CN115224795A - 一种智能化变电站设备运行监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种智能化变电站设备运行监测预警系统及方法，通过实时采集变电站各个电器设备温度实际数据以及红外热像图像，读取存储的温度数据进行故障监测分析，判断是否产生故障数据并判定故障等级，根据故障等级生成主动预警信号并划分预警信号的等级，实现故障的预警，实现预警信号的主动报警并能够进行显示，实现快速准确的预警。

Description

一种智能化变电站设备运行监测预警系统及方法

技术领域

本公开涉及变电站运维技术领域，具体涉及一种智能化变电站设备运行监测预警方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

智能变电站主要是实现信息的数字化传输、网络平台通信等功能，同时也将变电站温湿度的调节、检测、计量、控制、保护以及信息额的无线通信等功能逐渐融为一个整体，在变电站电力系统中，温度监测能力是比较关键的指标，它对变电站的安全稳定运行有很大的影响。

在变电站温度监测中，传统的手段就是人工通过远红外测温仪进行电器设备温度监测，但是随着智能变电站的建设，传统的温度检测方法不能完全适应现实中多电器设备以及大型变电站的统一检测，并且预警方式单一存在不及时或者不准确的问题，难以保证多电器设备的安全监测、检修以及运行。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种智能化变电站设备运行监测预警方法，本公开针对一种实时的温度监测系统进行分析，利用一种高压带电体进行全天候温度测量，实现对电器设备的实时运维监测。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种智能化变电站设备运行监测预警方法，包括：

实时采集变电站各个电器设备温度实际数据以及红外热像图像；

获取各个温度数据及对应的图像并进行汇总上传至服务器，将其存储在服务器的数据库中；

读取存储的温度数据进行故障监测分析，判断是否产生故障数据；

与SVG建立连接，将分析产生故障的数据进行矢量图形的显示并判定故障等级；

根据故障等级生成主动预警信号并划分预警信号的等级，实现故障的预警。

根据另一些实施例，本公开还采用如下技术方案：

一种智能化变电站设备运行监测预警系统，包括：

红外探头以及红外摄像头，用于实时采集变电站各个电器设备温度实际数据以及红外热像图像；

数据集中器，用于获取各个温度数据及对应的图像并进行汇总上传至服务器，将其存储在服务器的数据库中；

故障分析平台，包括服务器以及数据库，用于读取存储的温度数据进行故障监测分析，判断是否产生故障数据；所述服务器并与SVG建立连接，将分析产生故障的数据进行矢量图形的显示并判定故障等级。

还包括：

显示器，用于对温度数据对应的图像以及故障信息进行显示。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开的设备实时监测与预警方法，避免了人工通过远红外测温仪进行电器设备温度监测，温度检测方法能完全适应现实中多电器设备以及大型变电站的统一监测，并且预警方式及时准确，保证多电器设备的安全监测、检修以及运行。

采用实时的温度监测方法，并对温度进行修正，展示更多的高温部分细节，实现准确的判定故障区域，实现及时的预警，主动发出预警信号，实现快速的对设备故障进行维护。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例中的智能化变电站设备运行监测预警方法流程示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

一种智能化变电站设备运行监测预警方法，包括以下步骤：

步骤一:实时采集变电站各个电器设备温度实际数据以及红外热像图像；

步骤二：获取各个温度数据及对应的图像并进行汇总上传至服务器，将其存储在服务器的数据库中；

步骤三：读取存储的温度数据进行故障监测分析，判断是否产生故障数据；

步骤四：与SVG建立连接，将分析产生故障的数据进行矢量图形的显示并判定故障等级；

步骤五：根据故障等级生成主动预警信号并划分预警信号的等级，实现故障的预警。

具体的，在步骤1中，实时采集变电站各个电器设备温度实际数据以及红外热像图像，在变电站中将开关接触点进行隔离，在容易出现发热故障的位置安装避雷器和电容器，因为母线和主变线在长期的运行中，接触点和套管很容易因为发热老化，所以将上述地方作为温度监测的关键点。

对各个开关触电处的温度以及红外热像图像进行实时的监测采集。

使用MIK-AL-10型红外温度采集终端设备作为红外探头。这种探头属于非接触式的温度测量探头，它具有发射频率高、相应时间短、测量精度高、使用安全、传输速度快、方便安全和使用等优势。在变电站温度监测中可以利用红外温差比较法评定温度故障情况，根据设备可以承受的最大温度为依据进行判定，比较符合在致热型电流设备中使用。关于比较法红外温差定义：

式中：T1表示正常测点温度，T2表示发热测点温度，T0表示环境温度。在监测中，δ超过30％，表示温度较高，其中关于红外温度终端及设备硬件构成。

获得温度数据的最值，并设置感兴趣的温度范围值。

采集获取红外热像图像，将温度数据与红外热像图像进行对应标注，设置单独的集中数据器，形成一个无线星型网络，获取各个温度数据以及对应的红外热像图像后进行汇总，通过总线传输给服务器，然后服务器将数据存储在服务器的数据库中。

