炼铁厂变电站智能化监测系统的应用

谭天雷

（江苏省张家港市锦丰镇沙钢集团有限公司炼铁厂，江苏张家港 215600）

0 引言

通过对变电站的变压器、高压柜等进行设备实时全景监控，对高压柜触头进行可见光+热成像双光监测，及时发现现场设备的温度异常。通过系统发出的报警提示，工作人员到现场进行确认验证，避免设备异常发现不及时而造成事故。

1 变电站智能化监测建设的意义

在工业4.0 时代，可以利用物联网技术，结合成熟的传感器硬件，实现大数据算法分析。在软件应用的基础上，融合信息化技术，实现生产智能化，并结合现场实际的具体需求，实现变电站智能化监测。

高压电气设备智能化监测系统可以对供配电关键设备进行监测，远端查看高压设备运行状态、环境状态等数据。通过监控系统实现对现场设备的无人化管理，提高设备和人员的使用效率。

2 变电站智能化监测实施预期目标

通过对关键电气设备加装智能监测设备，部署数据采集平台，利用先进的物联网技术，实现数据的实时采集与监测。并且通过建立数学模型、拟合智能算法和人工诊断相结合的方式，使变电站的电气设备实现智能化在线监测与管理，预期实现以下目标。

2.1 变压器智能在线监测

在现场变压器增加变压器局放监测、远红外无线测温、多点铁芯接地等监测手段，对现场油浸式变压器进行全方位监控。当出现高温、局放或电流泄漏等异常情况时，第一时间通过手机应用通知相关负责人，加强对主变的管理与检修工作。

2.2 高压柜智能在线监测

通过对高压柜加装智能电网监测终端，结合软件平台，实现开关柜的智能监测。点检人员可以在任何时间、地点，通过电脑、手机查看各开关柜的状态与实时数据。有异常状况发生时，系统自动报警，及时通知相关人员。

2.3 红外热成像智能在线监测

随着红外热成像技术的不断发展，在线式红外热成像系统将为变电设备和高压柜安全提供有力保障，可以在风险发生之前预先侦测到温度的异常升高，有效防止风险和设备故障的发生。实时生成可视化的红外热像图，并提供在线测温、风险预警、温度曲线分析、历史记录管理以及温度数据分析和配套报表功能。

2.4 电缆层智能监测智能化

通过在对电缆层布设巡检机器人，结合软件平台，实现电缆层的智能监测。利用算法分析以及各指标数据计算，实现智能化预警，防止突发事故，降低电气设备的隐患和风险。

2.5 降低管理成本，提高生产效益

通过实时监测和智能预警，使高压设备安全平稳运行，降低因供电问题造成的停机、停产损失，使生产设备更高效、平稳地运行，实现安全生产就是企业最大的效益。

3 变电站智能化监测总体方案

对关键高压系统电气设备进行智能化监测，包括变压器、开关柜、电缆线、变压器等。根据不同设备的特点，采用针对性手段进行监测，智能化多维度地开展分析和诊断，捕捉设备运行中的异常，提前发现早期缺陷，变故障抢修为主动维修。

3.1 高压开关柜

高压开关柜是供配电系统最核心的设备，高压柜的安全运行是设备维护的重中之重。开关柜事故多是由于柜内绝缘下降、动静触头发热、柜内封堵不严、柜内凝露大等导致的，严重时可能造成短路放电事故。

（1）在断路器触点、电缆头位置直接套装无线测温传感器，进行表面温度的监测，在断路器室和母线室内壁加装弧光、局放传感器，进行局部放电监测。

（2）在电缆室和母线室内壁加装环境温湿度传感器，在二次室顶端加装烟感传感器。

（3）在二次室加装智能监测终端，通过RS-485 和无线网络接入传感器数据，并通过以太网/光纤传输到后台，进行实时在线监测。

3.2 变压器

（1）系统应用UHF 频段进行局放监测，能有效避开电暈等干扰信号的影响，克服传统局部放电在线检测抗干扰能力差的缺点，大大提高系统的灵敏度、可靠性以及抗干扰能力。

（2）系统对监测结果建立状态监测数据库，逬行数据管理、分析、统计、整合，为设备的状态检修提供决策依据和辅助分析等功能。

3.3 电缆层

电缆层作为供配电系统的生命线，现场一般比较狭窄拥挤，电缆层线路多、环境差，人工现场点检的难度极大，且人工点检无法做到实时监控。

（1）现场增加巡检机器人实现智能巡检，通过高精度红外智能诊断技术、图像智能分析技术、图像对比技术，针对高压电缆故障缺陷进行视频跟踪、报警系统联动，解决电缆通廊区域过大、设备缺陷不能及时发现、及时处理的问题。

