输变电设备在线监测技术探索论文（推荐10篇）
基于音频识别的无人值守变电站设备在线监测
作者：曹文明 王耀南
摘要：介绍了无人值守变电站主设备音频在线监测系统的原理与结构，然后重点介绍音频数据的监测与识别过程.首先系统利用传感器采集变电站设备的音频信号，数据采集器把多路音频数据传至监控主机，音频数据经频谱分析和处理后提取到MFCC特征参数作为信号特征，再把特征参数输入正弦基神经网络进行识别，实现高效、准确地判断电气设备运行状态或故障类型.该方法从根本上改进了以往人工监听电气设备判断故障的方法，提高了设备故障检测效率，为及时发现和处理设备故障提供了帮助.关键词：音频识别； 在线监测； 故障识别； 无人值守变电站
中图分类号：TN912 文献标识码：A
随着电网建设的发展和安全要求的提高，变电站建设正朝无人值守或少人值守的方向发展.目前，无人值守变电站主要倾向于向“五遥”方向发展（遥测、遥信、遥控、遥调、遥视）[1-2]，利用视频监控系统，变电站中已逐步实现了“遥视”功能，但对于运行设备内部声音的监测却没有得到重视，已开发的成套设备也非常少[3]，针对电力设备运行状态的智能化音频识别系统就更少了.电力设备在运行过程中会发出各种声音，从声音变化强弱可以判别设备的运行状态，甚至故障类别[4].例如，10 kV配电变压器正常运行时，有较轻微均匀的“嗡嗡”声，这是铁心自振的正常现象.如果变压器突然出现异常的声音，原因是多方面的，可从以下几个方面考虑：1）若声音比平常听起来沉重，说明此时变压器过负荷；2）若声音比平常尖锐，说明电源电压过高；3）当变压器内部铁心结构松动时，便会出现乱而嘈杂的声音；4）当变压器出现爆裂声时，表明线圈或铁心绝缘有击穿现象；5）当跌落式熔断器触头接触不好、分接开关触头接触不良，以及其他外电路上有故障时，也会引起变压器声音的变化.为了判断变压器故障类型，变电站值班人员常用绝缘棒的一端放在变压器的油箱上，另一端放在耳边仔细听声音.该方法虽然操作简单，但无法实现远程的连续的在线检测，与无人值班变电站的发展趋势不相符；同时还要求检测人员具有丰富的实际经验，给判断的准确性带来了不稳定因素.为了全面掌握变电站实时运行情况、及时发现故障设备[5]，并做出科学的决策和处理，有必要研究一种无人值守的设备音频监控新方法，通过监测设备运行时的声音信号，对设备运行状态进行在线监测.并且注意与变电站现有监控系统相配合，从多方面掌握设备实际运行情况，优化变电站系统的管理，对提高设备的检修效率、可靠性，延长设备使用寿命都有重要的现实意义.1音频监测原理与系统结构
1.1电气设备音频监测原理
无人值守变电站设备音频检测系统主要用于检测变压器、电容器、电抗器、GIS（气体绝缘开关）等主设备运行时的声音信号.如图1所示，多路音频信号经
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传感器采集、滤波、放大、AD转换，传送至单片机数据处理器，经数据处理后，由现场总线把音频数据传至变电站监控主机（IPC）上，经音频频谱分析、提取到音频特征参数，再用神经网络识别该音频特征，根据音频特征向量输出该设备所处的状态和故障类型，并且监控主机根据判断结果做出报警或采取其它措施进行故障处理.1.2电气设备音频监控系统结构
变电站无人值守设备音频监控系统结构如图2所示，系统硬件由声音信号采集模块（由声音传感器、现场总线、数据收集器构成）、故障类型判别模块（变电站主机）和人机交互模块（集控站主机）和电源模块组成.首先，在变电站需要监测的电气设备上安装了多个声音传感器（如图1所示）.每个数据采集器负责多路音频数据的采集；然后数据收集器负责收集某个站点多个数据采集器的音频数据，并上传至站点监控主机.变电站监控主机根据设备故障状况和设备优先顺序，分时处理多路音频数据.对音频数据进行变换和频谱分析、提取音频数据的特征向量，然后把特征向量输入训练好的神经网络进行识别，判断发出该音频数据的设备运行状况和故障类型，并根据判断结果采取警报或其它控制措施.集控站主机位于变电站集控中心，通过以太网与各变电站主机进行远程通信，是工作人员与各变电站音频监控系统进行人机交互的平台，可方便地对多个无人值守变电站点进行远程的集中监管.集控站工作人员利用服务器保存的历史记录，不但可查询任一指定站点的设备当前和过去的音频数据，还可通过集控站的数据汇总分析，绘制出一段时间来某个电气设备的波形和频谱幅度变化曲线图，方便工作人员综合分析该设备的变化情况.另外，集控中心还可结合集控站其他非音频监控系统的信息，对某个变电站设备状态进行全面分析，更加准确地判断它的运行状态，确保设备安全稳定运行.集控主机主要功能如图3所示.2系统关键技术实现
2.1音频数据采集器
数据采集器是实现变电站设备无人值守音频监控的重要部件，它负责电气设备音频数据的处理和初步判断，内部结构如图4所示.数据采集器对声音传感器采集声音信号的处理包括：信号放大、低通滤波、模数转换、声音压缩、信号初步判断、串行通信等处理过程.核心处理器为凌阳SPCE061A型音频处理机，该处理器集成了信号放大、模数转换、串行通信接口等部件，具有强大的声音处理能力，适合本项目音频信号的处理.SPCE061A型单片机IO端口的IOB7和IOB10可以从通用IO口设置为串行通信口（UART），为RS422通信提供了硬件条件.串行通信口的波特率从1 500 bps到51 200 bps（51.2 Kbps）可调，通信速度能够满足状态监控的要求.为了实现多机通信，每个音频数据采集器均有自己的一个地址.通过单片机读取7个IO的二进制编码，实现采集器的地址编码，数据收集器根据这个地址编码轮询各数据采集器，实现与各监测点的多机通信.转自发表吧论文范文发表论文发表
为了减少上层服务器对音频数据的计算和处理，底层的数据采集器还需对采集的音频数据在本地进行简单的故障预判断，通过预判断提前发现所采集的音频是否属于故障音频.其基本原理是：首先对典型故障音频进行特征统计，并把统计结果保存在本地数据库中，然后把当前音频数据特征快速与故障音频特征进行比对.例如，当出现音频信号的幅度明显过高、过低、噪声信号过大等情况时，就能快速判断其属于故障音频.对于这些异常情况，数据采集器马上将判断结果通过RS485总线发送给数据收集器，再经数据收集器告知监控主机.经数据采集器预判断不属于故障音频的数据，还需上传至监控主机作进一步分析.当数据采集器收到监控主机发出监听某个设备的要求时，立即将该设备的声音数据进行压缩和编码传输给数据收集器.数据收集器利用串口服务器，把RS485协议数据转换为TCP/IP协议的网络数据与监控主机进行通信，把音频数据传输到监控主机后完成进一步的判断处理.2.2设备运行状态判别模块
设备运行状态判别模块是变电站音频监控系统的核心模块，基本判断过程如图5所示.监控主机对上传的音频数据进行频域变换、频谱分析，提取音频信号的MFCC（Mel Frequency Cepstrum Coefficient，即Mel频率倒谱系数）特征参数[6]，然后把特征向量输入训练好的正弦基神经网络进行计算，判断出该音频数据表征的设备运行状态，同时监控主机根据判断结果做出相应控制和处理，保证设备安全运行.2.2.1音频信号特征提取
有效提取语音特征是识别语音的关键.人的内耳基础膜对外来信号会产生调节作用，它实质上充当了一个滤波器组，具有在嘈杂的环境中以及各种变异情况下仍能正常地分辨出各种语音的功能，即使信噪比降低时它仍有较好的识别性能.Mel频率就是基于人耳听觉这一特性提出来的[7]，它与Hz频率成非线性对应关系；而且MFCC算法还模拟人耳滤波器功能设计了听觉前端滤波器组模型，这样计算的结果能很好地体现音频信号的主要信息，所以MFCC提取的音频参数广泛地应用于语音识别[8]、音频分类和检索领域[9].本项目也是通过提取电气设备声音的Mel频率倒谱特征参数作为判断识别的特征参数，Mel频率倒谱系数的参数提取步骤如下.2.2.3音频特征识别器的训练
利用神经网络对音频数据进行自动分类，首先需要收集各种电气设备良好和故障状态下的音频数据进行训练.在变电站设备中采集m个音频信号的样本，经MFCC算法分别提取m个样本的特征参数，作为该状态的训练样本.每个特征参数是含有N个元素的向量，根据神经网络的模型及权值修正方法，设计了如下训练方法.3实验与仿真
3.1实验设备介绍
无人值守变电站的音频监控系统已在河南省信阳供电公司220 kV沙港集控
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中心和110 kV工业城变电站试运行，且沙港集控中心离工业城变电站相距50 km.系统设备包括：集控站主机1台、变电站主机2台、数据采集器8个，还有端子箱、配电箱、交换机、通讯电缆等.集控站主机设在信阳供电公司220 kV沙港集控中心，其余主要设备安装在信阳供电公司110 kV工业城变电站.到目前为止，音频监控系统性能稳定、运行良好，其安装现场如图7所示.由图13可知，变压器音频信号的频率主要集中在50～500 Hz，主要原因是变压器铁心振动产生的声音集中在5个频率范围.实验表明：不同运行状态下的音频信号，幅频图的频率峰值和幅度明显不同，所以有必要根据这个特点设置MFCC计算的初始条件，提取稳定可靠的音频信号特征作为识别的根据.3.2.2变压器音频信号特征提取
