面向开关油泵频繁启动隐患的智能监测方案研究

黄焕傑

（广东电网有限责任公司肇庆供电局）

0 引言

对于变电站内的液压机构开关，需密切关注油泵启动打压的时间间隔以防范频繁打压、储能异常等隐患风险。当液压机构开关的油泵启动打压，其启动回路使信号重动继电器的接点闭合，发启动信号至本间隔测控装置，运行人员能通过后台监控机实现对油泵启动打压信号的监视［1-2］。

但若出现继电器损坏等情况造成信号回路异常，将影响运行人员的监视，无法及时发现液压机构开关存在异常，为电网运行安全带来隐患［3］。此外，长期依靠运行人员对液压机构开关进行监视也增加了运行人员的工作量。如何进一步优化开关油泵频繁启动在线监测系统，形成新型高效的现场监测，已经成为新时期液压机构监测的重中之重。

1 太阳能无线监测的优势分析

液压机构开关结构复杂，在线监测系统只能够通过开关启停信号、动作时间等判断液压机构是否异常，无法直接观测开关油泵结构性能，具有一定的滞后性［4］。同时，液压机构运行时，还需人员密切关注其油泵启动打压的频率，以防范隐患的发生，这大大增加了运检工作量。

因此，需借助太阳能无线监测系统快速识别开关油泵动作信号，通过模数转换，在智能终端中评估开关油泵是否存在缺陷隐患［5］。这种监视开关油泵频繁启动的太阳能无线监控系统适用于使用液压机构开关的各种作业场景，在开关油泵监测中具有前瞻性、准确性和高效性，如表1所示。

表1 太阳能无线监测的特点

使用本监控系统可以减轻运行维护人员巡视的压力，同时，该系统基于数据对液压机构开关的情况进行分析，可提高对液压机构开关监视的可靠性，防范因液压机构开关频繁打压、储能异常等影响电网运行安全的隐患风险，实用效益显著。

2 面向开关油泵频繁启动隐患的智能监测方案

2.1 系统架构

本文研发一种监视开关油泵频繁启动的太阳能无线监控系统，该装置利用太阳能供电的无线音频采集单元去识别油泵是否启动，并通过智能终端采集并分析各间隔的无线音频单元信息，继而识别开关是否存在异常，如下图所示。

图 太阳能无线监测架构

上述系统采用“采集层-网络层-应用层”三层架构。采集模块主要包括传感单元、模数转换单元和信号放大器；通信单元主要包括uart接口、zigbee无线接口、USB接口、WiFi接口等；应用单元主要包括ARM处理器、存储模块、电源模块、用户终端等。其中：

（1）采集单元采用太阳能供电，功耗低，体积小，且具备电量低等告警提醒，可维护性强；

（2）通信单元采用WiFi和Zigbee无线传输的通信方式，无需外部接线，方便安装；

（3）应用单元设置ARM处理器和用户终端，可对液压机构开关的数据进行统计分析，数据结果一目了然，减轻运行维护人员工作量同时提高监视可靠性。同时，应用单元中设置独立供电模块，由太阳能板持续供电，以保证分布式无线监测的可靠性和稳定性。

2.2 单元优化

2.2.1 信号采集单元

本次设计的太阳能无线监测系统主要由声音传感器采集开关油泵的打压、储能情况。可通过在指定位置安装的声敏元件、传感器等快速检查开关油泵是否存在动作声音异常。同时，配合电流互感器及电压互感器中的电流数据、电压数据等判断其是否超负荷运行、绝缘是否存在缺陷等［6］。

采集模块中的声信号需经过放大器处理，同时进行降噪，从而减少环境信号的干扰。该操作过程中应根据信号处理流程选择对应接口，同时设置Client／Server通信服务模式实现内外通信传输，利用ACSI标准与变电站在线监测系统连接，从而形成完整的信号采集通道，为开关油泵状态评估提供有效依据。

