基于離群點檢測的超高壓變電站設備溫度監(jiān)測告警方法
【專利摘要】一種電力系統(tǒng)【技術領域】的基于離群點檢測的超高壓變電站設備溫度監(jiān)測告警方法，通過監(jiān)測設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，運行數(shù)據(jù)挖掘中離群點挖掘的方法及時發(fā)現(xiàn)設備運行中的溫度異常狀態(tài)，并配合閾值檢測及時診斷出設備故障，能夠有效避免設備高溫故障的發(fā)生，提高設備的可靠性。該方法相對于已有方法具有更高的靈敏度，能夠更好的診斷出設備高溫故障，有效的利用歷史數(shù)據(jù)。
【專利說明】基于離群點檢測的超高壓變電站設備溫度監(jiān)測告警方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種電力系統(tǒng)【技術領域】的電力設備故障診斷方法，具體是一種基于離群點檢測的超高壓變電站設備溫度監(jiān)測告警方法。

【背景技術】
[0002]電力系統(tǒng)中變電站是輸電和配電的集結點，起著電能變換和重新分配的重要作用，而且在電網(wǎng)管理和控制中也扮演了極為重要的角色，因此變電站的安全穩(wěn)定運行是保證電網(wǎng)安全可靠的重要基礎。在超高壓變電站中，重要設備包括互感器，開關設備等，其中開關設備用以隔離故障以及改變網(wǎng)絡拓撲結構，在重負荷以及高溫期間易出現(xiàn)高溫故障。
[0003]隔離開關廣泛應用于變電站母線連接中，它既能使電網(wǎng)分段運行，又能隔離故障便于檢修。在線路停電送電操作中，隔離開關是唯一能被清楚看到便于確認的斷開點、連接點。隔尚開關是由動觸頭、靜觸頭與雙拯刀片組成。由于大部分隔尚刀閘長期暴露在戶外，更易發(fā)生老化、彈簧疲勞銹蝕等現(xiàn)象進而引起接觸點壓力減小，造成接觸電阻增大，溫度上升，最終燒壞刀閘。
[0004]主變/換流變匯控柜一直不間斷地給油泵和風扇供電，長期負載率較大，其動力電纜易老化發(fā)熱，生產(chǎn)實際中曾發(fā)生過匯控柜自燃的現(xiàn)象。此外，超高壓變電站內(nèi)易發(fā)熱的設備還有高壓電纜接頭、高壓開關柜動靜觸頭、箱式變電站、高壓母線接頭、主變/低壓電容器/低壓電抗器引線接頭等，設備發(fā)熱可致使設備損壞、燃燒、爆炸并波及其他設備，帶來較大經(jīng)濟損失甚至電網(wǎng)癱瘓。
[0005]因此在《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》，國家電網(wǎng)生技
[2005]400號文件中明確指出:應預防開關設備載流回路過熱(11.7)，具體包含在交接和預防性試驗中，應嚴格按照有關標準和測量方法檢查接觸電阻(11.7.1);定期用測溫設備檢查開關設備的接頭部、隔離開關的導電部分(重點部位:觸頭、出線座等)，特別是在重負荷或高溫期間，加強對運行設備溫升的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題應及時采取措施(11.7.2)。
[0006]經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，目前的研究主要著重于于變電站設備溫度監(jiān)控系統(tǒng)的研制。如中國專利文獻號CN102661806A公開(公告)日2012.09.12，公開了一種電力設備溫度無線監(jiān)測裝置，屬于電力設備溫度無線監(jiān)測裝置【技術領域】。采用的技術方案是:溫度傳感器安裝在電力設備上，溫度傳感器的信號輸出端與單片機的信號輸入端相連，單片機的信號輸出端串接電平轉換模塊后與無線發(fā)送模塊相連，無線發(fā)送模塊通過ZigBee無線網(wǎng)絡與無線接收模塊相連，無線接收模塊再與監(jiān)控中心計算機相連構成整個檢測系統(tǒng)。但是該系統(tǒng)在溫度告警的方法仍然采用的是與設定的告警值進行比較，采用固定門限告警的方法與本發(fā)明相比的缺陷和不足在于，缺乏利用所得溫度數(shù)據(jù)對設備運行狀態(tài)的分析，不能及時發(fā)現(xiàn)設備潛在的異常進行預警處理，不利于盡早發(fā)現(xiàn)故障。