利用Matlab计算主变压器音频数据的MFCC特征参数，结果如图14所示.当变压器处于同一工作状态时，其声音具有持续稳定的不变性，而且不同时期获得同一状态的MFCC特征曲线具有相似性，如图15所示.3.2.3正弦基神经网络识别分类
选取前面所述变压器5种状态下的音频数据各2 000组共10 000组（采样频率为8 kHz）.首先从每种状态中随机抽取1 500组共7 500组进行神经网络训练，将每种状态剩下的500组特征向量作为测试数据，进行正弦基神经网络识别测试，得到变压器各种状态的正确识别率如表1所示.4结论
监听电气设备运行时发出的声音信号能有效发现设备异常情况，及时采取措施隔离和消除故障，避免事态扩大.本文提出一种利用神经网络准确识别音频特征、判断设备故障类型的方法，从根本上改进了传统人工监听设备、判断故障的方法，提高了电气设备故障检测水平，丰富了无人值守变电站的设备在线监测和检修技术，在未来的智能电网建设中具有重要的应用价值.参考文献
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1.1 油中溶解气体在线色谱分析
油气相色谱在线监测过程, 是将变压器本体油经循环管路循环并进入脱气装置, 再由脱气装置进入分析仪, 经数据处理打印出可燃气体等的谱图及含量值。根据变压器油中的溶解气体, 反映出变压器内部的故障类型。如果是放电性故障, 乙炔含量将明显增长;如果是过热性故障, 总烃含量将明显增大。油中特征气体含量的变化是变压器发生故障的前兆。通过监测确定特征气体, 油中溶解气体分析 (DGOA) 已被证明对于发现油浸变压器内部潜伏性故障相当有效和可靠。安装油中特征气体传感器连续监测, 可检测到早期的潜伏性故障征兆, 从而有助于用户尽可能采取正确的检修措施。已有的DGOA技术能够确定气体的类型、浓度、趋势及气体的产生速率。油中溶解气体的变化速率在决定故障发展严重性方面很有价值。
1.2 局部放电监测与定位
由于变压器油、纸绝缘中含有气隙或内部场强不均匀及导体中含有尖角、毛刺等, 使局部电场过于集中, 造成介质击穿, 出现局部放电 (PD) 。PD水平及其增长速率的明显增加, 能够指示变压器内部正在发生的变化。由于局部放电能够导致绝缘恶化乃至击穿, 故值得进行PD参数的在线监测。最常遇到的PD源反映了绝缘中由于某些缺陷状态而产生的固体绝缘的空洞、金属粒子和气泡。设法将很弱的局放信号从强烈的外界电磁干扰中检测出来, 关键在于有效地抑制干扰。目前的趋势是采用数字信号处理技术 (如傅立叶变换和小波分析) , 用软件的方法消除干扰。在变压器局部放电监测中将电气法与超声法结合起来进行局部放电量的监测和局部放电部位的定位, 称为电-声联合测量法。由于超声波在油及箱壁中传播的速度分别为140 m/s及5500 m/s, 远低于电信号的传播速度, 因此利用变压器套管末屏和铁心接地端的传感器TA采集信号, 经滤波、放大、处理和A/D模数转换送至计算机, 同时触发示波器或记录仪, 记录超声传感器CS所接收的超声波信号, 然后根据记录经超声传感器所接收的超声信号与电信号的时差大小, 推算变压器局部放电的位置。
1.3 铁芯多点接地监测
监测铁芯多点接地故障是利用铁芯引出线的接地电流, 经取样后进行测量的。大型变压器铁芯通过外壳小套管引出变压器箱体接地。对于变压器铁芯, 为消除铁芯产生悬浮电位造成对地放电, 变压器铁芯要保持一点接地。为防止铁芯硅钢片间的短路形成环流造成故障, 不允许多点接地。正常情况下铁芯接地电流只有毫安级, 但当铁芯发生两点以上接地故障时, 该接地点的电流可增大为数安到数十安以上, 严重时总烃成分明显增大, 油中产生气体量的增加甚至造成气体继电器的动作。为了能及时发现铁芯多点接地故障, 以便采取相应的措施, 应对变压器铁芯接地电流进行监测。
1.4 冷却器运行监测
冷却系统最频繁的故障模式就是泵和风扇的故障。连续在线分析泵和风扇的状况, 以决定它们是否在设定的状态或关闭状态。这可以通过测量流过泵和风扇的电流及测量与其相关的控制冷却系统的温度来实现;也可以通过测量泵和风扇的电流和上层油温来实现。运行方式依据电流水平来调整。正常运行方式可以指示风扇叶和泵叶轮的旋转正确性, 非正常运行方式通常是这些设备的控制线圈异常的结果。
2 断路器在线监测
目前断路器的在线监测主要在以下几个方面。
2.1 机械状态
众所周知, 断路器与其它电气设备相比, 机械部分零部件特别多, 加之这些部位动作频繁, 因此而造成故障的可能性就大。无论是国内国外, 机械性故障是构成断路器故障的主要原因, 所以对断路器机械状态的监测甚为重要。目前, 断路器的机械状态在线监测主要有以下几个方面:
2.1.1 操作运行特性的监测。
随着计算机及电子技术的发展, 现在可以记录开关的每一次合、分操作时的运行速度和时间, 根据断路器的行程-时间特性可以提取各种机械动作参数, 并分析其变化, 可发现较多机械故障的隐患, 并预测可能出现的故障——断路器机械部分由于疲劳老化、磨损、变形、生锈、装配不当等, 影响正常机械性能的原因都可以从监测中反映出来。
2.1.2 操作线圈电流的监测。
分、合闸操作线圈是控制断路器动作的关键元件, 应用霍尔元件电流传感器可方便地监测多种信息的分、合闸电流波形分析每次操作监测到的波形变化, 可以诊断出断路器机械故障的趋势。
2.1.3 断路器触头磨损的监测。
通过测量I2t的累积量来实现。电流取自电流互感器的二次侧, 时间则由开关的辅助接点的动作时间决定。
2.1.4 主操作杆上机械负载特性的监测。
监测主操作杆上机械负载特性, 可以提供开关刚分、刚合的时刻、触头接触压力, 还可以反映连杆松动、断裂、卡死以及机械负载特性与机构输出特性之间的配合情况。
2.2 绝缘
高压断路器的事故发生率中, 绝缘事故仅次于机械系统事故。此类故障对油断路器而言, 大都因设备进水受潮、绝缘下降所致。对220k V及以上断路器而言, 内绝缘问题非常突出, 特别是内部带电体对外壳放电的故障。随设备运行时间和操作次数有增多的趋势, 运行中除加强巡视外, 应尽可能安装监视内部放电的在线监测装置, 以便及早发现放电隐患, 及时采取措施, 遏制故障的发生。绝缘在线监测技术, 主要针对绝缘早期缺陷及发展过程的变化特征和极限故障参数的预报警及报警。根据绝缘参数变化的速度和趋势, 提供对设备健康状态诊断的佐证。高压断路器的绝缘在线监测包括漏电流、局部放电、介质损耗等内容。
2.3 温度
导电连接分为固定接触和可动接触两类。常有多种原因造成接触不良, 例如机械振动、触动烧蚀而造成接触处温度升高, 引起接触处氧化, 使接触电阻进一步增加, 温度进一步上升, 出现局部熔焊或产生火花甚至电弧放电, 殃及周围绝缘材料, 最终造成电气设备的损坏。因此, 对开关设备导电连接处进行温度监测, 实现过热报警, 是避免重大事故发生或控制故障恶化的有力手段, 从目前生产运行的情况看, 温度的在线监测有良好的应用前景。
2.3.1 红外热像仪。
在高压电气设备的温度监测中, 红外热像仪已被广泛的应用, 对高压电气设备异常发热的诊断是十分有效的。对高压断路器而言, 亦可通过检测导电回路电阻是否正常, 从而来判断开关触头是否良好。如果触头接触不良, 其接触电阻要增加, 热耗损功率必然增加。红外热像仪灵敏度很高, 很方便地就能测出。
2.3.2 以电工功能材料为温度敏感元件的监测器。
采用的电工功能材料是一种高分子PTC (正的电阻温度系数) 热敏材料, 其电阻率随温度成非线性变化。
结束语
从事故检修→定期检修→状态检修, 是技术发展的必然。定期检修以预防性试验为基础, 而状态检修则必须以在线监测为基础。在线监测、故障诊断、实施维修, 构成了电气设备状态检修的内涵。必须加强常规测试工作, 坚持长期积累设备状态参数, 建立相应的台帐和设备状态评价记录。使用先进的在线监测手段, 提高在不停电的情况下掌握设备状态的方法和能力, 更加有效的掌握设备的状态。同时, 充分利用现有的检测诊断技术, 积极应用新的故障诊断技术, 不断积累经验, 以指导状态检修工作。
摘要：随着监测技术、传感器技术、计算机技术等相关技术领域的快速发展和应用, 以及企业员工的精减和素质的提高, 状态检修成了我国变电设备检修模式的必然选择。
关键词：状态检修,在线监测,变压器
参考文献
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[2]张扬.电力系统技术发展的新趋势[J].浙江电力, 2002, 4:16-19.[2]张扬.电力系统技术发展的新趋势[J].浙江电力, 2002, 4:16-19.
