变电站充油设备绝缘油智能综合分析系统研究

武晓蕊，杨丰帆，郭琪，邓华璞，林闽

(国网湖北省电力有限公司检修公司，湖北 武汉 430050)

1 绪论

绝缘油检测作为获取充油设备绝缘状态的主要方法，目前已在包括变压器、电抗器、CT、PT等充油设备的日常运维工作中得到全面推广，相关试验项目涉及绝缘油色谱、含气量、耐压、介损、微水、酸值、PH值、闪点、界面张力、运动粘度等10余类[1]。通过检测，可以获取绝缘油的各类参数，并可基于这些参数的分析结果，判断充油设备的运行状态，为现场设备运检工作提供决策依据。

然而，单支绝缘油分析工作前期准备和后期收尾工作耗时长，严重影响实验人员工作效率，若收尾工作中，气瓶和烘干设备忘记关闭，还可能发生安全事故，将影响生产安全[2]。除此之外，在绝缘油数据分析工作中，还存在检测数据分析智能化水平较低[3]、数据展示不直观影响趋势判断等问题。

针对以上绝缘油检测工作中存在的问题，提出开展基于数据驱动的绝缘油检测分析关键技术研究，通过建立油化实验室物联系统，实现仪器的远程硬件控制和状态智能化感知，提高试验人员工作效率与生产安全；通过研究适用于绝缘油全生命周期管理的检测数据融合智能分析方法，实现实验室数据分析智能化水平提升；通过建立绝缘油检测数据可视化平台，提升试验人员综合分析能力，为现场设备安全运维提供技术支撑。

图1为改造前后油化试验流程对比图，改造后的流程减少了试验前期手动开启电源、设备通载气、设备升温至稳定工况的过程，以及试验收尾通载气降温、取油容器烘干的步骤，并将数据入库自动分类，得出绝缘状态结果。可以显著提升绝缘油检测分析质效，提高实验室智能化水平。

图1 改造前后油化试验流程对比图

2 综合分析系统的功能

2.1 远程控制

油化实验室电路微断控制原理图如图2所示。

图2 油化实验室电路微断控制原理图

如图2所示，QF1为监控设备电源控制开关；QF2为色谱分析仪设备的电源控制开关；QF3为烘干箱电源的控制总开关，初始状态QF3闭合时间继电器开始计时，同时电磁接触器KM1闭合，烘干箱开始工作，计时结束后时间继电器动作，KT1－1常闭开关变为常开，烘干箱停止工作，当按下SB1时，时间继电器进行重置，进行新一轮的工作计时。QF4为气体供气、气泵、氢气发生器和色谱分析仪电源的总开关，QF5、QF6分别为两种气体选配开关。当QF4闭合，计时器开始计时，选择合适的气体(闭合QF5则接通气体1，闭合QF6则接通气体2)，计时结束KT2－1常开开关闭合，KM2线圈接通，KM2常开触点闭合，启动气泵和氢气发生器，同时时间继电器KT3开始计时，计时结束KT3－1常开触点闭合，电磁接触器KM3线圈通电，KM3常开触点闭合，色谱分析仪开始工作。

2.2 数据采集

绝缘油智能综合分析系统具有数据可视化平台，通过和中分色谱工作站进行通信，获取数据的测试结果信息。如数据测试设备不支持通信功能，则采用人工将EXCEL数据导入至数据可视化平台。待测项目包括9种油中溶解气体:H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、O2、N2和 9 种其他项目:击穿电压、体积电阻率、介质损耗、水分、酸值、pH值、界面张力以及闪点。另外还需要在数据库中预留10种测试项目:运动粘度、密度、颗粒度、抗氧化剂含量、油泥与沉淀物、油的相容性试验、铜金属含量、腐蚀性硫、析气性。

2.3 数据可视化

检测数据可视化遵循从总体信息到单个变电站信息，再到待测气体信息的逐步展示。可采用主页面展示总体信息，一级分页面展示单个变电站信息，二级分页面展示待测气体信息。具体内容如下:

主页面包括项目总体信息，其UI示意图如图3所示。

图3 单个变电站充油设备信息布局示意图

二级分页面为点击变电站充油设备列表后出现的页面，包括所有油中待测气体信息，其布局示意图如图4所示。

图4 油中待测气体信息布局示意图

具体内容包括:

(1)最中间为“油中溶解气体各项组分折线图”，将11项(加入总烃与含气量)组分采用不同颜色表示，纵坐标为历史数据，横坐标为时间(等间距，标注为每次试验日期)。

(2)左侧三个和右上角为“其他检测项目折线图”，这四个项目为例行项目。

(3)右侧中间为“其他项目折线图”，项目主要包括PH值、界面张力和闪点。

(4)右下角为“同厂家(家族)其他设备数据对比折线图”，单个厂家每季度做一幅折线图，用于及时发现家族性缺陷，主要针对CT。

(5)最下侧为“诊断结论”，诊断结论依据底层所采用的算法依据(包括阈值判断，三比值法等其他综合评价方法)，评价出当前所采样油样健康状态。

3 业务平台框架

业务平台总体框架分为四层:访问层、接入层、服务层、存储层，如图5所示。

图5 业务平台框架示意图

访问层:包含三部分:PC端、移动端(手机App端)、IOT设备(微断开关)。PC端涉及相关业务的处理如用户管理，设备管理等。移动端为安卓手机App，用于微断开关等IOT设备的远程控制和状态查看。

接入层:提供统一的数据接口，以应对不同等访问层的不同数据通信与交换方式。

服务层:分为基础服务和业务服务两部，用于提供统一的业务逻辑处理和数据交换。

存储层:分为文件系统、数据库集群、缓存集群，用于独立的文件存储、数据存储、缓存处理能力，实现分布式集群部署。

4 物联网集成架构

实验室中的烘干箱、色谱分析仪、气瓶等设备不具备物联网设备的属性，通过外接智能电路微断开关设备，获得远程智能控制的能力，结合移动App组成物联网系统。

物联网系统集成将不同的系统和智能硬件，根据应用需要，有机地组合成一个一体化的、功能更加强大的新型系统的过程和方法。MQTT是目前物联网使用最广泛的通信之一，底层是基于TCP连接进行数据通信，采用订阅/发布的通信协议，非常适合低带宽、低开销的硬件终端场景使用。

如图6为物联网集成架构示意图，基于MQTT建立微断开关通信网关服务，用于在微断开关设备和应用平台间建立一个通讯桥梁，一方面可以接收设备主动上传数据(如定时数据、报警事件等)，并转发到应用平台，同时可以接收应用平台发送的指令，转发到微断开关设备端(如远程控制、获取状态等)。

图6 物联网集成架构示意图

5 总结

本项目中绝缘油检测分析关键技术研究，可以显著提升绝缘油检测分析质效。油化实验室物联系统的建立，可以有效减少实验前期准备耗时和后期整理耗时，大幅提高油务人员整体工作效率；全生命周期的检测数据融合智能分析方法研究，可以提高单台设备各阶段检测数据的利用率，通过结合智能分析算法、多维趋势分析方法，对单台设备多类检测数据开展融合分析，将提升实验室数据评价智能化水平，为现场运检工作提供更有利的辅助支撑；以智能分析方法为依托的数据可视化平台搭建，将更直观的展示各站充油设备状态，方便实验人员对不同相别设备或同一厂家设备绝缘水平进行综合掌控，提高隐患查找能力。