基于多數據融合技術的超高壓直流輸電線路接地極狀態分析和異常預

2023年12月14日發(作者：神秘訪客)

基于多數據融合技術的超高壓直流輸電線路接地極狀態分析和異常預警大數據系統設計發表時間：2018-06-25T17:06:52.493Z 來源：《電力設備》2018年第3期 作者： 白鑫1 馮躍1 夏治侃1 蘇云東1 胡天宇1 周楊[導讀] 摘要：針對目前超高壓直流輸電系統接地極的檢測多采用人工現場檢測特點，這種方式無法獲得接地極的實時運行數據。 （1.云南電網有限責任公司文山供電局 文山 663000；2.云南大學信息學院 云南省昆明市 650504） 摘要：針對目前超高壓直流輸電系統接地極的檢測多采用人工現場檢測特點，這種方式無法獲得接地極的實時運行數據。為了滿足安全需求和降低運維成本，設計了一種接地極在線監測系統，該系統采用智能傳感器、圖像處理和3G無線通信技術，可遠程在線監測接地極電流、觀測井水位等重要運行數據及接地極現場視頻數據，實現對接地極的故障診斷及預警。系統數據精度高和遠程傳輸快，具有很好的野外運行穩定性。 關鍵詞：接地極；智能傳感器；圖像處理；在線監控 0 引言 電力系統中的電氣裝置、設施的某些導電部分，經過接地線連接至接地極，接地極地處高原山區，雷雨大風等特殊天氣較多。 由于接地極設備長期不帶電壓，受外力破壞概率高，致使接地極故障率偏高，檢修人員查找故障費時費力，嚴重影響了供電的可靠性。同時，檢查環境惡劣，尤其是對檢測井和滲水井的定期檢查工作量大，若不能及時發現接地極地表干燥，泥土枯焦等情況，及時注水，讓干旱的土壤恢復濕度將嚴重影響接地極可靠性。因此本項目研究一套遠程接地極運行工況在線檢查系統，通過溫濕度探頭和圖像處理信息綜合判斷接地極周邊大地土壤導電特性，幫助運維人員迅速查找干旱點、水澇點，縮短故障查找時間，提高工作效率。 系統監測的研究內容一般包括對接地極故障檢測、故障定位、故障預測以及故障修復等。直流輸電系統監測的研究還在起步階段，近年來國內外針對不同種類的接地極提出了各種的監測技術，產生了大量行之有效的故障檢測方法?，F有的針對接地極的監測技術主要從以下的三個角度進行考慮，分別是：接地電纜分流情況、接地極土壤的環境（溫度、濕度等）、圖像監測等方面進行監測。 基于直流輸電線路接地極系統監測的特點，本文在總結傳統方法的基礎上，對接地極故障監測方法進行總結，分別從故障檢測、故障定位兩個方面對接地極的故障監測方法進行分類研究并對研究現狀進行詳細的論述，并詳細探討了現階段存在的問題以及其未來的發展趨勢。 1接地極在線監測系統的總體結構 本文設計的接地極在線監測系統由現場多功能監測終端、通信系統、數據預警分析系統三部分組成?，F場多功能監測終端對現場監測數據進行采集：溫濕度檢測系統，用于通過溫濕度傳感器，對接地極附近下層土壤的溫濕度進行數據搜集和狀態監控；現場圖像采集系統，通過攝像頭對接地極附近地表環境進行圖像采集和初步圖像處理。通信系統采用電力內網或者移動數據通信網進行通信，連接現場檢測設備和后臺監控中心的業務處理系統。數據預警分析系統用于數據融合、存儲、預警、統計分析，結合前面接地極地表和下層土壤的環境數據進行分析，對于可能出現危險的情況進行預警提醒并對異常提供維護建議。 2監測系統功能說明 前臺多功能監測系統通過采集接地極入地電纜的饋電電流、監測井水位、極址附近土壤溫度濕度、氣象環境、圖像視頻等，并將采集到的數據上傳至監控中心。多功能監測基站安裝于監測井附近，通過溫度濕度傳感器、風速風向傳感器等獲取當前的環境信息，圖像傳感器用于采集接地極附近的圖像信息。 2.1 前臺監測系統的構成 本監控子系統主要包括數據采集器系統、處理系統、存儲系統、電源系統、多種傳感器及通信系統。其中傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、視頻采集攝像頭、激光周界安防探頭。另外，數據采集器系統提供行業通用的傳感器接口，可以插入其他類型的傳感器，方便系統業務的擴展。在接地極分支塔上安裝檢測裝置，整個檢測裝置均置于屏蔽箱中。將從觀測井內引出的水位、水溫傳感器和分支塔上的攝像頭接入檢測終端。 2.2 前臺監測系統數據處理 數據處理前臺監測系統的數據處理核心單元由單片機和看門狗定時器以及存儲器和開關電源模塊構成。CPU支持電路主要有紅外接口電路、時鐘電路、非易失性存儲器、看門狗電路組成。另外還具有電源管理控制功能，在保證系統正常工作情況下降低功耗。 3內部算法軟件研發 3.1內部算法系統的組成 后臺系統功能為數據的接收、存儲、處理、診斷和預警等。該系統根據前臺發送的接地極入地電流、觀測井內水位、水溫、接地極土壤圖像等數據，利用系統設置的安全運行標準診斷，進行故障定位和報警等功能。后臺設計了圖形化的友好界面，可以實時查看當前狀態數據、翻看歷史狀態數據。 3.2后臺系統業務處理 1）對傳感器數據的濾波處理過程 對采集的溫濕度原始數據依次進行中值濾波和均值濾波，用于去掉噪聲點和異常點，生成平穩狀態的數據，其中中值濾波（1）和均值濾波（2）公式如下所示： （1） （2） 其中、和分別為原始數據、中值濾波結果和均值濾波結果，、分別為中值濾波和均值濾波的窗口大小，為數據序號。 2）對接地極附近地面采集圖像數據的處理過程 通過攝像頭從高位采集接地極附近地表的rgb彩色圖像，將rgb空間轉換為hsv空間數據，并使用hsv空間圖像進行不同顏色識別，通過地表顏色不同狀態用于初步判斷地表的濕地、水池及旱地所在位置。 對圖像使用Canny算法進行邊緣檢測，求解出上一步通過顏色檢測到的各區域的邊界，其中Canny邊緣檢測算法的步驟為：