关键词：物联网技术；智能电网；输变电设备；在线检测；应用
中图分类号：TM76；TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0031-02
物聯网，是顺应时代发展潮流的重要产物，积极应用了现代网络技术，将物品和互联网进行有效的连接和交流。智能电网输变电设备对于整体的电力运行工作具有十分重要的影响。智能电网输变电设备在线监测中积极运用物联网技术，能充分发挥现代科学技术的优势，促进输变电设备的正常运行。
1 物联网技术的关键性技术
物联网技术在实际运用过程中，最为关键的技术主要有4个方面。
1.1 信息感知技术
这个技术主要是用来感知相关事物的具体情况的，物联网在实际使用的时候，主要应用的识别技术是射频识别和条形码、二维码的识别方式。信息感知技术重要的组成部分之一是无线传感网络。
1.2 信息传输和组网技术
这项技术在应用过程中主要是用来进行数据的传输的，当前通常使用的网络形式有3G/LTE/WPAN等无线通信协议、光纤传感网以及电力线载波通信等。
1.3 信息安全技术
网络技术在实际的应用时，都会面临着如何更好维护信息安全方面的问题，积极采用有效的信息安全技术，才能够全面有效的促进网络技术的应用。物联网技术在实际应用时也会面临这方面的困扰，对信息安全技术进行全面的开发和应用，才能够保证物联网技术相关作用的充分发挥。
1.4 嵌入式技术
嵌入式技术在物联网技术的运用中能够发挥较大的作用[1]。
2 智能电网输变电设备在线监测的相关情况
智能电网中输变电设备在实际运用的过程中，需要进行相应的监测，才能够有效保证电网供电和配电工作的顺利进行。对智能电网输变电设备的在线监测情况进行全面细致的分析和说明，能够促进智能电网输变电设备的运行保持更加良好的状态。
2.1 智能电网输变电设备在线进行监测的应用目标
智能电网的输变电设备在实际进行监测的时候，有着较为细致的监测目标。配电网络在进行监测的时候，主要是针对实时监测和远方遥控两方面。智能电网输变电设备的监测，主要是为了对该项设备的实时运行状况进行全面的掌控，及时发现设备运行过程中出现的一些问题和故障，从而通知相关人员采用有效措施予以解决。通过对智能电网输变电设备进行在线监测，还能够发现配电网络实际运行的问题和故障，针对故障出现的相关信息和数据进行收集、分析和整理，从而为设备的维护提供良好的前提条件[2]。
2.2 智能电网输变电设备在线监测中的常用技术
智能电网输变电设备在进行在线监测的过程中，常用的技术主要有配电线载波通信技术和无限专网技术以及太网无源光网络技术等方面，这些技术在智能电网输变电设备的实际运用过程中能够发挥有效作用。同时，配电线载波通信技术，能够对信息进行全面有效的收集和感知，从而对配电终端和配电主站之间的通信情况起到良好的促进作用，从而实现高效率的远程监测目标[3]。
2.3 智能电网输变电设备在线监测的解决方案
智能电网输配电设备在线监测，能够对输配电设备中存在的一些问题进行有效的解决。智能电网在线监测技术人员，在进行解决方案的设计过程中，需要对智能电网输变电设备在线监测中的优点和不足进行全面分析和评估，从而提高数据插入的安全性和便利性。技术人员需要对智能电网输变电监测过程中光缆铺设问题和配电线载波通信不稳定的情况进行充分考虑[4]。
3 物联网技术在智能电网输变电设备在线监测中的 应用
3.1 物联网技术在智能电网输电设备状态下进行在线 监测
智能电网的输电设备使用物联网技术进行在线监测，是物联网技术众多作用中的一个重要表现。物联网技术能够对输电线路运行过程中的相关情况进行全面有效的感知，同时还能够不断提高监测的能力，在众多的环境条件下都能够被积极应用，比如说导线在出现垂弧、舞动以及风偏的状态下进行监测。
通过对互联网技术进行充分有效的应用，能够对输电设备的全过程进行观测，同时还能够针对其中出现的风险进行及时有效的预警。物联网技术在对输电设备进行在线监测的时候，还能够积极利用无源光波导传感器对导线受到污染的情况进行监测，同时还能够使用视频传感技术对线路的杆塔倾斜问题进行监控和管理。当输电设备相关线路出现故障的时候，还能够及时使用物联网技术对故障的具体位置进行确定，并提供出良好的自动诊断策略[5]。物联网技术中通用的EPC编码结构情况，见表1。
3.2 物联网技术在智能电网变电设备状态下进行在线 监测
物联网技术不仅能够对智能电网输电情况进行在线监测，同时还能够对其变电情况进行监测，并且物联网技术在智能电网变电状态下在线监测的应用情况更加广泛。智能变电站能够对物联网技术进行有效的应用，主要对变电站的安全性进行全方位的监测，并且对变电站的调度指挥情况进行有效的优化，从而有效促进变电站朝着智能化的方向发展。积极应用了物联网技术的在线监测，能够使用具有高灵敏度的无线传感器，这样能对运行设备的相关信息进行全面采集，并通过相应的网络信息处理系统进行整理和分析。无线网络在智能电网变电设备在线监测中应用物联网技术方面具有十分重要的意义和作用，通过网络，能够真实反映出变电设备运行状态中的特征量，为做好变电设备运行状态综合诊断和评估工作提供良好的前提条件[6]。变电设备在线监测物联网的结构示意情况，如图1所示。
4 结 语
物联网技术在当前社会发展中占据十分重要的地位，广泛存在于人们的生产生活中，促进社会经济发展，便利人们生活。物联网技术的关键性技术主要包括信息感知技术、信息传输和组网技术、信息安全技术以及嵌入式技术4个方面。在对智能电网输变电设备在线监测的相关情况进行分析的时候，需要从应用目标、常用技术和解决方案入手，物联网技术在智能电网输变电设备在线监测中的应用主要体现在输电状态下的在线监测和变电状态下的在线监测。
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设备、压力管道定期在线监测管理制度
编号： 共 1 页
版数：00 制订/修订日期：.8.16
1 目的
保证全厂设备、管道的安全稳定运行，防止突发事故的发生。
本制度适用于全厂压力容器、压力管道、易燃、易爆、易腐蚀的液体介质的盛装容器，以及关键设备易损坏的监测部位。
2 引用标准
信强化工工作标准。
信强化工设备管理责任制度。
3 职责
3.1 设备科负责制度的制定及监督考核。
3.2 各车间负责对本车间所规定的监测项目进行、定期、在线监测实施。
4 具体规程
4.1 定期检查项目：
4.2 在线监测：
4.3 相关规定及考核
5 相关记录
在线监测应用于设备管理提高故障诊断水平
提要：介绍在线监测系统的构成、主要功能及其在电厂设备管理中的应用情况和取得的成效，提出在线监测应用于设备管理对提高故障诊断水平、促进维修制度改革具有一定的现实意义。
在线监测系统在设备管理中的应用
徐兴科孔令先赵以万田保忠任华玉
胜利石油管理局胜利发电厂技监中心
摘要：介绍在线监测系统的构成、主要功能及其在电厂设备管理中的应用情况和取得的成效，提出在线监测应用于设备管理对提高故障诊断水平、促进维修制度改革具有一定的现实意义。
关键词：设备管理 在线监测 旋转机械
一、前言
旋转机械是在工业中应用最广泛的机械，也是电厂设备的重要组成部分，一旦故障停机，不但影响电厂的安全生产，而且会造成巨大的经济损失和社会影响。旋转机械在运行中与其状态有关的特征有振动、温度、噪声、润滑油中的磨粒和形态、转矩等，每个量都从不同的角度反映运行的状态。但由于现场条件和测试手段的限制，有些特征的提取和分析不易实现，有些特征反映的情况不敏感。而旋转机械的振动信号中含有设备运行工况的丰富信息，这些信息在振动的相位和谱图中有所体现，从而可以推断出振动的原因和故障类型。
对旋转机械进行在线监测，及时取得振动信息进行处理和综合分析，根据其数值及变化趋势，可对设备可靠性随时作出判断，发现故障隐患，提供预警，还可预测设备剩余寿命。在线监测诊断的特点是可以对运行中的设备进行连续或随时的判断，使预防性维修向预知性维修即状态维修过渡。
二、系统选择
典型的状态监测方式包括：离线定期监测方式、在线监测离线分析的监测方式、自动在线监测方式。