（2）系统能将巡检任务中采集到的可见光图像、红外图像、设备位置状态等信息存储在本地监控后台的巡检数据库中，能够按照巡检时间、巡检任务、设备类型、设备名称、最高温度等过滤条件查询数据。

（3）系统提供手动控制和自动控制两种机器人控制方式，并能在两种控制模式间任意切换。手动控制功能可实现对机器人车体、云台、可见光摄像机和红外热像仪的控制操作。自动控制时，系统能够在全自主的模式下，根据预先设定的任务或者由用户临时指定的任务，通过机器人各功能单元配合实现对设备的检测功能。

3.4 红外热成像在线监测

（1）项目采用边缘端双光谱人工智能监测设备作为前端主要在线监测设备，通过非接触方式监测目标实时温度和温度变化，并根据使用需求设定不同的温度告警阈值。本系统通过双目球机、双目筒机、柜内卡片机对变压器和开关柜内区域进行监控。

（2）报警类型分为高温报警和温升报警。高温报警即被测区域超过预设值时报警，温升报警即被测区域温度在某一时间段内出现异常温升时报警，具体数值可根据实际情况设定。

（3）报警历史趋势管理。现场所测温度自动生成报表与温度曲线。调取历史温度信息和报警记录，方便于出现问题后进行故障跟踪及事故分析。报警记录与图像同步存储系统。报警历史记录可循环存储。

（4）实时显示全辐射热图。可查看画面任意位置的瞬时温度，对异常情况进行录制、拍照、分析。

4 变电站智能化监测系统构架及软件功能

4.1 系统构架

局放、弧光、温度、湿度等类型传感器通过RS-485 接口接入智能监测终端，无线温度传感器通过无线传输方式也接入到智能监测终端，然后通过现场敷设光纤将数据传输到值班室电脑上。

4.2 系统数据应用平台

通过部署的系统应用与建立的账号，工作人员可以登陆至系统中，查看各个关键设备的运行情况与实时数据，并且可以通过可视化组件更加直观、准确地了解每台设备的运行情况。在系统的报警管理中，可以查看设备历史报警记录，报警记录详细记录了具体的设备报警事件、报警原因以及报警的后续处理情况跟踪。

4.3 软件功能

软件系统提供了数据采集服务、数据传输服务、高压智能预警系统、移动端手机APP 系统，从数据采集到数据分析再到数据应用展示，提供全方位的软件服务。能够根据采集的各类型指标数据，通过算法逻辑实现报警、预警等功能，并通过系统软件及时通知值班人员。应用系统提供可视化组件，可以更加直观地反映出每台设备的运行状况与设备状态。

4.4 高温追踪

自动对热像图对整个画面或特定区域进行温升趋势分析，提早发现隐患区域，系统支持可见光支持热源追踪和定位功能。高压柜卡片机监控画面如图1 所示。

图1 高压柜卡片机监控

4.5 温度曲线分析

软件监测各区域温度时可实时显示最高温度曲线，通过曲线的变化趋势用于判定此时各个区域是否存在异常，画面左上角显示有最高温度、平均温度、最低温度。软件可实时显示最高温度区域曲线，并通过曲线的变化趋势判定各个区域是否存在异常。

4.6 报表管理功能

可设置起始时间，对日、月、年趋势进行分析，并生成EXCEL报表。支持查询功能，可通过时间段从起始时间进行范围查询，查询节点可按分、时、日、月、年度划分，并提供趋势分析。

4.7 手机移动APP

通过手机端移动APP 可以随时查看各关键设备的运行状态，查看内容与系统平台上的内容一致，并支持消息推送与接收。当某台关键设备出现报警情况时，手机端可以实时接收到报警通知，从而第一时间通知相关责任人处理问题，保证设备的平稳高效运行。

5 变电站智能化监测系统应用效果

变电站智能化监测系统通过对高压电气设备的关键指标进行监测、记录和分析，利用高压智能监测系统，实现对主要电气设备：变压器、开关柜、电缆线、配电室等关键点的无纸化不间断监测和智能预警，并结合视频监控、图形分析综合管理，实现电气设备台账管理、智能化监测平台搭建，为企业信息化发展提供数据基础，为企业稳定供电、安全隐患排查提供技术支撑。