基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测技术

李智华，易 力，王跃军，张雪松

(1.神华国华寿光发电有限责任公司，山东 潍坊 262700；2.北京电科智擎科技有限公司，北京 102488)

0 引言

现阶段，公共安全越来越重要，电厂作为电力的主要生产者，其安全问题更是不容忽视[1]。电厂安全运行作为国民经济迅速发展的重要前提，其一旦出现问题，会造成不可估量的损失。电厂中的设备种类很多，对电厂设备安全运行进行一体化检测是保障电厂正常运行的关键环节[2-3]。

目前，对于电厂设备运行安全一体化检测方法的研究出现了很多优秀的研究成果。

赵勤学等[4]将IEC61850应用至变电站安全检测中。其系统包含周界安防子模块、设备温度在线检测子模块和变电站安全信息管理子模块。通过激光围栏对周边的入侵信号进行检测；利用网络摄像设备监测入侵信号的一系列动作；通过新型温度传感器采集设备温度数据，完成电厂设备运行安全全天候检测。

彭道鑫等[5]指出电厂电力安全运行是当地经济发展的重要基础，以精准检测电力运行风险为目的，将群组序物元可拓法引入至电力设备运行风险检测中。选取电力设备关键评价指标，并对区域电力安全运行风险进行评估，得到偏向相邻风险程度评估值，做到风险预先知晓和规避。根据对于电力设备安全运行关键指标初步理解，构建安全运行评估模型；与当前实际情况相结合，利用群组序关系法设置各个指标之间权重值；通过物元可拓改进模型评估和检测电力设备的运行状态。

电厂设备运行安全是有关全国各行各业发展的重要因素，以上相关研究成果存在可视化程度低和检测准确性差的问题，因此，本文提出基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测技术。

1 电厂设备运行安全一体化检测技术

1.1 基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测平台

基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测平台中，需要对BP级的电力数据进行采集、过滤和存储等一系列管理行为，为设备安全运行检测奠定基础[6-7]。

根据多层分层框架，采用当前电力大数据主流技术，以保障电力数据中心技术具有先进性。技术架构如图1所示。

图1 基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测平台

图1中，设备安全一体化平台中最底层为数据源层，包含电厂设备实时巡检数据与历史数据，其部分数据来源于利用智能机器人、红外测温以及视频监控等设备对重点生产区域进行自动巡检，系统自动采集巡检时数据生成报表，以此获取电厂设备实时巡检数据，通过物联网与互联网技术进行巡检数据与历史数据的实时传输。在计算层中，将实时传输来的数据经云计算和云存储等一系列技术进行预处理，预处理方式主要为清洗和去噪，以保障采集到的电厂设备数据质量。对所有数据进行分布式存储以及数据融合处理，根据数据融合结果实现电厂设备运行安全一体化检测及检测全过程的可视化，以保障电厂设备运行安全运行。

下面对基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测过程中的关键技术进行分析。

1.2 设备安全检测

1.2.1 检测参数选择

变压器作为电厂中最为重要的设备之一，其运行安全状态决定了供电正常与否，因此必须对其进行详细检测，检测指标包括变压器油中的溶解性气体、微水含量以及局部放电过程中变压器末端电流等。

断路器种类比较多，被检测的信息量庞大，类型不同的断路器对于检测的需求也大不相同[8-9]。由此将断路器检测指标设定为少油断路器、断路器机械运行安全状态和触头电寿命。

以检测电容性设备绝缘性安全状态为目的，将检测指标定义为电压和电流互感器、避雷器等设备的损耗状态。依照检测指标性质划分，需要处理的检测指标可分为如图2所示种类。

图2 检测指标分类

图2中所示检测指标分类为：

a.非电量。变压器油中的溶解性气体和微水含量检测、断路器中气体压力和湿度检测。

b.直流量。断路器中分合闸线圈的电流和电压值变化、储能电机的电流值变化。

c.交流量。断路器中三相开断电流和变电站母线电压值变化、耦合电容器中的三相电流值变化、避雷器的全电流和阻性电流值变化。

d.振动量和脉冲量。变压器运行过程中局部放电首端套管末屏的对地电流值和末端电流值变化、断路器机械振动信号值。

e.开关量。断路器重合闸辅助节点数据变化、继电保护节点数据变化。

1.2.2 检测功能设计

数据融合的电厂设备安全运行一体化检测功能设计主要包含在线检测、设备状态识别以及数据管理3个方面。因电厂设备故障检测不仅仅是对设备运行状态进行一个简单的判断，由此需要和以往的检测数据进行一个纵向和横向上的对比，也就是和历史数据与同类型设备试验数据进行对比。经综合在线检测和设备有关信息，识别出设备状态。电厂设备安全状态检测和故障诊断实现的功能主要包含如图3所示内容。