国内的振动状态监测系统主要有：哈尔滨工业大学等单位联合研制的3MD-I、3MD-II、3MD-Ⅲ系统；西安交通大学机械监测与诊断研究室的RMMDS系统；西安交通大学润滑理论及轴承研究室的RB20-1系统；郑州工学院的RMMDS系统；重庆太笛公司的CDMS系统；浙江大学的CMD-Ⅰ型及Ⅱ型系统；西北工业大学的MD3905系统；北京机械工业学院的BJD-ZⅠ、BJ D-ZⅡ , BJD-ZⅢ系统。这些系统的主要功能有轴振动监测，包括轴心轨迹分析、轴向串动、轴振动位移峰一峰值计算；壳体振动监测；频谱分析，包括频率细化、阶比潜分析、阶跟踪谱、三维功率谱分析；自动预、报警；故障特征提取及诊断。
国外的振动状态监测系统主要有丹麦B&K公司的2520型振动监测系统、美国BENTLY公司的3300系列振动监测系统、美国亚特兰大公司的M6000系统、美国IRD公司的IQ2000系统、美国恩泰克（Entek）公司的预测维修系统（Preventive Maintenance System）等其中，美国恩泰克公司的预测维修系统最具有代表性，其主要功能有：幅值趋势图显示；时域波形显示，频谱显示；两频谱幅值比显示，两频谱幅值差显示；三维谱图显示；用旋转机械故障诊断专家系统进行离线故障诊断；支持铁谱分析；支持局域网。该预测系统能对频谱进
行自动比较，能识别由于旋转机械转速变化所引起的频率漂移，并提供报警信号。胜利石油管理局胜利发电厂综合考虑供货渠道、价格、业绩、技术服务等因素，选择了美国恩泰克公司集振动监测与预测维修于一体的在线监测系统其中振动传感器为9200型加速度计，共购置40只，分别安装在2＃机组的2台送风机、2台吸风机、2台排粉机、2台给水泵、2台凝结水泵的主要支承轴承处，共计40个测点。
三、系统构成1．硬件系统
(1)加速度传感器
加速度传感器是把被测设备的机械振动量（加速度）准确无误地接受下来，并将此机械量转换成电信号（电压）输出，实现机械能到电能的转换。
(2)Enwatch数据采集模块
Enwatch数据采集模块是16通道网络化在线采集模块，每个采集模块均配有标准的RJ-45以太网接口，它是分布在设备现场的采集模块，其采集信息可通过以太网络传输到奥德赛系统数据库中，可直接安装在被监测设备附近，用于人员无法接近或危险区域的设备监测。
(3）端子排
端子排箱安装在现场
(4)信号线
①传感器到端子排的信号线：9200传感器输出端接有附带的4m长传感器电缆，各个传感器电缆联入端子排并由端子排输出多芯总屏电缆。若4m长传感器电缆长度不够，可采用双芯屏蔽电缆加以延长。
②端子排到Enwatch的信号线：由端子排输出的多芯总屏电缆直接接入Enwatch数据采集模块的相应通道，为了防信号衰减，该段电缆长度不足
300m，电缆走线时，尽量避免与强电电路平行，否则需距其1m以上或另加金属套管加强屏蔽。
2．软件系统
EMONITOR Odyssey软件是在线监测系统的核心，是一个全功能的窗门版预测维修软件，不仅能系统地管理预测维修和性能监测活动的数据，而且还提供一套完整的方法，将这些数据转换为设备的状态信息具体功能如下。
(1)系统管理
Odyssey软件的管理功能包括两个方面：文件管理和用户管理。文件管理是由备份检测数据和程序文件组成。随着时间的推移，数据库存储的设备信息会越来越庞大，这不仅影响软件运行的速度，而且在计算机出现故障时会丢失信息，使监测人员的工作付之东流，最基本、最有效的办法就是定期将数据和程序设置文件备份到另一台计算机或移动硬盘上，这正是Odyssey软件文件管理职责所在。除计算机出现故障而丢失信息外，操作人员在使用过程中的不当操作、非操作人员的非法操作也会造成数据丢失，Odyssey软件的用户管理职能解决了这个问题，Odyssey软件可以设定安全等级，将操作人员分为三种权限：一般操作人员可以建序列、将序列装入数采器、回放数据、修改数采器设置、修改自己的口令、打印报表和显示检测数据的图形；高级操作人员除了具有一般操作人员的权限外，还可以修改数据库、替换和删除操作、修改存储和删除视图、删除序列、建立和删除报表描述、生成报警统计；管理员除了具有高级操作人员的权限
外还可以增加删除和修改用户名和口令、设定进入软件必须登陆、设定不须登录用户的默认权限。
(2)数据的图形分析
在线监测系统除了对设备的检测（报警）之外，再就是分析诊断以确定故障的原因所在。借助于图形进行分析是一个主要方面。Odyssey软件提供的图形有：
①幅值趋势图(Trend)，观测设备振动的历史变化趋势。
②频谱图（Spectrum)，观测设备某测点振动的频率成分。
③时域波形（Time waveform)，观测设备某测点振动的时域波形。④谱阵图（Waterfall)，观测设备某测点振动频谱的变化趋势。
⑤频段趋势图（Frequency Band)，观测设备某测点振动各频段成分的变化趋势。
⑥自动显示图（Auto View)，观测设备某测点所有测量定义的相关图形，了解该测点的全面信息。
⑦振动分析图（Vib Analysis)，综合观测设备某测点的幅值趋势、相关频谱、谱阵图。
⑧HVA图，同时显示设备某测点水平（H)、垂直（V)、轴向(A)三个方向的频谱图。
⑨频谱差值图（Baseline diffe)，显示当前时间频谱和Baseline频谱相间的结果。
为了方便分析诊断，这些图形可以单独显示，也可以根据需要进行组合，显示在同一个窗口。
图形操作具有改变图形坐标轴、颜色、光标形式及显示、字形、图中的数字格式、图形点和线的类型，显示设备状态注释及注释码、显示和隐藏频段幅值、在图中输入及编辑注视、拷贝图形和打印图形等功能。
(3)报表操作
报告报表是状态监测人员与设备科和检修人员的非常重要的沟通工具，Odyssey软件提供了42种标准报表格式，这些报表均可以打印、显示和拷贝，可以作为文件进行传送，报表中可以包含数据表、图形，或两者的组合，任何一个报表都可以制成ASCII文本文件，并可以送到如WORD、EXCEL等其他应用软件中。如果这42种格式都不能满足报表的要求，监测人员可以根据领导的要求和自己的需要，在Odyssey环境下建立自定义报表，而且可以作为标准的报告格式存储起来，以备调用。
(4)报警设置
报警方式和报警值的设定在预测维修工作中是非常重要的，一个有效的预测维修系统要处理成百上千个测点的测试数据，怎样从大量的数据提取出值得分析的反映设备状态变化的数据，怎样区分出有问题的设备和没问题的设备，什么样的设备还可以坚持运行，什么样的设备必须停机，这都依赖于软件的报警功能。Odyssey软件不但可以设置幅值、频谱、频段和时域波形报警，而且可以建立统计报警，统计值包括当前序列中所有测量定义及设备分类中的最小值、最大值、平均值和标准方差，这将有助于设备管理人员建立和探索设备检修的企业标准，在安全运行的条件下，使设备发挥最大的效能。
(5)辅助诊断
0dyssey软件具有辅助诊断功能，即在频谱图中或报告中自动识别特定故障
类型产生的频率。使用辅助诊断功能，诊断人员可以在采集得到的振动频谱中标注故障特征频率，迅速简便地识别故障类型。例如滚动轴承、电机等的故障。
四、系统使用效果
1．准确判断设备故障
在没有安装在线监测系统时，从频谱上一旦发现轴承的故障频率，就对其进行跟踪监测，如果故障频率的幅值增大，就认为轴承故障在恶化。安装在线监测系统后，由于振动信号的连续性，认识到过去的这一观点是错误的，在频谱图上发现轴承故障频率，只能说明轴承产生了早期故障，随着时间的推移，轴承故障频率的幅值有时增大、有时减小，经过一段时间的运行，轴承故障频率甚至在频谱图中消失。
振动的测试参数有位移、速度、加速度，因此判断振动故障的标准有三个，即振动位移标准、振动速度标准和振动加速度标准，人们一般习惯使用位移标准。使用在线监测系统后，发现在很多情况下使用速度和加速度标准更好一些。位移标准一般用于判定轴系问题，比如不平衡、不对中等故障；速度标准用于判定机器的整体状态；加速度标准用于判定轴承、齿轮的故障。
2004年1月9日，2＃机组乙送风机电机驱动端轴承位移、速度的振动趋势平稳，但振动尖峰能量值陡然增大。经检查发现该轴承缺油，造成润滑不良，加油后，振动尖峰能量值下降，趋势平缓。如果此时仅以振动位移或速度为依据，则不能发现轴承润滑不良的故障。
2．避免突发故障
3＃机组2A送风机驱动端轴承保持架突然断裂，由于该设备未安装在线监测系统，实行离线监测，监测周期为7天，比较监测数据，无论观察各参数的振动趋势图，还是观察各参数的频谱图，都没有发现异常现象，其原因就是该故障从产生、发展到损坏的整个过程极其短暂。如果该设备安装在线监测系统，由于振动监测的连续性（1小时测1次或1天测1次），这种发展迅速的故障就无法逃脱监视，在其萌芽状态被消除，使设备按计划进行修理，保证生产有序进行。
