无人值守变电站电气设备智能监控系统研究

无人值守变电站电气设备智能监控系统研究

姜少燕解永辉辛海明贾澄

（潍坊职业学院山东潍坊262737）

摘要：随着电网的快速发展，无人值守变电站和中央控制站的建设成为电网运行、管理和生产的必然选择。为保证无人值守变电站的稳定性及可靠性，必须及时发现并清除变电站电气设备可能存在的故障。

关键词：无人值守；变电站；电气设备；智能监控系统

以往诊断变电站电气设备故障都是通过人工按计划检修的周期到变电站现场对设备进行巡视检查，然而，这种方法存在不及时、准确率低、安全系数低等缺点，而且目前已在无人值守变电站投入使用的计算机监控系统（遥感、遥调等）主要是针对变电站的控制与管理，而没有应用到电气设备故障诊断领域。为了解决上述问题，结合早期无人值守变电站及其组合理论的特点，研究开发了一套智能系统，用于监测变电站的电气设备。

1无人值守变电站电气设备智能监控系统的技术方案

1.1智能监控系统设计方案

为了满足无人值守变电站的自动化运行，有必要开发一套硬件和软件条件都过硬的电气设备智能监控系统。智能监控系统的硬件结构包括声音采集和处理模块、故障识别模块和人机交互模块。智能监控系统的软件包括声音采集播放、压缩传输、对特征量的提取与频谱分析以及录制存储四个部分。监控系统的运行方式主要两种，一种是轮询监控，即分别对各个监测点进行监测；另一种是实时监听，即控制中心的工作人员对设备声音进行监听。

智能监控系统的第一种模式是轮询监控，它是通过数据采集器完成信号采集处理，用于下一次数据交换，并且数据采集器的负载较大，需要在短时间内计算信号能量，因此需要对数据进行傅里叶变换。当该数据采集器被总控制轮询时才可再次对信号进行采集等工作，如此循环往复，能够有效的提高工作效率。第二种操作模式是实时监听，数据收集器将收集的信号进行压缩，然后通过串行接口发送处理的数据，传送到监视计算机上解压并分析。该模型的核心是确保在实时传输条件下压缩数据。这种操作模式的核心是保证总控制器的轮询和数据压缩时间之间的协调。

除此之外，该系统还具有自学习模式。针对电力负荷的季节性变化，根据电气设备自身的设计特点，通过操作输出的声音将根据负载的不同而发生相应的改变。为了提高系统对设备运行状态的准确性，在每次系统启动前都应开启其自学习模式。在此期间，系统根据适当负载条件下的电气设备的声音建立数据库，并作为后续诊断设备故障的基础。

1.2智能监控系统功能设计

该系统通过对变电站设备运行声音的实时采集，提取其音频特征量之后与相应数据库进行比对，进而实现了对设备运行状态快速、准确的判断。对智能监控系统的研发目标是要确保还系统具有对声音的采集与处理、传输与故障判别、构建特征数据库以及人机交互四项功能。

1.2.1声音信号采集与处理功能

该功能的实现紧密依赖于各类电气设备专设的各类检测装置，即各类声音传感硬件，通过其完成了对该类设备运行声音的收集。不仅如此，本文还对这一模块的功能进行了研究开发，通过其还能完成对声音数据的滤波、提取特征量等诸多步骤的处理环节。

1.2.2声音信号传输与故障判别功能

要执行此功能，需要适当的硬件设施相配合，包括通用控制器、总线和主机。该模块的主要功能是在轮询模式下接受前一个模块发送的音频信号，以便在提取了适当数量的字符与原有数据库进行适当的频谱分析。在监听模式中的相应工作人员应就所收听到的声音，记录适当的波形和频谱幅度图，并将其上传到主机以供专业人员参考。同时，该模块还承担着声音信号在处理和压缩之后，数据就会经通讯电缆被传送至总控制器，而后由其传送给主机整个环节的传输工作。

