变电站设备热故障监测诊断系统设计

吕丽鸥

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南 250101）

0 引 言

变电站设备正常运转是保证电力系统安全性和可靠性的基础。设备运行中因过热问题导致的故障时有发生，一旦出现故障，必然会引起变电站事故的发生。我国电力设备和技术的不断完善，有效降低了电力设备的热故障概率，保障设备正常运转和变电站的安全。

1 变电站设备热故障监测技术的发展与作用

1.1 热故障监测诊断系统的发展

20世纪70年代开始，我国致力于变电站设备热故障监测及诊断系统研究，并逐步将红外监测技术应用到变电站设备热故障监测中。2000年以后，随着红外监测技术不断发展成熟，加之使用价格不断下降，国家鼓励企业采用红外检测技术对电力设备进行诊断，能清晰、准确地判断变电站设备的内外部故障，准确找到故障点位置，并判断严重程度。

2009年，智能无线温度监测系统的研发，标志着变电站设备可以实现全天候精准监测。通过分析热隐患，利用软件预测变电站温度发展趋势，为检修工作提供依据。

2015年，利用人工智能（Artificial Intelligence）技术建立变电站设备巡检实用型系统。利用智能型机器人实现变电站内部无人化监测，其携带的温度控制仪器能对可见光和热故障进行监测；利用红外摄像头对变电站进行全面动态布控，掌握变电站设备的运行温度资料。

1.2 热故障监测诊断系统的作用

变电站设备热故障检监测诊断系统，主要采用红外线诊断技术。该技术具有很多优势，具体如下：（1）监测中不需要接触、采样及解体设备，操作十分简单，对开展状态诊断十分必要；（2）效率高、速度快，能清晰反馈变电站设备的温度情况，一般几个小时就能监测几百台设备；（3）能直接诊断故障位置和严重程度；（4）根据诊断结构分析设备类型、故障原因；（5）成本低、安全性高、准确度高。

红外线诊断技术在变电站设备热故障监测中的应用成效十分明显，保证了电力安全生产，提升了可靠性，而且经济效益十分明显。目前，红外诊断技术已成为电力设备检测、普查，及时发现隐患、及时抢修杜绝出现恶性突发性设备事故的一种有效手段[1]。

2 热故障监测诊断系统设计思路

变电站设备热故障监测诊断系统是由软件和硬件相结合的综合诊断系统。软件驱动控制硬件进行设备监测，主要是对变电站设备中因氧化、松动等引起的电阻增大导致的发热等因素以及发热设备进行实时监测，排除故障。

传统的在线监测系统由传感器和固定点组成，传感器和控制总台进行信息传输，在信息传递和监测上存在一定的滞后性，因为高电压不能近距离测温，变电站设备放热能力太大，造成传感器失灵情况时有发生，十分不利于检测变电站的环境。目前，我国变电站采用红外测温仪测温，能近距离、非接触式测温，减少高电压危险，并且减少大量因为传感器导致的信号源和信号线问题。利用红外测温仪能全方位、多角度检测发热点，增大测温范围，监测周围变电站设备情况[2]。监测的同时系统会根据温度场辐射式递减分布信息，启动云台进行搜索，快速监测设备发热点，同时利用软件控制设备准确定位，找出故障点，实现热故障排除的目的。

3 变电站设备热故障监测诊断系统设计

3.1 硬件架构设计

变电站热故障监测诊断系统硬件包括工控机、转换器、解码器、红外测温仪、监控摄像机及云台等，具体如图1所示。在系统硬件组成中，以红外测温仪为主要的数据采集点，以工控机为处理核心，利用网路TCP/IP协议的网络通信技术，构造功能齐全的变电站热故障监测诊断系统。

图1 硬件系统架构

3.1.1 红外热像仪

在线红外热像仪是利用红外探测器，将被检测物体以热谱图进行呈现，实现精准的非接触热故障监测。仪器具有温度测控能力，能配合软件使用，通过仪器设置相应的测温点、线或者区域反馈相关信息，从而实现设备的在线状态分析，及时做出报警预判。

3.1.2 监控摄像机

变电站设备热故障监测诊断系统采用高质量、高分辨率的监控摄像机，结合红外测温仪，全天候、多时段、自动采集、存储清晰的影像。同时，配置一台CCD传感器，利用数字电路实现红外灯照射成像，弥补光线不佳的情况，扩大变电站设备的感光光谱范围。

3.1.3 云 台

云台是变电站设备热故障在线监测诊断系统的重要组成部分，是控制红外线测温仪和监控摄像头的中枢系统。通过可视化平台的操作，它可实现视频图像和红外信号坐标显示，从而完成故障点的显示和点位。

3.2 软件组成设计

3.2.1 设计结构

变电站热故障智能监测系统的软件组成主要分为3个层面，如图2所示。首先，系统设备对应软件模块，系统中硬件工控机、解码器、云台及红外测温仪作为基础支撑，软件要不断控制这些设备进行互相通信，所以需预先设定变电站设备的运行监控参数。其次，变电站设备信息采集和设备热故障信息的收集，监测诊断系统实现在线监测，软件要兼容硬件设备，对变电站设备运行状态、设备定位及故障诊断有一个兼容模式。最后，在线监测作为热故障监测诊断系统的重点部分，当系统设备、变电站设备运行后，可对变电站热故障隐患进行定位显示，并及时报警以及进行故障信息处理[3]。

图2 软件实现结构图

3.2.2 软件系统网络架构设计

变电站设备热故障监测诊断系统网络拓扑结构由核心交换机、数据库服务器、客户端及应用服务器等组成，如图3所示。各个环节之间应用交换机和核心交换机相互连接，对各个客户端进行组织，实现企业内部局域网，形成服务器/客户端结构的网络拓扑。

在变电站设备热故障监测诊断软件系统的硬件结构体系中，因采用服务器/客户端网络结构，各个客户端之间可以实现局域网内连接，避免外部网络的不稳定因素和网络延迟，有效提高系统数据的处理效率。在数据资源存储方面，数据存储在服务器中，客户端只要登录即可实现数据库信息访问，实时查看当前及历史数据信息[4]。

图3 软件系统的网络架构设计

4 结 论

变电站设备热故障监测诊断系统的设计和应用，保障了电力系统的安全性和稳定性。实践研究得知，变电站设备热故障主要是由电缆接头、刀闸触头等引起的，导致电阻增大，使得设备在运行中产生发热现象。因此，变电站设备热故障监测诊断系统设计应从硬件和软件两方面入手，实时在线监测变电设备的运行状态，减少电力设备过热故障造成的设备事故，大大降低电力设备过热造成的经济损失，有效提升变电站的安全系数。