3．及时发现和处理常见故障
在线监测使用一年来，据不完全统计共发现常见故障13次。其中风机叶轮由于质量分布不均造成的不平衡振动8次，均在设备备用和计划停机期间实施了现场动平衡，将振动控制在标准范围内；基础或地脚螺栓松动故障3次，联轴器不对中故障2次，均在适当的时机进行了处理。
4．延长轴承的使用寿命
滚动轴承是旋转机械的重要支承部件，且价格昂贵，诊断人员利用在线监测的连续性，使已存在故障隐患的轴承安全运行至其极限，发挥滚动轴承的最大效能，对降低维修费用、节约成本具有重要的现实意义。
2004年2月初发现了轴承的异常频率，频率的幅值时大时小，进入10月份轴承故障明显恶化，但诊断人员充分发挥在线监测系统的特点和优势，跟踪轴承故障的发展变化，认为可以坚持运行，直至11月23日诊断人员才下达设备异常通知单，建议检查。经检修人员解体检查，发现轴承外圈滚道约有
60mm×170mm的剥落坑、多个滚子有麻点、轴承游隙严重超标，与故障诊断完全吻合。自发现轴承故障至停机检修，轴承的使用寿命延长了7032h，避免了直接经济损失2.3万元。
目前, 我国电力系统逐步向高电压、大容量、互联网方向发展, 对电力系统安全性与可靠性提出了更高的要求, 传统的预防性试验的局限性越来越明显, 例如无法及时发现电气设备绝缘缺陷与反应设备即时状态等, 对此加强输变电设备在线监测、带电检测技术研究具有重要意义。
2 输变电设备在线监测及带电检测技术
2.1 输变电设备在线监测
2.1.1 变压器设备
在电力系统中, 变压器是最为重要的一类设备, 变压器可靠运行能够为电力系统的安全、经济运行提供保障。目前, 变压器设备的在线监测技术主要包括:变压器设备的在线监测、油液中气体的监测、局部放电的监测、绕组形变的监测、铁心接地电流的监测以及振动频谱的监测。
2.1.2 电容型电气设备
变电所设备中, 大约有45~60%为电容型的电气设备, 此设备的绝缘性直接影响着变电所的安全运营。在电力系统所有电气设备中, 在线监测应用与研究最多的为电容器电气设备, 其监测工作主要包括泄漏电流的监测、电容器容量的监测以及介质损耗的监测。
2.1.3 断路器
在电力系统运行过程中, 断路器发挥着控制与保护的作用, 断路器开断性能在很大程度上影响着电力系统的运营安全。就当前情况来看, 断路器状态监测主要包括断路器的机械动作特性、断路器的灭弧室电寿命以及SF6气体监测三方面内容。
2.1.4 电缆
叠加直流电压法是我国电力系统中应用最为频繁的一种电缆在线监测技术, 但其存在以下缺陷与不足:①由于端部表面漏电阻改变、杂散电流改变等原因的存在, 测量差距较大。②接地变压器通过直流电的时间长, 存在磁路饱和的现象, 往往会导致继电保护的不正确动作。
2.1.5 输电线路
当电力线路运营状态与周围环境条件相适应时, 输电线路的状态在线监测工作主要包括:雷电定位系统、监测输电线路覆冰、、监测风偏、监测导线温度、监测绝缘子污秽度等。
2.2 输变电设备的带电检测
2.2.1 红外线成像
对于红外线成像监测技术 (图1) , 其主要用于输变电电气设备由于电阻损耗、介电损耗等原因导致的局部温度升高情况的监测。此技术存在较大的局限性, 具体如下:红外线的穿透能力相对较差, 所以, 如果需要监测许多复杂的电气设备故障, 若故障发生位置与电气设备表面之间的距离相对大, 其红外检测结构往往无法良好的展现出电气设备实际故障情况。
2.2.2 紫外线成像
对于紫外线成像检测技术, 其主要用于输变电电气设备表面由于局部发电而导致的电蚀损检测, 一般用于电缆外部损伤与绝缘缺陷等情况的检测工作, 此技术也存在较大的缺陷, 由于紫外线检测光子会随着检测压力、温度与距离等参数的变化而改变, 且其还缺乏正规的紫外线检测标准的查阅与参考。
2.2.3 超声波
超声波检测技术主要通过超声波的折射、反射原理检测绝缘介质内部的缺陷, 其具备穿透性能良好、检测成本低廉、效率高的优势, 但同时也存在一定的缺陷:①必须采用耦合介质, 以使得声能进入被检测的设备。②检测结果无法直观显示, 对相关技术工作人员的要求也相对较高。就我国当前输变电电气设备带电检测与在线监测技术的发展情况, 超声波检测技术的发展方向在于监测重心向着绝缘状态量, 逐步向化学量、机械量等趋势发展, 且其电气设备的在线监测主要趋向于综合发展:即为通过网络途径进行电气设备实时采集的状态量的集中, 然后将其与电力系统实际运行情况进行有机的融合, 以此来对电气设备进行全面综合的分析, 为电气设备的实时状态提供参考依据。
3 提高输变电设备在线监测及带电检测技术在电网中应用的措施
3.1 规范在线监测装置的技术要求
当前, 随着在线监测技术的迅速发展, 参与研发的厂家越来越多, 在短期内要想形成国家标准, 具有较大的难度, 但可指定省公司层面的技术要求, 对于入网的在线监测系统, 必须满足通信规约、数据库等方面的统一要求, 确保不同厂家的设备均具备可扩展性与互换性。此外, 为了避免低质量产品入网使用, 保证状态检修技术数据的准确性, 还应当建立并配备统一的检测方法, 并且还需对在线监测装置的测量进度、工作状态与数据传输的准确性进行相应的检测评价, 以规范其选型与使用。
3.2 提高在线监测装置的性能
①对于传感器与光纤等技术的发展情况, 研发机构应当紧密跟踪, 从而开发出具有较高测量进度、较强抗干扰能力, 且满足实际需求的系统。②生产厂家应不断提升产品设计制造工艺水平, 以提升系统的稳定可靠性。③对于在线监测数据与试验数据, 运行单位应对其进行及时的对比分析, 增强与研发机构、厂家之间的沟通交流, 进一步提升专家系统的诊断能力。除此之外, 对于面向智能电网的建设, 必须提升在线监测系统的智能化水平, 以此来为智能电网的电网自愈与智能化检修目标的实现提供数据信息。
3.3 加强在线监测装置的管理
当在线监测系统正式投入运行之后, 必须编写相应的运行规程, 将其纳入生产设备日常管理范畴, 不断规范其储存、使用、维护等管理制度。此外, 设备厂家还需要充分掌握监测设备的运营实况, 构建水平高、反应速度快的管理与维修机制, 合理改进、完善监测装置的性能。
3.4 注重在线监测系统应用的技术经济比较
通过在线监测, 可及时掌握设备的切实运行情况, 进一步提升供电可靠性。所以, 在进行在线监测或是带电检测的仪器或系统的选用时, 应当根据实际情况与需求, 尽量先考虑影响面大的设备。在电气量与非电气量的监测方面, 每一种不同的监测方法或仪器均存在各自的优势与缺陷, 所以, 在进行在线监测设备型号的选择时, 应对其进行技术经济比较, 根据设备的特征, 综合考虑事故发生率、事故造成的损失、监测设备成本与维修成本、监测成功的几率, 且还需要根据项目实际需求, 确定在线监测装置的投入规模, 从而提高监测系统利用率。
4 结语
综上所述, 在线监测与带线检测是一项复杂的系统过程, 还存在一些不完善、不成熟的地方, 所以, 对于电网中输变电设备在线监测及带电检测技术的应用, 应当根据设备的具体运行情况, 综合分析设备监测数据, 提升监测系统数据分析判断的准确性, 提升电网运行水平, 促进检修模式的转变与状态检修的完善。
参考文献
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在我国的经济发展的历程当中，对于电力系统的发展已经成为我国经济发展的支撑产业，越来越多的工业活动的发展和人们日常生活的需求对电力的需要也越来越大，电力行业在这样的背景之下得到较为迅速的蓬勃发展。而对于电力系统的变电设备的检修工作是电网系统管理工作当中较为重要的一个环节，对于电力系统安全的保障以及供电的效率保障有着十分重要的意义。本文就在变电设备的检测当中较为先进的技术，即在线监测技术在变电设备的运营过程中的监管工作以及设备的维修工作中的作用展开分析。
二、在线监测技术的主要因素分析