2.2.2 通信传输单元

本次设计的太阳能无线监测系统采用Zigbee和WiFi网络，其数据传输稳定性强、可靠性高、传输效率高，具有广泛的市场应用前景。

在信号传输过程中采用模数处理单元，将现场传感器、敏感元件中的模拟信号转变成主处理器可识别的数字量，以便于进行初步数据筛选和处理。同时，还通过ARM处理器将传输到的模拟量转变为数字量，并通过技术指标进行数据归类，将开关油泵的关键数据打包，传输到应用系统中，从而提升开关油泵频繁启动监测数据处理的时效性、可靠性和准确性［7-8］。

2.2.3 应用评估单元

本次设计的太阳能无线监测系统基于ARM快速处理声信号并借助智能后台有效评估开关油泵运行状态。

ARM处理器运行时按照逻辑程序上电初始化，此时时钟信号、外设接口均处于初始状态。在采集到声音信号后，传感器或敏感元件发出声信号，ARM处理器产生时钟，通过DMA发送到存储器中完成预处理；数据经Zigbee和WiFi网络传输到平台后，由后台终端备份，并通过运行模型和故障模型识别对比，判断开关油泵是否存在缺陷隐患或运行故障。

上述智能终端构建过程中，可与变电站中的在线监测平台交互，借助在线平台中的神经网络（ANN）构建BP诊断模型。可先将历史故障中的关键数据通过傅里叶模型处理，梳理开关油泵故障特征的声音信号。配合特征信号频谱中的峰值能量值作为BP诊断模型的输入样本，与前端采集数据的关键特征进行对比，快速映射和匹配，从而得到准确的太阳能无线监测结果。

2.2.4 太阳能供电单元

可在开关油泵区域设置太阳能板，将太阳能板与无线监测系统供电端口连接，设置24V稳定输入。为保证持续供能质量，无线监测系统中安装低电量监测模块，设置低电量阈值和备用电池。若剩余电量低于阈值，则发出声光告警，同时启动备用电池，从而使无线监测装置安全、可靠、稳定运行。

3 面向开关油泵频繁启动隐患的监测管控

3.1 智能评估管控

在监测数据分析过程中，太阳能无线监测系统主要通过故障值的设定作为判据。即在基于BP网络模型的开关油泵故障特征分析基础上，设定动作异常值。如果监测数据超过设定的阀值，就由诊断中心进行处理；如果没有超过阀值，就将数据送到预测中心处理：

（1）诊断中心，由开关油泵故障数据库组成，可在BP网络模型基础上开展采集数值特征分析及故障映射，快速查找目前开关油泵运行过程中的缺陷类型，确认其故障情况。按照该类型故障的严重程度及时制定科学的处理方案，以保障液压机构安全运营。

（2）预测中心，由开关油泵状态数据库组成，可在状态评估模型基础上快速分析开关油泵的健康情况，确定其可靠性、安全性和稳定性。得到有效预测结果后，应针对上述数据设置状态检修决策，包括检修目标、检修周期、检修内容及质量标准等，有前瞻性地开展液压开关运维管理，避免液压机构故障引起的断电事故。

3.2 分类故障处理

一般开关油泵异响主要是由于系统介质有空气没排放干净、介质长期使用未进行过滤清洁、动作元件磨损间隙过大、压力及流量设置过高或过低、开关元件故障等导致。在监测到异常声信号并判断出故障类型后，应按照故障处理方案展开针对性处理，如表2所示。

表2 液压油泵的常见问题及处理方法

4 结束语

本文设计的面向开关油泵频繁启动的太阳能无线监控系统无需对现有的一次设备或二次设备作任何改动，其通过太阳能供电的无线音频采集单元对油泵启动时的声音进行识别，并将相关信息通过无线传输至智能终端，由智能终端进行数据采集分析，该智能终端基于ARM架构，自带触控屏以方便人机交互操作。同时，当无线音频采集单元出现供电电压过低等故障时，将及时发送信息至智能终端通知运行人员做出相应的检查，其可靠性强、准确度高、操作便捷、使用高效，值得深入研究和推广应用。