图3 电厂设备安全状态检测和故障诊断功能

图3中，所示电厂设备安全状态检测和故障诊断实现的功能为：

a.设备数据管理。包含变压器、互感器和断路器等设备运行状态数据管理。

b.设备数据查询。使用者能够在各种类型联网机器上检索设备有关数据信息与设备的运行情况，还能要求主机对设备数据进行分析、计算与诊断，再将结论返给使用者。

c.设备状态数据录入与修改。该功能模块能够在离线检测过程中，将平时测试与常规测试的设备数据手工录入至对应数据库。

d.设备状态数据打印输出。该模块可以检索出相关数据，并依据实际需求将相关数据以图表的形式呈现给使用者，也可打印出来。

e.密码管理。对于电厂设备安全运行一体化检测结果数据库会设置密码，有些人员仅有浏览权，但没有修改权。因此要结合实际使用状况，设定密码管理方案，提升检测结果安全性。

f.检测与决策。决策需要对检测结果进行分析，为了更加客观地使检测结果更加精准，使检测结果更加完整以及贴近实际，以数据融合结果为基础，将专家评价、神经网络和模糊数学等多个人工智能算法应用至电厂设备运行安全一体化检测结果决策中。利用设备历史数据以及运行状态，对设备未来运行态势进行预测。

g.告警与辅助。检测参数存在安全问题时，假设超过极限值，则发出告警。对于非技术人员或者不是很熟悉电厂设备安全运行检测的人员提供各种辅助，使此类人员可以了解设备运行情况[10-11]。

1.3 可视化技术

电厂设备安全运行一体化检测平台是相关数据的全景化平台，可以为检测过程的可视化提供技术支撑。该平台中不仅收录了电厂设备运行信息，还预留了其他的链接口，为未来扩展提供便利。

a.可视化登录界面。打开浏览器后，输入主站信息服务地址和登录密码。

b.电厂设备安全状态信息查询。

c.检索较为重要的遥测信息，比如电流、电压等遥测数据信息。

d.利用一体化平台管理单元对可视化界面，实现查询当前数据种类和修改密码等功能。

2 实验结果与分析

为了验证基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测技术可行性，在以下实验环境下测试该技术。实验硬件配置为2台HP DL388p v2 Gen8服务器和1台数据库服务设备，其中，数据库服务设备连接Microsoft Windows Server系统和MapGIS地理信息装备以及相关软件开发包。实验地点为寿光电厂，将该电厂中的设备作为安全检测对象，实验指标为检测准确率和可视化程度。根据上述实验条件得到的实验结果如表1所示。

表1 不同研究成果的检测准确率对比

电厂设备安全运行检测结果准确率越高则表示检测效果越好。从表1中可以看出，基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测技术与文献研究成果相比检测准确率更高。原因在于此项技术为了提升检测结果准确率，并且使检测结果更加完整以及贴近实际，将专家评价、神经网络和模糊数学等多个人工智能算法应用至电厂设备运行安全一体化检测结果决策中，有效增强了电厂设备安全运行检测准确性。

可视化系数越高，则表示检测过程和结果可视化性越强，其比较结果如表2所示。

表2 不同研究成果的可视化程度对比

分析表2可知，文献[4]研究成果和文献[5]研究成果可视化系数曲线整体较低，且曲线波动不是很稳定。而基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测平台是一种全景化平台，登陆检测平台之后，不仅可检索设备状态实时信息和遥测信息，还能够修改数据库密码等，保证设备安全检测全过程的可视化；且在可视化设计中，还预留了其他链接口，为设备安全运行一体化检测平台拓展提供了支撑。

3 结束语

鉴于电厂设备安全运行检测重要性和当前相关研究存在的一系列问题，本文提出基于数据融合的电厂设备运行安全一体化检测技术。设计了数据融合下的设备运行安全一体化检测整体框架，着重分析了设备安全检测和可视化这2个关键技术。通过实验证明了所提技术具有深度可信性和可实践性，是一种切实可行的电厂设备安全检测技术。因此希望以本文研究为基础，通过使电厂设备中的各类问题缺陷能够早发现、早整改、早解决，助力电厂智慧化建设，推动电厂数字化转型和高质量发展。