在线检测系统在运用到设备的检测当中时，主要需要注意的因素是对于设备的在开发能力的问题。其次，是关于在线监测技术在现场监测当中所出现的数据的分析工作要做到及时性和准确性的原则。在变电检修的现场检测当中主要是对一些变电设备进行检修，需要检测人员能够根据现场检测到的数据上的一些变化趋势和状况来分析和判断出所检测设备的主要状况，从而实现对设备的在线监测工作。一般来说在检测时需要注意的就是设备的变化趋势和在某个时段的状态，因此对于检测设备的选择上也要选择能够满足检测的专业设备，对检测出的数据能够实现直观的反应，还要能够根据在原始状态之下设备所呈现出的数据状况与检测出的数据进行比较和分析，以方便判断出现阶段设备的状态。
对于变电设备的在线监测一些管理上的要求，需要进行现场检测的人员具备一定的专业素养和现场随机应变的能力。主要是由于变电设备的检修仅仅依靠设备和技术上的支持是远远不够的，还需要检测人员发挥其作用，对监测数据进行现场及时的判断和分析。这就需要在进行变电設备的检修时对其加强管理工作。首先体现在对检测人员进行管理时提高检测人员的素质上，在进行检修人员的选拔时需要对具有专业素养的人员进行选择，对于现有的监测人员要及时地进行专业技能培训，以及时进行技术更新，满足时代发展的需求;其次是体现在对变电检修时能够建立起较为科学的管理方案进行管理，这样才能够真正地使得变电检修工作克服一定的障碍，发挥其最大的作用。
三、具体应用现状分析
1、在变压器的应用上
对于变电设备当中较为重要的组成元素之一的变压器来讲，运用在线监测技术能够实现对其油色谱的监测，还能够实现对其放电状况进行检测。首先对于油色谱的监测方面，在线监测技术对其的监测原理就是通过对变压器油的状况进行检查，通过变压器油的状况来反映出变压器在工作的过程中其内部状况是否呈现出正常的状态。其次是对变压器放电状况的检测上，主要是通过在线监测技术对变压器当中是否存在气孔或间隙进行检测，或者对变压器中的导体的整体状况进行监测，来发现是否在变压器当中存在局部放电的现象。
2、在断路器的应用上
对于变电系统来讲断路器也是能够起到重要作用的一个部分，对于其安全性的保证也有着重要的意义。断路器的工作原理是通过在发生超功率作业时实现自动切断电源的作用，从而实现对变电系统安全性的保障。在线监测应用于断路器的监测中时大致有两个方面的检测，首先是对断路器的触头在工作时状态是否呈现安全的状态进行检查，其次是对于断路器在工作的过程中通过线圈的电流是否能够满足正常工作的要求进行检查，这个部分的检查原理时所利用到的原理主要是对电流的形状和走向的变化来判断出断路器的工作状态，从而能够实现对断路器不正常的工作状态进行及时的检查，也为时候的维修工作提供了便利。
3、能够实现对变电设备的温度控制
变电设备是一个运用过程中能量消耗比较大的设备系统，因此在运行时发热状况的控制十分重要，也是保证安全运行的必要措施，这就需要对高压设备的温度进行监视和控制，利用在线监测技术就能够较好的实现这一点。在使用在线监测技术对变电设备的温度进行检测时主要运用到的原理是对设备运行过程中的温度进行现场的记录，如果在这个过程中出现了设备的温度过高的现象，表明设备出现了不正常发热，这时候在线监测系统能够及时的发出警告进行报警。这样能够在较短的时间内对设备的发热故障作出发应，对于设备的温度控制和维修工作提供了很大的便利，也在一定程度上保障了设备运转的安全性。
四、结束语
关键词：污水监测 无线传感网（ WSN） CJRPS 在线监测
水环境保护问题是关系到人类生存和可持续发展的全球战略性问题。近年来，各国政府都加大了对水污染防治与水环境监测研发的投入。随着无线技术、有线技术以及新型传感技术的高速发展，污水排放监测系统正向着自动化、实时化、智能化、无线化、低功耗等方向发展。
无线传感网技术（ Wireless Sensor Network， WSN）应用于城市污水环境监测中，采用水质传感采集技术和视频网像智能水质监测分析技术采集水质数据，将一个区域内的各水质传感采集节点用无线通信传输技术组织成无线传感网，无线传感网再通过无线网关接入In-ternet。水质参数数据经无线传感网和Internet汇入远程数据监控中心。这样在传统污水监测系统的基础上，几乎不需要做任何改动，就可以实现对城市生活污水排放区域的有效监测，同时生产、施工和维护的成本也较低。
水质视频监控部分的视频采集部分通过先进的激光红外摄像技术的全天候监控，通过RS485接口接收来自控制平台的命令控制，控制命令为一系列的ASC码，可以调整摄像机的焦距和云台的转动。采用最先进的数字压缩技术（MPEC-4），接人嵌入式硬盘，实现对实时图像的显示、存储、回放及远距离传输。其关键技术是以下几点：
一、水质测定指标参数
当污染物进入水体后，若其含量超过了水体自身的白净能力，使得水质的物理、化学或生物性质、组成发生变化，从而会大大降低水体的使用价值和使用功能，进而影响人类的生存。污染物来源主要有：工业污水、生活污水及农业污水。通常采用水质指标的好坏来衡量水体被污染的程度。水质测定指标项目繁多，可以分为三大类：
1.物理性水质指标，如水温度、色度、浑浊度、透明度、总同体、可见同体、电导率等。
2.化学性水质指标，包括一般的化学性水质指标（如pH值）、氧平衡的水质指标，有毒的化学水质指标。
3.生物学水质指标，包括细菌总数、总犬肠菌群数、各种病原菌、病毒等。
二、基于视频网像的污水浊度、色度智能分析技术
水质参数大致可分为物理和化学两类，如浊度是物理参数，pH值是化学参数。已有的物理测定包括浊度（目视比浊法、分光光度法、浊度仪法等）和色度（铂钴比色法、稀释倍数法等）的测定方法。它们的特点是人工采集水样后离线测试，实时性和效率不高。
为此我们提出了基于视频图像的污水浊度，色度智能分析技术：
被污染水体具有独特的有别于清洁水体的光谱特征，这些光谱特征体现在其对特定波长的光的吸收或反射，而且这些光谱特征能够为视频图像所捕获并在视频图像中体现出来。如当水体出现富营养化时，浮游植物中的叶绿素对近红外波段具有明显的“陡坡效应”，故而这类水体兼有水体和植物的光谱特征，即在可见光波段反射率低，在近红外波段反射率却明显升高。
对视频摄像机拍录到的图像进行分析可以得到水质的物理特性。物理类参数的分析一般是将数字图像处理在处理过程上可以分成两个步骤。第一个步骤是对数字图像进行预处理，也就是如同像平滑、抑制噪声、图像增强等处理方法，其目的是为了得到一个信噪比高、易于进行更高级的处理的图像；数字图像的后期处理包括了边缘检测，轮廓跟踪，图像分折、模式识别、网像理解等。
三、水质数据传输技术
1.从采集点到监控中心的远距离数据传输技术
城市污水排放监测点分散于城市各处，地理范围广。如何将大量污水水质参数实时传输到监控中心是要解决的关键技木问题。用于系统传输数据的技术和方法很多，有线方式包括：电缆、光缆，无线方式有：超短波、微波、卫星等。从成本、传输率、技术等多方面考虑，采用CRPS、3C等最新无线技术实现远距离大数据量实时传输。
2.排放点小区域内多水质采集器近距离数据传输技术
一个排放点有多个水质传感采集器，这些水质参数采集器间需要互相通讯联系。将区域内这些水质传感采集器节点组织成无线传感网。多水质采集节点形成一种特殊无线多跳、自组织网络，实现了协作、感知、采集和处理网络覆盖区域内水质参数信息。
四、构建水环境监测专家系统，自动进行智能决策
通过无线传感网合理建立完善各类水环境数据库，根据不同类型的水环境划分为不同数据库，如常规水环境检测数据库、重要水环境实时监测数据库等。
基于已有的大量的各种实时水环境参数数据库，构建开发水环境监测专家系统，多维、高精度的数据分析与管理，实现对监测业务和环境管理决策的深度支持，从而最大程度地提高环境监测信息化水平，增强环境决策与管理的能力。
将无线传感网技术应用于城市水环境监测中，研制的新型无线水质参数采集、监测装置将触合水质参数采集、无线传输、网络通信、智能决策、水质在线自动分析技术、预警预报技术等关键技术，通过白动标识的节点构建覆盖城市的污水排放环境监测网络，由组成的无线传感网系统自动对受污染的水域进行监控。
实现具有覆盖区域广，可远程监控、监测精度高、节点自组、布网快速和系统成本低以及对生态环境影响小等特点。随着我国政府对环保工作高度重视，对环保行业的投资力度加大，城市污水排放点水质在线智能监测具有重要的意义和实用价值。
参考文献：
