基于群智優(yōu)化的變壓器絕緣油色譜監(jiān)測(cè)方法

基于群智優(yōu)化的變壓器絕緣油色譜監(jiān)測(cè)方法

國(guó)家電網(wǎng)有限公司科技項(xiàng)目資助(智能絕緣油色譜儀開(kāi)發(fā)，522821180015)摘要：變電站安裝調(diào)試與檢測(cè)作為5G網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的重要基礎(chǔ)性工作，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有重要作用。為了保證變壓器運(yùn)行正常，要對(duì)整個(gè)變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便及時(shí)了解其運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)并處理潛在問(wèn)題。常見(jiàn)的變壓器穩(wěn)定性檢測(cè)方法是變壓器絕緣油色譜監(jiān)測(cè)方法。關(guān)鍵詞：群智優(yōu)化；變壓器；絕緣油；色譜檢測(cè)引言對(duì)于大型變壓器，油色譜氣體分析是判斷變壓器是否存在故障的有效手段。根據(jù)變壓器的離線油色譜數(shù)據(jù)，可以判斷變壓器的故障性質(zhì)，同時(shí)根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)判斷變壓器的故障點(diǎn)位置。本文針對(duì)某電站變壓器油色譜異常氣體進(jìn)行分析判斷，對(duì)變壓器整體進(jìn)行相關(guān)檢查和研究，最終進(jìn)行了處理，避免變壓器帶故障運(yùn)行及故障突然擴(kuò)大。1概述所謂群體智能，是指通過(guò)設(shè)計(jì)某種特定方式，吸引不同行業(yè)背景、不同知識(shí)結(jié)構(gòu)的人群參與到某一共同主題中，在某些情況下，甚至?xí)ㄟ^(guò)人工與機(jī)器人協(xié)同的方式來(lái)完成某種具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。目前群體智能主要包括兩個(gè)方面：群體感知和群智計(jì)算。目前關(guān)于群智計(jì)算的研究主要集中在互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、衛(wèi)生醫(yī)療、道路交通監(jiān)測(cè)和環(huán)境建設(shè)等方面，群體智能計(jì)算目前按照問(wèn)題的難易程度，可以分為3種：（1）一些簡(jiǎn)單的計(jì)算問(wèn)題的眾包模式；（2）相對(duì)復(fù)雜的一些工作需要進(jìn)行群智協(xié)作；（3）最為復(fù)雜的問(wèn)題則需要生態(tài)系統(tǒng)類群智計(jì)算模式。群智計(jì)算作為一種新興的演化計(jì)算技術(shù)，具有簡(jiǎn)單操作、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)，它與進(jìn)化策略及遺傳算法有著極為特殊的聯(lián)系，通過(guò)群體中個(gè)體之間的信息交互和合作實(shí)現(xiàn)尋優(yōu)。2設(shè)備結(jié)構(gòu)2.1自動(dòng)進(jìn)樣技術(shù)該系統(tǒng)的氣路流程以傳統(tǒng)的單針三檢測(cè)器氣路流程為基礎(chǔ)，配備基于活塞式真空負(fù)壓脫氣技術(shù)的自動(dòng)脫氣模塊，實(shí)現(xiàn)注油、脫氣、進(jìn)樣、分析計(jì)算及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上傳的全自動(dòng)分析，整個(gè)過(guò)程避免了人工操作帶入的誤差。2.2工作站軟件設(shè)計(jì)從整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)看，氣相色譜儀工作站軟件位于系統(tǒng)的最頂層，它負(fù)責(zé)各應(yīng)用層的事務(wù)，由用戶進(jìn)行色譜儀的操作。和計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)層對(duì)接，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)層主要提供端口，實(shí)現(xiàn)軟件功能，還要負(fù)責(zé)建立不同通信協(xié)議之間的信息傳輸。通過(guò)通信協(xié)議，軟件可以實(shí)時(shí)調(diào)用色譜信號(hào)，實(shí)現(xiàn)色譜儀實(shí)時(shí)分析。本課題研制的色譜工作站具備完善、快速、高效的處理流程，能自動(dòng)識(shí)別所有可能出現(xiàn)的復(fù)雜色譜。根據(jù)色譜工作站的工作處理流程，對(duì)色譜工作站軟件的功能進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，根據(jù)具體功能，將其劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理、儀器管理等功能模塊。色譜工作站采用全中文圖形化操作界面，操作人員可以輕松掌握。人們可以利用其強(qiáng)大的譜圖處理功能，對(duì)不同峰形進(jìn)行智能分析處理，使分析精度大大提高。智能化的專家診斷系統(tǒng)可自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析判斷，除了常用的三比值法、平衡判據(jù)法之外，還可運(yùn)用直觀的立體圖示法、大衛(wèi)三角形法等多種判斷方法進(jìn)行故障診斷，并和歷史數(shù)據(jù)比較，自動(dòng)計(jì)算產(chǎn)氣速率，結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)進(jìn)行綜合分析，給出專家意見(jiàn)。報(bào)表格式自編輯功能及數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能幫助客戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢索、管理及輸出。本工作站專為電力系統(tǒng)油、氣色譜分析工作者設(shè)計(jì)，具有高效、準(zhǔn)確、可靠的特性，充分利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理功能，建立一套完整的色譜分析方法。2.3自動(dòng)脫氣技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)脫氣方式的自動(dòng)化，解決脫氣過(guò)程中的定量精度問(wèn)題，本項(xiàng)目采用基于精密步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的密封氣缸作為脫氣容器。樣品由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)活塞抽進(jìn)氣缸內(nèi)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的位置和活塞的截面積，人們可以精確計(jì)算樣品體積，解決了樣品定量重復(fù)性的問(wèn)題。