基于群智優(yōu)化的變壓器絕緣油色譜監(jiān)測方法

國家電網(wǎng)有限公司科技項目資助(智能絕緣油色譜儀開發(fā)，522821180015)摘要：變電站安裝調(diào)試與檢測作為5G網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的重要基礎(chǔ)性工作，對整個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有重要作用。為了保證變壓器運行正常，要對整個變壓器進(jìn)行實時監(jiān)控，以便及時了解其運行情況，發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題。常見的變壓器穩(wěn)定性檢測方法是變壓器絕緣油色譜監(jiān)測方法。關(guān)鍵詞：群智優(yōu)化；變壓器；絕緣油；色譜檢測引言對于大型變壓器，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)，同時根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)特點判斷變壓器的故障點位置。本文針對某電站變壓器油色譜異常氣體進(jìn)行分析判斷，對變壓器整體進(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行及故障突然擴(kuò)大。1概述所謂群體智能，是指通過設(shè)計某種特定方式，吸引不同行業(yè)背景、不同知識結(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^人工與機(jī)器人協(xié)同的方式來完成某種具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。目前群體智能主要包括兩個方面：群體感知和群智計算。目前關(guān)于群智計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)測和環(huán)境建設(shè)等方面，群體智能計算目前按照問題的難易程度，可以分為3種：（1）一些簡單的計算問題的眾包模式；（2）相對復(fù)雜的一些工作需要進(jìn)行群智協(xié)作；（3）最為復(fù)雜的問題則需要生態(tài)系統(tǒng)類群智計算模式。群智計算作為一種新興的演化計算技術(shù)，具有簡單操作、收斂速度快等優(yōu)點，它與進(jìn)化策略及遺傳算法有著極為特殊的聯(lián)系，通過群體中個體之間的信息交互和合作實現(xiàn)尋優(yōu)。2設(shè)備結(jié)構(gòu)2.1自動進(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)的自動脫氣模塊，實現(xiàn)注油、脫氣、進(jìn)樣、分析計算及數(shù)據(jù)存儲上傳的全自動分析，整個過程避免了人工操作帶入的誤差。2.2工作站軟件設(shè)計從整個測試系統(tǒng)設(shè)計來看，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。和計算機(jī)的操作系統(tǒng)層對接，計算機(jī)操作系統(tǒng)層主要提供端口，實現(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。通過通信協(xié)議，軟件可以實時調(diào)用色譜信號，實現(xiàn)色譜儀實時分析。本課題研制的色譜工作站具備完善、快速、高效的處理流程，能自動識別所有可能出現(xiàn)的復(fù)雜色譜。根據(jù)色譜工作站的工作處理流程，對色譜工作站軟件的功能進(jìn)行細(xì)化設(shè)計，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)可自動對數(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，自動計算產(chǎn)氣速率，結(jié)合專家知識庫進(jìn)行綜合分析，給出專家意見。報表格式自編輯功能及數(shù)據(jù)庫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，具有高效、準(zhǔn)確、可靠的特性，充分利用計算機(jī)數(shù)據(jù)管理功能，建立一套完整的色譜分析方法。2.3自動脫氣技術(shù)為了實現(xiàn)脫氣方式的自動化，解決脫氣過程中的定量精度問題，本項目采用基于精密步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的密封氣缸作為脫氣容器。樣品由步進(jìn)電機(jī)帶動活塞抽進(jìn)氣缸內(nèi)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的位置和活塞的截面積，人們可以精確計算樣品體積，解決了樣品定量重復(fù)性的問題。樣品脫氣過程借助脫氣缸運動實現(xiàn)了真空脫氣、頂空定量的計算。具體流程如下：基于自動脫氣技術(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)部壓力為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。靜置一段時間，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，增加了用于脫氣過程控制的壓力傳感器和液位傳感器。通過電路程序的智能控制配合，該技術(shù)實現(xiàn)了脫氣過程的動態(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，控制回油時脫出的過多氣體，通過排空口排空。3變壓器絕緣油色譜監(jiān)測方法3.1前置機(jī)軟件具體實現(xiàn)前置機(jī)軟件所實現(xiàn)的功能，主要為硬件驅(qū)動、動態(tài)加載、采集控制、日志記錄和數(shù)據(jù)上傳五大功能。通過軟件可以對運行過程中的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中包括對光譜儀、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，通過驅(qū)動光譜儀采集得到數(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)測軟件運行中的所有運行信息，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工作不是一蹴而就的，而是要對其進(jìn)行實時、連續(xù)不斷地檢測，并記錄這些數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)的對比分析，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，采取一定的處理措施。數(shù)據(jù)記錄和發(fā)現(xiàn)問題后的預(yù)警機(jī)制以及問題反饋在整個色譜分析過程中屬于比較簡單而且繁瑣的工作，但是極為重要，在這個環(huán)節(jié)上可以采用群智優(yōu)化的眾包模式，通過建立固定的數(shù)據(jù)記錄和反饋系統(tǒng)，發(fā)動和鼓勵所有人參與到這個工作環(huán)節(jié)中，相對于傳統(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，同時有利于保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過設(shè)置預(yù)警線，可以讓計算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果做出反饋，使結(jié)果相對于人工計算更加準(zhǔn)確，更容易發(fā)現(xiàn)檢測中存在的問題。3.3功能實現(xiàn)上位機(jī)軟件具體實現(xiàn)故障報警、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)存儲、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來自于前置機(jī)軟件的數(shù)據(jù)，啟動上位機(jī)軟件后，自動進(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，上位機(jī)還可通過故障報警功能通知值班人員。其中前置機(jī)發(fā)送過來的所有數(shù)據(jù)以及報警的歷史記錄都能存儲下來，以方便工作人員及時查詢與診斷。結(jié)語隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息網(wǎng)絡(luò)與各個行業(yè)不斷融合，基于群智優(yōu)化的變壓器絕緣油色譜檢測也是變壓器未來研究的新領(lǐng)域。同時，在實踐過程中，基于群智優(yōu)化的變壓器絕緣油色譜檢測，對于提高工作效率、簡化工作流程、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)計新思維[J].機(jī)械設(shè)計，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)測系統(tǒng)試驗可靠性研究[J].云南科技管理，2018，31（6）：44-46.[3]丁永超，郭潛，宋東