步骤三中，读取存储的温度数据进行故障监测分析，判断是否产生故障数据，具体的，获取各个温度数据以及对应的红外热像图像，并根据温度数据对红外热像图像进行温度修正，得到温度修正红外热像图像，对温度修正红外热像图像进行轮廓提取，得到若干故障区域。

根据温度数据，获取温度修正的幂函数变换值，并对幂函数变换值进行初始化；

温度修正的幂函数变换值的公式为：

E＝Ceil[(T max-T min)/N_TOI]

式中，E为幂函数变换值；Ceil[*]为最小整数返回函数；T max、T min分别为温度数据中原始红外热像图像的温度最大值和最小值；N_TOI为温度数据中原始红外热像图像的预设的感兴趣温度范围值；

幂函数变换值的初始化公式为：

式中，E为幂函数变换值；

根据初始化后的幂函数变换值，对原始红外热像图像进行温度修正，得到温度修正红外热像图像，增强了原始红外热像图像的高温区域的显示范围，使得修正后的热像图可以展示更多的高温部分细节，在正常情况下，温度值与灰度值的映射是在温度区间平均的映射，在本方案中，使用函数变换，修订温度值，将高温区温度差拉伸，低温区温度差压缩；

温度修正的公式为：

式中，N(i,j)为温度修正红外热像图像的温度值；F(i,j)为原始红外热像图像的温度值；i、j分别为横向指示量和纵向指示量；E为幂函数变换值；a为灰度值偏移量的设置参数；b为曲线的弯曲程度以拉伸程度的设置参数；c为温度值偏移量的设置参数。

对温度修正红外热像图像进行预处理，得到预处理后图像，对预处理后图像进行轮廓提取，得到若干故障区域，具体步骤为：

预处理包括对温度修正红外热像图像进行的灰度处理和二值化处理；灰度处理将修正后的温度值映射到灰度值，可以显示原始红外热像图像的高温部分更多的细节，然后进行二值化处理，便于进行后续的轮廓提取；遍历二值图像，确定一个非零点作为起点，依次查找相邻8个像素内的非零值，并作为后继遍历点，按同样的方法继续查找，同时需要对轮廓线相交和重叠等特殊情况进行筛选，合并，最后对相邻连通区域进行拼接，获得故障区域的轮廓，根据轮廓，得到若干故障区域。

获取各个故障区域的故障判定数据，并根据故障判定数据得到故障分析结果，具体的判定步骤为：

对温度修正红外热像图像中各个故障区域进行填充提取，得到对应的范围区域图像，获取范围区域图像的面积，分别对单个区域数组进行面积计算和形态计算，得到对应的故障判定数据，根据故障判断数据，得到对应的故障等级。

利用SGVA图形格式，实现交互式动态图形格式并进行图像的交换，与SGV 绘制接线图进行连接，实时的显示温度监测数据。

SVG是一种可以缩放的矢量图形，它是通过标记扩展语言(XML)，实现交互性动态图形格式，可以在IEC61970中实现图形的交换。在实时监测平台中，变电站可以与SVG绘制接线图进行连接。

SVG显示的温度信息都是从数据库中得到，SVG和数据库是两个独立的模块，数据库将数据给SVG界面传递时，需要与温度信息的探头进行对应，才能保证数据传输的正确性，从而保证SSVG数据及时更新。

故障等级的划分依据为：获取历史所有目标设备的历史故障判定数据，根据历史故障判定数据进行等级划分，得到对应的故障等级。

将故障等级划分为预警信号量，等级越高，对应的预警信号量越多，若是故障等级划分为一级故障、二级故障及三级故障，则对应的预警信号量为一级信号、二级信号以及三级信号。对应关系如下表1所示：

表1

根据故障等级，得到故障分析结果，即根据表1中各个故障等级能够获取当前目标设备的故障描述，工作人员就能获取当前目标设备的具体故障情况，本方案中，采用将高温区温度差拉伸的方法，使得温度修正红外热像图像可以展示更多的高温部分细节，以实现准确的进行故障定位，对目标设备进行智能故障分析，在实现智能化的同时，提高了故障分析精确度。

将预警信号量作为变电站主动预警信号，按照预警信号量与故障等级之间的关系，一级对设备安全运行造成重要程度，建立与显示图之间的联系，并将信号量划分颜色等级，一级信号量为蓝色(Blue)一级信号，二级信号为黄色 (Yellow)二级信号，三级为红色(Red)三级信号。

以上数据在显示器中进行显示，并以颜色信号量的形式进行预警，实现准确的故障安全监测和维护。

实施例2

本公开提供一种智能化变电站设备运行监测预警系统，包括：

红外探头以及红外摄像头，用于实时采集变电站各个电器设备温度实际数据以及红外热像图像；

数据集中器，用于获取各个温度数据及对应的图像并进行汇总上传至服务器，将其存储在服务器的数据库中；

故障分析平台，包括服务器以及数据库，用于读取存储的温度数据进行故障监测分析，判断是否产生故障数据；所述服务器并与SVG建立连接，将分析产生故障的数据进行矢量图形的显示并判定故障等级。

