國家電網有限公司已建成35項特高壓工程。保障特高壓工程安全穩定運行，離不開科技創新的支撐。武漢南瑞經過多年研究，攻克了特高壓核心設備——變壓器、電抗器突發性重大故障集中監測與預警難題。
“瀟湘站荊瀟Ⅰ線高壓并聯電抗器運行監測數據正常，蕪湖站淮蕪Ⅰ線高壓并聯電抗器運行監測數據正常……”7月16日，國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司特高壓核心設備故障監測預警科技攻關團隊負責人程林組織對重點關注的特高壓站核心設備運行狀態開展例行評估。這項評估工作依托的是他們自主研發的特高壓核心設備運行狀態監測預警平臺。
特高壓變壓器、電抗器是特高壓輸變電工程電能輸送和轉換的核心設備。目前，國家電網有限公司已建成35項特高壓輸變電工程，在運特高壓變壓器、電抗器1500余臺。為提升相關設備安全運行水平，武漢南瑞于2014年組建攻關團隊，攻克了相關設備故障監測及預警難題，構建起“故障機理-監測裝置-預警平臺-技術標準”為一體的故障預警技術體系。
監測：參量辨識準確率超過95%
特高壓工程使用的變壓器、電抗器等核心設備容量大，故障電弧能量高、發展迅速且破壞性大。以油色譜為代表的傳統監測手段存在監測周期較長、部分數據可能跳變、對設備油循環緩慢區域狀態監測滯后等問題。因此，攻關團隊決定探索其他監測手段。
自2014年起，攻關團隊系統性研究特高壓核心設備故障相關的13種參量，從故障機理入手，通過大量的對比試驗逐步掌握故障演變規律和故障各階段的關鍵參量特性，以及這兩方面的映射關系，最終選取了局部放電、油色譜、單氫等8種參量融合監測的技術路線。
經過近兩年的攻關，第一代特高壓核心設備綜合監測裝置于2016年6月研制成功，隨后在多個特高壓站試點應用。持續一年的試點應用驗證了多參量融合監測技術的科學性和先進性，但也發現了一個明顯的缺陷。“我們發現突發性故障局部放電中后期脈沖數和脈沖幅值激增，導致監測裝置可能采集到大量干擾信號，又漏掉一些關鍵脈沖信號，實現不了高速連續放電脈沖的實時采集，使監測準確性大打折扣。”攻關團隊骨干楊旭博士介紹。
針對這一問題，攻關團隊分別從軟硬件切入開展分析和測試，最后把解決問題的落腳點放在了采樣邏輯上。他們針對快速發展型故障的放電特征，設計了特有的脈沖監測觸發方式，實現了對超閾值大脈沖的不間斷采集。
2019年9月，新一代特高壓核心設備綜合監測裝置研制成功，并通過了專業機構的技術鑒定，參量辨識準確率超過95%，同年在國家電網特高壓工程推廣應用。
預警：以兩萬多組數據樣本為支撐
傳統的特高壓核心設備監測預警主要依靠單參量閾值告警，缺乏對海量設備狀態數據的綜合智能分析，難以有效判斷故障發生位置及故障等級，輔助決策能力有限。
“為了收集特高壓核心設備運行狀態數據樣本，2018年上半年，我和同事在全國10多座特高壓站常駐，收集到了超過兩萬組數據樣本，為后續的分析研究打下了基礎。”攻關團隊數據組骨干徐惠說。
在大量樣本數據的支撐下，攻關團隊選出能反映特高壓核心設備故障狀態的關鍵特征量，構建起面向特高壓工程全量監測數據的高維分布預警模型。攻關團隊集成了綜合監測裝置與預警模型，打造了特高壓核心設備運行狀態監測預警平臺。該平臺于2019年年底正式上線運行，并在隨后的一年時間內結合工程實際需求完成了三次迭代升級，實現了公司系統內特高壓核心設備狀態集中監測、故障主動預警與差異化診斷。
在此過程中，由于特高壓站使用的監測裝置來自不同廠家，存在監測數據格式不一致等問題，攻關團隊提出了多源異構數據集成融合、預處理和分布式存儲檢索方法，實現了全部監測裝置數據接入的柔性匹配，僅用11個月就完成了1500余臺特高壓核心設備的數據接入工作。
應用：覆蓋國家電網全量特高壓核心設備
截至目前，特高壓核心設備故障監測預警技術已經廣泛應用于國家電網在運特高壓變壓器、電抗器上，監測數據規模超5億條，形成了特高壓核心設備在線監測數據庫，為設備安全運行提供了技術支撐。
2022年，中國電力企業聯合會組織開展了特高壓核心設備綜合監測裝置成果鑒定。2023年，中國電機工程學會對特高壓核心設備運行狀態監測預警平臺組織開展成果鑒定。專家組認為，相關成果整體達到國際領先水平。相關成果也先后獲得2021年度新疆維吾爾自治區科技進步獎一等獎、2023年度湖北省科技進步獎一等獎等多項省部級獎勵。
攻關團隊依托相關成果累計獲得國家發明專利授權44項，發表論文58篇，出版專著4部，編制標準8項。攻關團隊研發的系列產品近3年銷售額超5億元，有力支撐了武漢南瑞在變電智能運維領域的產業發展。
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