A用高斯濾波器平滑圖像；

B用一階偏導的有限差分來計算梯度的幅值和方向；

C對梯度幅值進行非極大值抑制；

D用雙閾值算法檢測和連接邊緣。

3）分析預警系統的處理過程 分別將圖像采集的接地極的環境數據和通過溫濕度傳感器采集的接地極所在土壤的溫濕度數據進行建模，記錄正常狀態下的數據模型。 為了能夠實現異常預警，對采集到的實時數據經過計算機的模型計算，當檢測數據的統計量超過控制限，則該時刻的數據樣本是故障的，當故障數據累計達到一定數值時，即表明系統出現故障，需要工作人員及時查明情況，排除險情。 4大數據系統的實現 大數據系統的主要包含三個處理階段：數據采集、數據存儲、數據加工。 數據采集子系統：主要前端監控系統把接地極現場數據采集并傳輸到數據存儲中心。數據存儲子系統：現場數據獲取后，經過通信系統把數據存儲到平臺的存儲子系統，該系統采用Hadoop平臺實現。數據應用子系統：主要是對前期采集到的現場數據進行分析統計，利用接地極預警分析商業智能進行數據分析和數據挖掘。 結語 本文設計的接地極在線監測系統，通過無線通信網絡可同時傳送多路監測數據和視頻，數據傳輸速度快、圖像質量高。分析和預警系統能及時提供狀態信息并在異常時產生報警信息，人工通過實時數據和視頻復核接地極整體運行狀態，并根據情況給出應對策略。該系統可顯著降低接地極檢測的工作量，節約人工日常巡檢的成功。 參考文獻： [1]郭明.基于數據驅動的流程工業性能監控與故障診斷研究[D].博士學位論文.杭州：浙江大學.2004.1.

[2]趙笑琦.特高壓直流輸電接地極在線監測系統設計[D].碩士學位論文.北京：北京交通大學.2015.3.

基金項目：基金名稱 云南省教育廳科學研究基金（編號：2015Y019）；

基金名稱 云南省科技計劃應用基礎研究（編號：2014FB112）