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随着电网建设的发展, 现代电力系统日益向大容量、高电压等级方向发展, 作为电力网络线路的连接点, 变电站是电力系统的重要组成部分。随着计算机技术以及信息技术的发展, 对于变电站设备的稳定性和可靠性提出更高的要求, 采用在线监测能够对变电站设备进行检测, 了解变电站设备的稳定性与可靠性, 确保电网稳定运行, 加速电网的改造建设。变电站在线监测能够对站内主变压器、断路器等主设备进行监测管理, 但是当前的在线监测多以单项监测为主, 信息数据模型不同意、数据共享性较差、生产实用性不高。本文对于500k V变电站的在线监测管理进行研究, 本着生产实用化目的, 提出变电站的在线监测与故障综合诊断的整体解决方案, 从而对变电站中的设备以及相应配件进行监控, 对于故障进行预判、了解故障的发展趋势, 为变电站设备的运行与诊断提供依据, 确保变电站设备的稳定运行。
1 变电站设备在线监测的模式
常见的变电站设备在线监测模式包括基于计算机技术的在线监测、基于电气化技术的在线监测以及建立自动化监测平台, 具体的在线监测模式如下: (1) 基于计算机技术的在线监测, 该模式是采用计算机技术与信息技术, 对变电站的设备进行管理, 实现监测的自动化。采用计算机网络平台能够建设检测数据库, 整合变电站的电力信息, 便于电力调度与预警。比如夏季用电高峰的信息平台能够对电力需求进行合理的电力调度, 解决用电紧张的问题。 (2) 基于电气化技术的在线监测, 基于电力设备的特殊性, 需要对电力设备多项指标进行检测, 对于电力设备运行的温度、湿度等参数进行检测, 将用电设备的电子传感器所监测的信息进行整合管理, 从而对电力设备进行准确的监控管理。 (3) 基于自动化监测平台的建立, 传统的人工监测已经不能够适应当前电网的建设发展, 而且传统的人工监测效率较低, 自动化监测平台的建立能够对变电站设备进行实时监控管理, 减少人力检修所需要的人力资源成本, 确保电力输送的安全稳定。 (4) 基于有效的预警机制, 变电站设备的在线监测能够实现故障预警, 加快电网预警机制的监理, 在电网运行过程中, 对变电站用电设备的故障类型、故障级别进行预警管理, 并且对预警数据进行分析, 做出合理的预警报告, 为检修人员的故障排除提供依据, 便于变电设备的管理。
2 变电站在线监测建设
2.1 体系架构
变电站的在线监测与故障诊断体系主要是基于信息一体化、设备组件化、功能集成化以及状态检修自动化的设计思路, 将系统分为设备层与站控层两部分, 从而为变电站设备的在线监测提供依据。变电站设备在线监测的设备层与站控层的构成如下: (1) 设备层主要由避雷器、断路器、变压器, 对于设备的运行信息以及运行环境信息进行收集, 并且对设备的运行情况进行预判分析; (2) 站控层, 站控层主要是将监控网与上层管理信息系统网络相连接, 从而将收集的到的信息写入历史数据库, 并且在信息一体化平台中展示设备的运行情况。变电站主设备的智能组件均采用智能电子设备、模块化设计等进行设计, 将各组件模块通过标准接口相连接, 根据单项评价依生成单项测试评价结果, 并且将各项传感器单元的检测数据上传, 存储于实时/历史数据库中。在线监测能够对设备监测参数进行分类整合, 对于单项评估结果进行综合评估, 对设备故障类型与部位进行综合判断, 从而对设备的运行情况进行综合分析, 站控层的实时/历史数据库用于再现存储监测数据, 具有数据库筒体存放、容量大、易于维护管理的特点, 而且能够为最终用于提供高效的数据信息服务。通过设计能够对变电站中的变压器、断路器、避雷器等关键设备进行在线监测管理, 对被检测设备进行故障分析、评估与预报, 为变电设备的维护管理提供依据。
2.2 在线监测应用
2.2.1 变压器在线监测
变压器的在线监测主要对变压器油气以及微水进行检测, 同时对冷却单元、局部放电、工况信息进行检测。变压器时的油气意思微水检测通常采用的是RS-485接口连接变压器油色谱在线监测系统, 采用IEC61850标准协议与主IED进行通信, 以色谱分析原理对变压器中的溶解气体进行检测、数据采集、分析处理以及故障诊断, 从而分析变压器的运行状况, 判断变压器的运行风险与故障评估, 为变压器检修提供数据依据, 确保变压器稳定运行。变压器在线监测是根据变压器过载能力数据, 结合环境温度、油温、负荷以及绕组温度, 从而监理变压器负荷动态智能监测系统, 采用主变油色谱、局部放电、主油箱压力等作为主要评估参数, 在子系统中完成设备性能的单项评估, 根据风险值的高低排序, 结合设备情况提出设备检修建议。
2.2.2 电容器和电流的在线监测
在变电设备的电流和电容监测容易受到外来磁场的干扰, 进而影响到监测的信号。因此在检测中, 在被监测的电气设备的外壳采用绝缘材质或经绝缘进行处理, 对电气设备的传输信号线需要做到屏蔽处理。从而减少电气设备在测量的过程, 产生感应电流, 进而造成磁场, 所以影响到监测的信号传输。同时对电气设备的监测信号进行有效的数据处理, 确保现场监测结果真实可靠。
2.2.3 断路器在线监测
断路器智能组件主要是采用同步采样技术, 通过电流传感器对断路器的动作特性进行监测, 了解断路器的开断电流、分合闸时间、储能电机工作状态等信息进行在线监测管理, 了解断路器的机械特性状态以及电寿命, 为断路器的运行提供依据。断路器状态评估分为电特性诊断模块和机械特性诊断模块, 处理器的录波分析包括断路器每小时负荷电流数据、历次储能电机动作信息、历次分/合闸操作时的开关量波形、动作电流波形和分/合闸线圈波形。电特性诊断模块根据历次断路器的动作电流和动作时间, 通过计算得出断路器触头的相对电寿命;机械特性诊断模块根据历次储能间隔和储能时间长短的变化, 判断储能机构、断路器操动运行状态, 评估断路器的寿命以及SF6气体泄漏, 了解断路器的实时运行状态, 采用开断电流加权累积法计算断路器寿命, 检测SF6泄漏情况能够及时给出预警, 提示维护人员系统检修。
2.2.4 避雷器在线监测
避雷器的智能组件主要是通过避雷器绝缘监测和现场检测传感器对泄漏电流、阻性电流、动作次数进行监测, 以实现对避雷器的在线监测管理。现场监测传感器与避雷器绝缘监测IED通信采用2.4GHz Zig Bee无线网络, 每个避雷器绝缘监测IED最多可连接256个现场监测。传感器避雷器的智能监测组件是采用基波法测量泄漏电流和阻性电流, 主要采用数字滤波技术和模拟滤波技术, 从采集到的避雷器末屏泄漏总电流中获取阻性电流的基波分量, 并根据阻性电流判断避雷器的绝缘状况。避雷器监测单元在接收到同步采集命令后, 电压监测单元和容性设备监测单元即可跟踪系统频率, 利用全球定位系统 (GPS) 授时时钟实现同步采样, 实时了解避雷器的绝缘状况, 反应避雷器的真实情况。同步采集命令后, 对系统电压监测单元数据进行出路, 将信息发送到避雷器监测智能处理器, 通过横向和纵向比较、诊断、预警, 实现避雷器绝缘状态的在线监测, 经过处理后的结果数据和设备状态通过光纤以太网上传至智能处理器, 以实现避雷器绝缘状态的在线监测。
3 结语
随着电网的建设发展, 为了对变电站设备进行管理, 确保变电站稳定运行, 需要对变电站设备进行检测管理, 传统的人力监测已经不能够适应电网发展的需求, 因此需要以信息化技术、网络化技术以及自动化技术实现变电站设备的在线监测。采用设备状态信息建模、采集以及交换有效的整合信息资源, 能够提升变电站设备的优化配置与抵御事故风险的能力, 确保变电站设备的稳定运行, 确保电网的稳定性与高效性。
摘要：随着我国电网建设的发展, 电力运行安全问题越来越重要, 电力设备的在线监控与故障诊断能够为电力设备进行监控管理, 及时发现电力设备的运行问题, 为电力设备检修提供依据。本文对变电站设备的再现监测应用进行研究, 对于变电站中的主变压器、断路器、避雷器等主设备意思职能组件进行在线监测管理, 通过信息共享与数据综合分析, 对于变电站设备故障性质、原因以及故障发展趋势进行分析, 为运行、检修人员提供参考, 确保电网的稳定运行。
关键词：变电站,在线监控,智能
参考文献
[1]刘建锋, 李开成, 张昌华, 张明.基于ARM的电子式互感器合并单元的设计[J].电测与仪表, 2008, 45 (508) :48-52.
[2]李开成, 刘建锋, 黄海煜, 张昌华.基于MSP430单片机的数字式漏电保护器的研制[J].继电器, 2008, 36 (8) :64-67.