[0007]孟曉等在《變電站無線測溫告警算法》(《電力系統(tǒng)自動化》2013年05期)中提出了一套相對完整的變電站設備溫度告警方法，其在公開文件自述為:“針對此現(xiàn)狀，首先提出了 5種利用溫度數(shù)據(jù)進行告警的處理方式，并分析了每種告警方式的原理、作用和實現(xiàn)形式等；其次，結合各告警方式自身特點，提出了各自的閾值整定模式；之后，對其中2種告警方式提出采用浮動閾值模式進行閾值整定，規(guī)避了因采用固定溫度閾值所導致的誤報和漏報；最后，針對各告警方式提出了相應的算法，并在變電站現(xiàn)場成功運行，證明了告警方式及算法的可靠性?！钡瞧洳蛔阍谟诓荒苡行У睦脷v史數(shù)據(jù)，浮動閾值的設定缺乏依據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種基于離群點檢測的超高壓變電站設備溫度監(jiān)測告警方法，采用數(shù)據(jù)挖掘中離群點檢測的思想檢測變電站設備溫度數(shù)據(jù)的異常，配合閾值檢測確定設備中可能發(fā)生的溫度故障。利用本發(fā)明的故障診斷結果，可實施針對性預測性檢修，避免設備高溫故障的發(fā)生，提高設備的可靠性，確保超高壓變電站關鍵設備的可靠運行。本發(fā)明適用于超高壓變電站設備溫度監(jiān)控系統(tǒng)，能夠綜合考慮設備運行狀態(tài)，同時克服了固定門限的局限性，具有較高的靈敏性。
[0009]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0010]本發(fā)明涉及一種基于離群點檢測的超高壓變電站設備溫度監(jiān)測告警方法，包括以下步驟:
[0011]步驟一，將無線溫度傳感器安裝在電力設備上，此外還額外設置溫度傳感器測量設備所處環(huán)境的室溫，通過Zigbee協(xié)議將溫度傳感器測量的溫度信息上傳到采集器中，工控機通過與采集器進行串口通信實時獲取當前設備運行溫度以及環(huán)境溫度信息。
[0012]步驟二，將獲得的溫度狀態(tài)信息按照統(tǒng)一格式整理歸類，標識出各自對應的來源和類型，然后輸出至后臺工控機數(shù)據(jù)庫中進行存儲。同時將超高壓變電站電力設備的溫度數(shù)據(jù)按照滑動時間窗的方式建立故障診斷數(shù)據(jù)集。
[0013]步驟三，對步驟二中建立的故障診斷數(shù)據(jù)集，運用基于距離的離群點挖掘方法，計算出最新的溫度數(shù)據(jù)的離群程度作為判斷該時刻設備溫度是否正常的依據(jù)，并在異常時進行實時故障診斷獲得故障診斷結果。
[0014]所述的數(shù)據(jù)集是指:通過滑動時間窗的方式從運行狀態(tài)信息中獲取最近的一周或半個月的數(shù)據(jù)，采用環(huán)境溫度對應某一設備單相溫度或環(huán)境溫度對應某一設備三相溫度的方式建立二維或四維的數(shù)據(jù)集。
[0015]所述的基于距離的離群點挖掘方法是指:對于數(shù)據(jù)集T中的某一對象0，當數(shù)據(jù)集T中至少P %的點與對象O的距離超過D時，稱該對象為一個基于距離定義下的離群點。實際生產(chǎn)中可以先通過檢測一段時間變電站設備的溫度數(shù)據(jù)，確定P，D的最佳參數(shù)值。
[0016]步驟四，將運行狀態(tài)信息以及步驟三中判斷結果和故障診斷結果輸出至后臺工控機數(shù)據(jù)庫中，并通過后臺工控機顯示實時溫度和預警信息，以保證工作人員有效的瀏覽設備歷史和當前的運行數(shù)據(jù)，故障發(fā)生情況及維修狀況等信息。
技術效果
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用無線傳感器技術，直接獲取電力設備的運行時溫度數(shù)據(jù)，并采用離群點檢測的方法將此刻的溫度狀態(tài)與歷史的大量同類數(shù)據(jù)進行橫向比較，分析其中的異常運行狀況，進而達到診斷設備故障的目的?；陔x群點檢測的故障診斷方法是通過大量比較相似運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)的，即通過設備異常運行狀態(tài)與正常狀態(tài)的較大差異來找尋出有可能出現(xiàn)故障的設備，因此能夠從歷史數(shù)據(jù)中挖掘經(jīng)驗，避免了固定門限告警的定值設定困難的問題，能夠更加有效的發(fā)現(xiàn)設備溫度運行異常的風險。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是運用本方法進行變電站設備溫度告警的流程圖。
[0019]圖2是本發(fā)明實施例變電站設備溫度離群點挖掘的結果示意圖。

【具體實施方式】
[0020]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0021]如圖1所示，本實施例操作步驟如下:
[0022]步驟I)采集超高壓變電站電力設備的包含溫度數(shù)據(jù)信息等的運行狀態(tài)信息；