1.2.3建立音频特征数据库

系统无法根据不匹配的信号直接确定设备的运行状态，而只有数据库才是完全检测系统错误的基础。换句话说，创建数据库是实现系统所需的研究和开发目标的先决条件。同时，系统配置有自己的学习模式，以改变各种负载条件下电气设备的工作噪声。也就是说，系统必须在每次启用前开启自动学习模式。在此期间，系统根据相应的负载条件下的电气设备的声音建立数据库，作为后续诊断设备故障的基础。

1.2.4人机交互功能

未来，系统的高性能可以由多个变电站设备控制。因此，有必要通过将人机交互功能加载到中央控制站主机来进行集中管理，使中央控制站主机能够更加有效地远程控制多个变电站主机。该模块具有完整且实用的操作界面，工作人员通过该操作界面能够选择相应的工作模式，与声音的通道以及录制与存储等等。

2无人值守变电站电气设备智能监控系统的硬件设计和软件设计

2.1智能监控系统的硬件设计

该系统包括音频信号采集模块、音频信号处理模块、故障检测模块、人机交互模块和电源模块五个功能模块。从硬件角度来看，构成各个功能模块的硬件各不相同：声音传感器是音频信号采集模块的主要硬件，同时，音频信号处理模块包括三种硬件类型是：数据采集器、总控制器、现场总线。在为系统的音频部分设计硬件时，要注意保证音频数据处理速度的快速性要求，同时要建立强大的数据库系统，良好的人机交互性和功能的可扩展性。

2.2智能监控系统的软件设计

对于智能监控系统而言，它的软件部分主要包括三个方面：凌阳单片机底层驱动软件、集控站主机上运行的应用程序、变电站主机上运行的应用程序。软件基于系统故障诊断原理，控制硬件使得各个模块按照设定的要求来完成各项操作包括：采集声音数据功能、处理声音数据功能、故障判别功能、分析和统计数据功能等。从而达到对电气设备运行声音的采集与实时播放、声音的压缩与传输、声音特征量的提取与频谱分析、声音的录制与存储。员工可以使用该软件实时选择要监控的信号，配置人员后，该设置将被发送到数据收集器并完成数据收集。另一方面，软件部分还有一个重要的功能，即是构建电气设备音频特征数据库。

3系统的现场安装及调试

3.1系统硬件的现场安装应注意以下事项：

（1）根据系统操作步骤进行安装，按照装箱清单核对设备及构件，确认无误后才能进行安装。

（2）根据无人值守变电站电气设备智能监控系统总装图，结合变电站整体的布局情况，绘制变电站现场布线图。现场安装所采用的固件及其构件全部应当使用不锈钢材料。

（3）安装数据采集器时，应该确保传感器的外部橡胶套接近电气设备的外壁，确保数据采集器能采集到正常的声音数据，并且通信电缆不应沿着地面。

（4）接线盒的安装位置尽可能靠近地面，使接线盒牢固接地，并注意接线盒和数据采集器之间的距离。

（5）通信电缆应采用PVC管，且包含无金属阻燃光缆，全线宜穿阻燃PVC管敷设，宜采用经不同路由的电缆沟进行通信机房。

（6）连接或断开网络电缆与交换机的连接时，请注意远程端口的操作一致性。

3.2音频监控软件的调试包括以下几个方面：

（1）调试数据采集器与变电站中央计算机之间的通信，以确保变电站主机可以完全接收数据收集器发送的信号。

（2）调试中央变电站计算机与中央管理站主机之间的通信，保证变电站主机与集控站主机之间的通信通畅并为系统软件设置初始参数。

4结语

通过分析和研究可以发现，迄今为止用于电气设备的故障诊断方法具有许多缺点，正是由于这些缺点导致错误诊断体系尚不完善，因此需要对其进行进一步开发。这种全新的综合系统技术能够更好的对电气设备进行故障诊断，该设备就是无人值守变电站电气设备智能监控系统。

参考文献

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