关键词：IEC61850,智能变电站,生产管理系统,数据转换模型,在线监测
0 引言
随着我国智能电网的不断发展，各类智能设备、自动化系统越来越多，设备与系统、系统与系统之间的信息交换呈现快速增长。采用统一的标准进行信息交换已经成为电网系统建设的发展方向[1]。当前，变电站自动化系统和生产管理系统各自遵循着不同的标准体系。“十一五”期间国家电网公司提出并实施了“SG186”工程。在生产管理系统的国际、国家标准尚未建立的条件下，根据国家电网公司信息化建设“四统一”原则，结合实际生产业务特点进行系统研发，实现电网生产的规范化、标准化和精细化管理。基于IEC 61970国际标准建模方法，以电网设备为对象，国家电网公司制定了用于生产管理系统的统一设备代码规范、设备参数规范、数据编码规范等企业试行标准[2]，并于2011年5月正式成为国家电网公司企业标准。通过对设备台帐、设备状态量、历史运行数据、计划任务、检修记录、试验记录、两票记录等信息进行管理，使生产管理系统功能覆盖输、变、配三大领域，实现设备管理、设备在线状态监测、缺陷管理、故障管理以及生产计划管理等业务功能。
变电站是电网的重要环节之一，其设备的状态将直接影响电网的安全运行。一方面可以通过严格的设备入网管理，不让劣质设备渗入电网，防止将设备的质量问题带入到生产运行中；另一方面则需要通过不断加强设备运行、检修技术的研究和实践，提高设备的运行维护水平。其中，作为保障电网安全运行的关键技术之一，设备在线监测技术已成为电网设备维护和生产管理系统状态检修的研究热点方向。IEC 61850标准已被公认为是新一代变电站综合自动化系统的国际标准：基于面向对象技术建立变电站自动化系统较完备的语义信息模型和数据模型[3]；通过变电站配置语言（SCL）完成信息模型的形式化描述工作。
由于标准的适用范围和制订的体系不同，在生产管理系统和变电站自动化系统进行数据交换时，这种差异导致它们之间的信息不能充分地交流。因此，如何实现国家电网公司企业标准与IEC 61850标准的融合，实现生产管理系统与智能变电站的信息共享，成为当前亟需解决的问题。要实现两个标准的融合，关键在于模型的协调，即建立起两个模型之间的映射关系[4]。通过对信息模型的研究，针对XML在两种系统中语义表示上的差别，提出采用标签映射和ID索引相结合的方法构建其语义信息转换模型，实现由IEC 61850面向对象数据模型到生产管理系统中面向设备数据模型的转换。
1 智能变电站与生产管理系统
1.1 智能变电站
智能变电站系统采用先进、可靠、集成、低碳、环保的设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站[5]。智能变电站在线监测系统对信息通信提出了明确的技术要求：可靠的现场工业控制总线、以太网络总线以及基于IEC 61850统一标准的通信规约[6]。变电站各层之间均采用IEC 61850通信协议的在线监测系统框架如图1所示。在站控层通过信息状态接入控制器（CAC）向EMS等上层平台传输各类信息。
子站与主站的无缝信息交换是实现子站设备在线监测和状态检修的基础。目前，基于IEC 61850的智能变电站自动化系统（子站）和基于IEC 61970的数字化电网调度自动化系统（主站）已有多项工程投入使用，子站和主站之间的信息交换方式是将IEC 61850转换为IEC 60870，并通过IEC 60870-5-101/104通信规约部分传输数据值和命令。这种方式有很多弊端：子站上大量有用信息无法传输到主站，无法充分发挥两大标准的优势；变电站和多个调度中心重复维护，增加了维护工作量和电网的安全隐患。针对以上问题，相关领域的研究人员提出了从本体的角度解决CIM与SCL的协作方法[7]和从智能变电站各层次分析IEC 61850和IEC 61970对变电站系统的建模框架的支持能力并扩充IEC 61970的方法[8]。因此，只有实现生产管理系统所遵循的国家电网企业标准与智能变电站所遵循的IEC 61850国际标准之间的无缝信息交换，才能够真正意义上的实现变电设备的在线监测以及状态检修。
IEC 61850标准面向对象的信息模型对变电站物理设备与变电站功能进行了解耦，在已知物理设备的ACSI服务器、逻辑设备、逻辑节点和数据对象路径的前提下，如图2所示，设备之间可实现无缝的信息交换，如：IEC 61850标准中设备铭牌（DPL）公用数据类采集设备厂商集成的铭牌信息；基于测量值信息（MV）公用数据类采集油温等传感器的实时数据等。
变电站变电设备的铭牌及监测数据的XML描述例子如表1所示，XML结构中包含有变电站、间隔、接入点描述、设备及其监测数据等内容。
1.2 生产管理系统
国家电网公司生产管理系统的状态监测业务是以电网设备为核心，辅以运行工作、评价以及计划任务三个组成部分，并依据企业标准、规范实现设备运行信息的采集、传输、评价和检修计划任务制定等功能，如图3所示。
其中，设备中心内的设备数据库结构在参考IEC61970标准CIM模型构成方法基础上，采用“公共层-固化层-自由层”的层次化设计。在遵照国家电网公司设备参数规范同时，实现设备信息局部个性化扩展能力；通过运行位置和物理设备的解耦，使设备兼具“电网节点”和“电网资产”的双重角色；系统中设备型号和参数标准全部数字化，实现设备参数录入的快速化和标准化。
在生产管理系统业务框架下，运行工作中心、评价中心以及计划任务中心分别与设备中心进行信息交换，运行工作中心采集设备的运检信息并作为评价中心的输入。评价中心是状态检修的重要组成部分，也是实现检修辅助决策的基础。设备状态经评价后的最终产物是状态评价报告。计划任务中心依据评价中心生成的评价结果安排设备检修计划，并将计划任务下发运行工作中心，各中心间基于XML技术进行信息交换，生产管理系统中变压设备的典型XML数据如表2所示。
XML数据主要包括变压器铭牌、投运时间、所属变电站及间隔、资产所属单位、相关保护设备以及基于各类传感器和监测装置所收集到的实时信息等。其中，对设备的实时运行数据进行处理时，通过具有唯一性的ID进行标识，并实时查询设备运行期间的各种状态监测数据，如：变压器油温、铁芯接地电流、油中溶解气体及微水含量等。
2 数据转换模型设计
针对生产管理系统中设备状态检修业务功能，通过对IEC61850标准以及生产管理系统进行分析探讨，面向智能变电站与生产管理系统设备在线监测的数据转换，提出一种结合标签映射和ID索引的数据转换方法，生产管理系统的数据模型组成如图4所示，生产管理系统中设备相关信息可被划分为5大类：由地理信息系统提供的基础空间及专题属性数据；由企业资产管理系统提供的资产所属数据；由能量管理系统提供的关联保护数据；由人工采集或自动化系统提供的设备铭牌信息和测量数据。
IEC 61850标准中测量数据对应生产管理系统的实时数据的处理业务。不同设备之间的实时监测数据种类和内容各有不同，无法基于XML标签进行统一的映射，因此提出在生产管理系统中使用单独且唯一的ID以及与之对应的监测数据对象进行标识和存储，并通过ID索引设备相关的所有实时数据及状态信息，避免对生产管理系统的数据存储结构进行过多的改变，有利于减少已在国家电网公司各网省公司上线和试行的生产管理系统的改造。
在智能变电站数据向生产管理系统转换过程中，基于IEC61850标准面向对象的信息模型包含如ACSI服务器、逻辑设备、逻辑节点对象的所属信息以及具体变电站数据的对象路径等信息，这些用于描述变电站数据的元数据在生产管理系统中并不需要。直接忽略这部分由智能变电站系统产生的数据对象路径信息虽然可以满足当前生产管理系统的需要，但由生产管理系统提供的数据将无法转换为可被基于IEC 61970标准的能量管理系统所直接使用的信息。因此，应充分利用现有IEC 61850和IEC61970标准转换的大量研究成果，实现调度、变电站自动化和生产管理等多系统间统一高效的信息转换需求，转换模型如图5所示。
通过在生产管理系统中存储对象路径元数据，实现生产管理系统中的数据可以再次被还原为IEC 61850标准的XML格式，将IEC61850标准格式的数据转换为IEC 61970标准，可以实现从生产管理系统到能量管理系统数据交换。
3 结束语
通过对智能变电站和生产管理系统的标准、规范进行探讨，提出了一种用于智能变电站和生产管理系统设备在线监测的数据转换模型。在线监测是实现电网设备状态检修和生命周期管理的前提，而有效的设备信息交换模型是在线监测的基础。当前，智能变电站中主要基于IEC 61850标准实现设备的配置、运行及状态信息交换，通过IEC 61850标准定义的接口，将智能变电站信息模型或数据模型转换为IEC 61970标准的对应内容以实现信息的无缝交换已成为相关领域研究热点。
智能电网对生产管理系统在线监测提出了更高的要求，在分析电网调度中心的能量管理系统与智能变电站信息共享的基础上，整理划分了生产管理系统的设备信息与电网各系统之间的交互关系，并与IEC 61850标准的数据模型进行了对比。随着国家电网公司企业标准从试行到正式颁布，新的生产管理系统已经在多个网省公司试行和上线，基于不同标准规范的各类电力系统间的数据交换技术研究将更加具有实际意义。
参考文献
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[4][M]柳光,何光宇,卢强.变电站模型变换的形式化框架[J].电网技术,2008,32(6):8-13.
[5][R]智能变电站技术守则,国家电网公司,2011.
[6][R]变电设备在线监测系统技术导则,国家电网公司,2010.
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