[0023]所述的變電站關鍵設備的運行溫度信息都是由無線傳感器通過Zigbee協(xié)議與采集器進行通信獲取，每個采集器收集一個區(qū)域多個測溫點的信息，然后每隔一個固定時間。如五分鐘或十分鐘通過RS485總線向工控機傳輸運行溫度數(shù)據(jù)。
[0024]步驟2)針對采集到的運行狀態(tài)信息進行預處理，建立用于設備故障監(jiān)測的數(shù)據(jù)集;
[0025]所述的數(shù)據(jù)集是指:將獲得的運行狀態(tài)信息中的溫度數(shù)據(jù)使用滑動時間窗的方式獲取最近的一周或半個月的數(shù)據(jù)，采用環(huán)境溫度與某一設備單相溫度，或環(huán)境溫度與某一設備三相溫度建立二維或四維的數(shù)據(jù)集。如圖2所示，就是將環(huán)境溫度和某一相設備溫度聯(lián)系起來建立的二維數(shù)據(jù)并顯示在坐標系中。這種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集建立方式便于故障診斷算法抽取設備溫度的同類數(shù)據(jù)，判斷溫度異常。
[0026]步驟3)對電力設備進行實時故障診斷，存儲運行數(shù)據(jù)和故障診斷結果，顯示運行數(shù)據(jù)和故障診斷結果。
[0027]所述的實時故障診斷是指:通過比較待測設備或同類設備在相同環(huán)境下的歷史數(shù)據(jù)以檢測出某些異樣的個體數(shù)據(jù)。
[0028]所述的歷史數(shù)據(jù)包括但不限于:在相同負荷下或類似環(huán)境溫度下該設備的歷史溫度。
[0029]所述的比較是指:采用基于距離的離群點挖掘方法確定最新的設備溫度是否為離群對象后，若為離群對象則運用閾值判斷進一步判斷對應的設備是否出現(xiàn)故障。
[0030]由于采用的數(shù)據(jù)集通常是最近半月或一個星期的數(shù)據(jù)，溫度不會發(fā)生明顯的變化，因此數(shù)據(jù)點分布在一個區(qū)域，因此運用基于距離的離群點挖掘方法相較基于密度的離群點挖掘方法有更好的效果，而且擁有更快的處理速度。
[0031]在實際生產(chǎn)實際中，數(shù)據(jù)集中的點之間的距離按照歐式距離進行計算，如圖2所示，為本實施例針對變電站某一設備建立的二維數(shù)據(jù)集進行離群點挖掘的結果，坐標系中標為星號的點為檢測出的離群對象。采用的數(shù)據(jù)是該設備某一相最近半個月的運行數(shù)據(jù)，溫度傳感器每3分鐘向采集器發(fā)送一次數(shù)據(jù)，半個月共產(chǎn)生7200個數(shù)據(jù)點。根據(jù)多次仿真結果確定的最佳的離群檢測參數(shù)為:距離參數(shù)D為I?1.5為宜，百分比參數(shù)轉換為檢測范圍內(nèi)的點數(shù)，即使用n = NX (100-p) %作為離群檢測依據(jù)，其中N為數(shù)據(jù)集的總點數(shù)(本例即為7200)。實際中η為8?12為宜，對應的P為99.8889?99.8333。
[0032]所述的判斷對應的設備是否出現(xiàn)故障是指:首先判斷是否存在連續(xù)三次某設備的溫度數(shù)據(jù)被判定為離群對象；其次對該離群對象對應的設備的溫度數(shù)據(jù)進行進一步校驗，即:
[0033]I)當由于設備溫度高于環(huán)境溫度加上高溫閾值(如5?TC )時，判定設備存在高溫故障
[0034]2)當設備溫度在若干個判斷周期內(nèi)小于低溫閾值(如0°C )或低于環(huán)境溫度3°C以上時，則判定傳感器異常。
[0035]這種基于離群點挖掘，并配合閾值檢測的變電站關鍵設備的溫度故障診斷方法是通過大量比較相似運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)的，即通過異樣的運行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的設備，因此可以接受更多的數(shù)據(jù)種類，獲得更好的設備故障診斷效果。此外，本方法不需要事先知道故障的模式，具有診斷已知的故障和未知故障的能力。在實施過程中，通過與文件“變電站無線測溫告警算法”中浮動閾值方法進行對比，本方法可以比原方法早2?3個小時提前檢出故障。
[0036]步驟4)將包括變電站的溫度運行數(shù)據(jù)，故障診斷結果在內(nèi)的信息存儲到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，并顯示在后臺工控機上，同時當診斷出故障風險時，采用顏色或聲音的方式進行報
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目O
