功能模块，优化了火灾预警数据处理模块和火灾以达到提高特高压变电站的运行稳定性和安全性的设计目标。通过仿真实验证实，结合数字温度传感器的特高压变电站电抗器火灾故障在线预警系统可更好的对设备运行数据进行采集和检测，及时判断火灾隐患，其运行效果和敏感性远高于传统预警设备，可更好的保障特高压变电站运行安全。