还包括：

显示器，用于对温度数据对应的图像以及故障信息进行显示。

上述的传输方式都是采用无线的方式，无线测温模块，由数据采集、存储一级结构设计组成，在无线网络环境下根据通信协议ZigBee进行温度测量传输，利用总线RS485进行数据传递，在进行远距离通信中，无线通信信号会因为距离较远而出现信号衰弱情况，这时需要设置无线中继装置，从而达到更好的无线信号覆盖效果。在变电站规模较大的情况下，如果设备监测信号覆盖较广，比如在保证正常的监测设备温度情况下，需要更多的无线中继装置来实现信号覆盖，这样会增加系统投入成本，如果是穿墙安装无线的情况，需要的中继无线节点比较多。为了避免这种情况，这里将会利用RS485总线将控制室主机和测温设备进行连接。

在ZigBee无线网络温度监测中，利用网络星型拓扑结构，可以方便地进行网络的管理和监控。如果是设备数量比较多的情况下，一般可以增加路由器作为中间节点，从而构建一个簇状拓扑网络。再根据实际需求将温度传感器进行分组，一般都是根据设备类型划分，这样可以加强电力系统中温度传感器的识别和管理，该无线网络测温系统可以在不同规模系统中使用。

使用MIK-AL-10型红外温度采集终端设备作为红外探头。这种探头属于非接触式的温度测量探头，它具有发射频率高、相应时间短、测量精度高、使用安全、传输速度快、方便安全和使用等优势。在变电站温度监测中可以利用红外温差比较法评定温度故障情况，根据设备可以承受的最大温度为依据进行判定，比较符合在致热型电流设备中使用。

具体的，所述系统架构中执行以下技术方案步骤：

实时采集变电站各个电器设备温度实际数据以及红外热像图像；

获取各个温度数据及对应的图像并进行汇总上传至服务器，将其存储在服务器的数据库中；

读取存储的温度数据进行故障监测分析，判断是否产生故障数据；

与SVG建立连接，将分析产生故障的数据进行矢量图形的显示并判定故障等级；

根据故障等级生成主动预警信号并划分预警信号的等级，实现故障的预警。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种智能化变电站设备运行监测预警方法，其特征在于，包括：

实时采集变电站各个电器设备温度实际数据以及红外热像图像；

获取各个温度数据及对应的图像并进行汇总上传至服务器，将其存储在服务器的数据库中；

读取存储的温度数据进行故障监测分析，判断是否产生故障数据；

与SVG建立连接，将分析产生故障的数据进行矢量图形的显示并判定故障等级；

根据故障等级生成主动预警信号并划分预警信号的等级，实现故障的预警。

2.如权利要求1所述的一种智能化变电站设备运行监测预警方法，其特征在于，具体的，将各个开关触电进行隔离，并对各个开关触电处的温度以及红外热像图像进行实时的监测采集。

3.如权利要求1所述的一种智能化变电站设备运行监测预警方法，其特征在于，设置单独的集中数据器，形成一个无线星型网络，获取各个温度数据以及对应的红外热像图像后进行汇总，通过总线传输给服务器，然后服务器将数据存储在服务器的数据库中。

4.如权利要求1所述的一种智能化变电站设备运行监测预警方法，其特征在于，获取各个温度数据以及对应的红外热像图像，并根据温度数据对红外热像图像进行温度修正，得到温度修正红外热像图像，对温度修正红外热像图像进行轮廓提取，得到若干故障区域。

5.如权利要求4所述的一种智能化变电站设备运行监测预警方法，其特征在于，获取各个故障区域的故障判定数据，并根据故障判定数据得到故障分析结果。

6.如权利要求1所述的一种智能化变电站设备运行监测预警方法，其特征在于，利用SGVA图形格式，实现交互式动态图形格式并进行图像的交换，与SGV绘制接线图进行连接，实时的显示温度监测数据。

7.如权利要求5所述的一种智能化变电站设备运行监测预警方法，其特征在于，具体的判定步骤为：

对各个故障区域进行填充提取，得到对应的范围区域图像，获取范围区域图像的面积，得到对应的故障判定数据，根据故障判断数据，得到对应的故障等级。

8.如权利要求7所述的一种智能化变电站设备运行监测预警方法，其特征在于，将故障等级划分为预警信号量，等级越高，对应的预警信号量越多，若是故障等级划分为一级故障、二级故障及三级故障，则对应的预警信号量为一级信号、二级信号以及三级信号。

9.一种智能化变电站设备运行监测预警系统，其特征在于，包括：

红外探头以及红外摄像头，用于实时采集变电站各个电器设备温度实际数据以及红外热像图像；

数据集中器，用于获取各个温度数据及对应的图像并进行汇总上传至服务器，将其存储在服务器的数据库中；

故障分析平台，包括服务器以及数据库，用于读取存储的温度数据进行故障监测分析，判断是否产生故障数据；所述服务器并与SVG建立连接，将分析产生故障的数据进行矢量图形的显示并判定故障等级。

10.如权利要求9所述的一种智能化变电站设备运行监测预警系统，其特征在于，还包括：

显示器，用于对温度数据对应的图像以及故障信息进行显示。

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