[0037]此外，變電站電力設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障診斷結果均存儲在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，在監(jiān)測系統(tǒng)中會提供歷史查詢和繪圖功能，可供保障工程師隨時查用，其他信息也可以根據(jù)需要進行存儲，如系統(tǒng)運行時間，故障發(fā)生情況和維修歷史等信息。
【權利要求】
1.一種基于離群點檢測的超高壓變電站設備溫度監(jiān)測告警方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，將無線溫度傳感器安裝在電力設備上，此外還額外設置溫度傳感器測量設備所處環(huán)境的室溫，通過Zigbee協(xié)議將溫度傳感器測量的溫度信息上傳到采集器中，工控機通過與采集器進行串口通信實時獲取當前設備運行溫度以及環(huán)境溫度信息； 步驟二，將獲得的溫度狀態(tài)信息按照統(tǒng)一格式整理歸類，標識出各自對應的來源和類型，然后輸出至后臺工控機數(shù)據(jù)庫中進行存儲；同時將超高壓變電站電力設備的溫度數(shù)據(jù)按照滑動時間窗的方式建立故障診斷數(shù)據(jù)集； 步驟三，對步驟二中建立的故障診斷數(shù)據(jù)集，運用基于距離的離群點挖掘方法，計算出最新的溫度數(shù)據(jù)的離群程度作為判斷該時刻設備溫度是否正常的依據(jù)，并在異常時進行實時故障診斷獲得故障診斷結果； 步驟四，將運行狀態(tài)信息、步驟三中判斷結果和故障診斷結果輸出至后臺工控機數(shù)據(jù)庫中，并通過后臺工控機顯示實時溫度和預警信息； 所述的數(shù)據(jù)集是指:通過滑動時間窗的方式從運行狀態(tài)信息中獲取最近的一周或半個月的數(shù)據(jù)，采用環(huán)境溫度對應某一設備溫度或環(huán)境溫度對應某一設備三相溫度的方式建立二維或四維的數(shù)據(jù)集。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，所述的實時故障診斷是指:通過比較待測設備或同類設備在相同環(huán)境下的歷史數(shù)據(jù)以檢測出某些異樣的個體數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征是，所述的歷史數(shù)據(jù)包括:在相同負荷下或類似環(huán)境溫度下該設備的歷史溫度。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征是，所述的比較是指:采用基于距離的離群點挖掘方法確定最新的設備溫度是否為離群對象后，若為離群對象則運用閾值判斷進一步判斷對應的設備是否出現(xiàn)故障。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的方法，其特征是，所述的基于距離的離群點挖掘方法是指:對于數(shù)據(jù)集T中的某一對象O，當數(shù)據(jù)集T中至少P %的點與對象O的距離超過D時，稱該對象為一個基于距離定義下的離群點。
6.根據(jù)權利要求1或4所述的方法，其特征是，所述的基于距離的離群點挖掘方法是指:對于數(shù)據(jù)集T中的某一對象O，當數(shù)據(jù)集T中至少99.8889?99.8333%的點與對象O的距離超過I?1.5時，稱該對象為一個基于距離定義下的離群點。
7.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征是，所述的判斷對應的設備是否出現(xiàn)故障是指:首先判斷是否存在連續(xù)三次某設備的溫度數(shù)據(jù)被判定為離群對象；其次對該離群對象對應的設備的溫度數(shù)據(jù)進行進一步校驗，即: 1)當由于設備溫度高于環(huán)境溫度加上高溫閾值時，判定設備存在高溫故障 2)當設備溫度在若干個判斷周期內(nèi)小于低溫閾值或低于環(huán)境溫度3°C以上時，則判定傳感器異常。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征是，所述的高溫閾值為5?TC，低溫閾值為(TC。
【文檔編號】G06F19/00GK104135074SQ201410371136
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權日:2014年7月31日
【發(fā)明者】嚴淮, 胡炎, 邰能靈, 白永祥, 王惠麗 申請人:上海交通大學, 國網(wǎng)河南省電力公司三門峽供電公司