樣品脫氣過(guò)程借助脫氣缸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了真空脫氣、頂空定量的計(jì)算。具體流程如下：基于自動(dòng)脫氣技術(shù)的油氣分離模塊整體采用豎直氣缸，在密閉空間內(nèi)，活塞快速下行，液面底部和活塞之間形成局部真空，快速脫出絕緣油中的溶解氣體。脫出的氣泡會(huì)隨重力作用上移到定量管內(nèi)。多次反復(fù)上下拉脫后，利用直線步進(jìn)電機(jī)調(diào)整活塞位置，使得密封氣缸內(nèi)部壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。靜置一段時(shí)間，脫出氣體和油中氣體平衡后，根據(jù)步進(jìn)直線電機(jī)的位置，人們可以計(jì)算出脫氣體積，然后進(jìn)一步利用氣體溶解度分配系數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算油中溶解氣體的濃度。該技術(shù)優(yōu)化了傳統(tǒng)脫氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，不需要油循環(huán)泵和真空泵，增加了用于脫氣過(guò)程控制的壓力傳感器和液位傳感器。通過(guò)電路程序的智能控制配合，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了脫氣過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制。增加的液位傳感器，可防止油品進(jìn)入色譜分析系統(tǒng)污染色譜柱。同時(shí)，控制回油時(shí)脫出的過(guò)多氣體，通過(guò)排空口排空。3變壓器絕緣油色譜監(jiān)測(cè)方法3.1前置機(jī)軟件具體實(shí)現(xiàn)前置機(jī)軟件所實(shí)現(xiàn)的功能，主要為硬件驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)加載、采集控制、日志記錄和數(shù)據(jù)上傳五大功能。通過(guò)軟件可以對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中包括對(duì)光譜儀、串口、網(wǎng)絡(luò)通訊、巡檢間隔的設(shè)置。在采集控制的作用下，通過(guò)驅(qū)動(dòng)光譜儀采集得到數(shù)據(jù)，最后把數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)軟件，日志記錄功能可以監(jiān)測(cè)軟件運(yùn)行中的所有運(yùn)行信息，以備后續(xù)檢查。3.2眾包模式在變壓器絕緣油色譜分析中的應(yīng)用變壓器絕緣油中氣體含量的檢測(cè)工作不是一蹴而就的，而是要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)不斷地檢測(cè)，并記錄這些數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，掌握油量的變化情況，進(jìn)而判斷可能存在的安全隱患。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中空氣含量有異常，要盡快上報(bào)，采取一定的處理措施。數(shù)據(jù)記錄和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后的預(yù)警機(jī)制以及問(wèn)題反饋在整個(gè)色譜分析過(guò)程中屬于比較簡(jiǎn)單而且繁瑣的工作，但是極為重要，在這個(gè)環(huán)節(jié)上可以采用群智優(yōu)化的眾包模式，通過(guò)建立固定的數(shù)據(jù)記錄和反饋系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)和鼓勵(lì)所有人參與到這個(gè)工作環(huán)節(jié)中，相對(duì)于傳統(tǒng)方法，不僅提高了樣本相關(guān)數(shù)據(jù)量，而且能夠起到一定的監(jiān)督作用，同時(shí)有利于保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過(guò)設(shè)置預(yù)警線，可以讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果做出反饋，使結(jié)果相對(duì)于人工計(jì)算更加準(zhǔn)確，更容易發(fā)現(xiàn)檢測(cè)中存在的問(wèn)題。3.3功能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件具體實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)召喚、前置機(jī)參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)查詢與診斷六大主要功能，上位機(jī)軟件可以接收并存儲(chǔ)來(lái)自于前置機(jī)軟件的數(shù)據(jù)，啟動(dòng)上位機(jī)軟件后，自動(dòng)進(jìn)入登錄界面，輸入用戶名和密碼即可進(jìn)入主界面。在主界面中可以對(duì)前置機(jī)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改，也可以向前置機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)召喚。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，上位機(jī)還可通過(guò)故障報(bào)警功能通知值班人員。其中前置機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的所有數(shù)據(jù)以及報(bào)警的歷史記錄都能存儲(chǔ)下來(lái)，以方便工作人員及時(shí)查詢與診斷。結(jié)語(yǔ)隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)行業(yè)不斷融合，基于群智優(yōu)化的變壓器絕緣油色譜檢測(cè)也是變壓器未來(lái)研究的新領(lǐng)域。同時(shí)，在實(shí)踐過(guò)程中，基于群智優(yōu)化的變壓器絕緣油色譜檢測(cè)，對(duì)于提高工作效率、簡(jiǎn)化工作流程、節(jié)約人力成本和物力成本具有重要意義。參考文獻(xiàn)[1]羅仕鑒.群智設(shè)計(jì)新思維[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2020（3）：15-43.[2]王清波，冉玉琦，趙榮普，等.提高變壓器絕緣油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)可靠性研究[J].云南科技管理，2018，31（6）：44-46.[3]丁永超，郭潛，宋東