發布日期：2022-04-20 點擊率：32
引言
當前分布式監測系統、控制系統、網絡通信系統等分布式系統的大量應用,致使設備維護成本上升,偶發性故障恢復時間不及時,實時狀態檢測相比集中控制系統的成本大幅增加且時效性不強。因此,企業需要大量維護人員定期巡檢維護電力設備,以保障設備的正常運行。對用電設備的周期性人工檢測,在一定程度上減小了因電力系統故障而導致的分布式系統異常的發生概率,但是需要耗費大量的人力物力進行電力設備的停電檢測,并且在停電檢修過程中,分布式系統一般處于不工作狀態,嚴重影響了分布式系統的實時性。此外,斷電狀態下系統的各方面參數與實際運行時存在較大的不一致性,很難對分布式系統的設備電力故障進行及時報警。有效檢測和診斷電力設備故障,提高電力設備的穩定運行能力,保障電力網絡的暢通,研究電力設備的損傷檢測方法,對于保障電力設備網絡的安全穩定運行具有重要意義。本文以智慧電箱為基礎,運用大數據分析手段,提出了一種基于網絡的電力設備實時監測系統,可以有效預測設備故障,提前進行設備的檢修工作。
文獻提出了一種基于幅頻特性特征量的電力設備檢測方法,提高了電力設備檢測的準確性,但是計算量較大,時效性不強。文獻介紹了基于改進關聯規則特征分析方法的故障檢測方法,但是該方法在故障特征量的提取過程中,對原始數據的特征值損傷較大,誤差較高。文獻介紹了基于相空間重構的電力設備損傷檢測模型,根據設備的損傷信號等形成一個信號波束,得到電力設備損傷信號的指向性特征,該方法同樣存在精度較差的問題。
1電力設備監測系統網絡結構
電力設備監測系統分為3層:設備端、服務器及PC端。智慧電箱作為設備端進行數據采集,執行分閘或合閘命令以及監測數據:數據服務器對智慧電箱上傳的設備狀態數據進行實時數據處理、顯示或轉發給主控室PC端:PC端用于對電箱進行遠程控制和用電設備的實時監控。如圖1所示,本系統與網管型環網交換機結合后,利用光纖環形網絡建立比現在單向網絡更加安全的通信鏈路,不會因為系統某一方向光纖斷連,造成設備數據丟失,且系統會實時監測網絡狀態,如果單一方向光纖故障,設備會通過另外的數據鏈路發送數據并報警,提示及時維護。
2智慧電箱
電力設備監控系統的功能基本為設備功能巡查以及監
圖1網管型環網結構
控故障報警。根據數據分析,電弧火災、控制器高溫死機、持續性電弧故障占電力設備故障的9成以上,其他還有線路故障、人為總閘斷電等人為故障。基于網絡的電力設備監測系統以智慧電箱為基礎,為設備提供動力電源的同時,實現設備用電狀態的在線監控,可以實時監測設備電壓、電流、功率、溫濕度,實現電箱門控監測以及遠程合分閘、重啟設備等功能,大量節省了維護費用。智慧電箱控制器預留接口,可以為用戶對接特定設備。在高速監控系統、機房動力環控系統、通信基站機房系統、森林防火系統等場景中應用較為廣泛。
相較于傳統電箱,智慧電箱設計增加了主控器、操縱器、充電器和蓄電池4個功能模塊,以實現在斷電、跳閘等特殊情況下的遠程監控,如圖2所示。
圖2智慧電箱結構
以智慧電箱作為網絡終端,實現對用電設備的健康狀態實時在線監測,不必為每個用電設備安裝電力故障監測模塊,節約成本的同時,模塊化的智慧電箱集成系統簡化了安裝步驟,便于管理維護。如圖3所示,智慧電箱直接與分布式電力監控系統、分布式用電設備、設備信息采集終端連接,為設備提供電能的同時對設備進行實時監控。
3電力設備故障的大數據分析
傳統方法中,對電力設備損傷的檢測方法主要有基于圖像處理技術的電力設備損傷檢測法、基于信號處理技術的電力設備損傷檢測法,以及基于大數據分析技術的電力設備損傷檢測法等。上述兒種檢測故障方法主要是對電力設備發生故障時的圖像信息、電磁干擾信號信息、電力載波信號等信息的綜合分析,最終確定用電設備的故障發生點、故障現象及原因。但是以上方法都存在誤判或錯判現象,例如繼電器開合閘時產生的接觸電弧與設備故障時產生的擾動信號特征量相似。基于上述問題,對智慧電箱采集的設備狀態信息進行大數據處理,根據設備用電特性來實時分析預測電力設備的健康狀態。
首先,對故障設備的電壓電流信號進行采集,運用小波分解技術對故障信號進行特征量提取,運用數據挖掘技術對采集的數據信號進行大數據處理。離散小波分解算法對采樣信號進行單層分解,提取高頻特征分量公式為:
式中,x(t）為原始采樣信號,w(t）為小波母函數。
離散小波就是將小波母函數在時間尺度和縮放尺度上進行二進制處理,是一種可變頻率形狀的局部信號處理方法。小波分解過程如圖4所示。
圖4小波分解過程
然后,對原始信號進行n層分解,本文中主要采用db10小波對波形進行單層分解,進而提取出高頻分量。圖4中CAn為近似信號,CDn為細節信號,也就是高頻噪聲信號。對電力設備發生電弧故障時的電壓特征波形進行單層分解后提取其高頻分量CD1,如圖5(b）所示,可以發現其頻率較高。對高頻分量幅值進行絕對值積分:
最后,根據以上處理方法對多組數據進行處理,形成數據組,運用數據挖掘的方法進行閾值整定。統計數據在數據處理過程中不斷迭代更新。如圖5(c）所示,經過20次數據迭代處理后,形成了正常數據集群和故障數據集群,兩個集群分界明顯,可以整定清晰的判斷閾值。
4結語
根據實驗和仿真,以智慧電箱為基礎的電力設備監控系統具有網絡抗干擾強、環網網絡故障自動檢測等特點。在數據服務器端,采用小波變換算法和大數據統計學方法進行閾值整定,在電力設備故障檢測過程中具有準確率高、檢測性能較好的特點。該方法在電力設備檢測過程中具有重要意義。
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