[用户需求分析]

变电站设备尤其是电力变压器是电网中昂贵且重要的枢纽设备，其运行可靠性直接关系到整个电力系统的安全与稳定。变压器一旦因故障而损坏，波及范围广，可能造成重大经济损失和社会影响。运行中的电力变压器受到电、热和机械应力的作用，具有多种潜在故障类型。如下：

变压器各相变形典型故障

变压器机械状态检测方法可分为离线检测方法和带电检测方法。离线方法以频率响应法、扫频阻抗法、短路电抗法、绕组对地电容测试等为主，在线方法包括振动信号分析法、在线电抗法、脉冲信号注入法等。上述方法中，振动信号分析法以其可灵敏反映绕组机械状态、易于实现带电检测、与系统无直接的电连接等优点受到了广泛的关注。

自20 世纪90 年代起，国内外学者从变压器的振动模型、振动特性影响因素、振动信号特征及机械故障诊断方法开展了相关研究，希望借助于上述研究揭示绕组的振动信号与其机械状态的关联，建立内部振动与油箱振动的映射，最终通过油箱振动信号对绕组机械状态进行诊断。

近年来，随着工业物联网和智能传感器的逐渐成熟并步入市场，其相对于传统的传感器+数据采集板卡方案有较大成本和效率优势，在电力变压器监测领域也会逐渐进入实际应用阶段。

[系统设计]

智能监测系统整体技术路线图

CMS-One-485S是基于485通讯协议的新型智能有线传感器，它使得低成本传感器网络以及多支路通信链路的配置成为可能。组建多站网络，运用总线式拓扑结构，可以串联多个节点，现场数据可以统一监测整理以达到更有效利用的目的。传感器支持MODBUS协议，便于设备之间的数据交换传输。通过提取声纹振动信号和安装表面温度信息，然后将数据通过485总线上传到PLC模块或上位机。485加速度传感器内置可读可写寄存器，主机可下发代码修改从机 （传感器）采集参数，控制传感器的采集策略。和传统的传感器相比较，该传感器除了可进行内置定制运算外，还可支持波形数据的上传，用来做进一步的深入分析。

硬件连接方案

[458传感器方案优势]

l 传感器使用和安装方便，只需要在现场设备上面黏贴一个安装座，即可使用螺丝紧固安装在设备外壳上，无需对设备进行破坏性处理；

l 传感器结构紧凑，体积小巧，便于携带和运输；

l 数据通讯运用工业RS485通讯标准,使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号；

l 支持MODBUS协议， 便于设备之间的数据交换传输；

l 传感器采购成本较传统振动信号采集设备低很多，可以极大地降低设备采购和维护费用；

l 云端数据展示界面直观易用，在跟踪参数变化的同时，可以下载原始信号数据做进一步的故障分析。

[数据采集方案]

硬件组成：

485智能传感器（包含信号汇集和调理）—采集设备运行的振动和安装表面温度信号；

485转4G通讯基站—将485通讯转换为4G通讯，连接485传感器并供电；

本地/云端服务器—监测设备设置，采集设备设置，记录历史数据，并提供后台智能分析模块；

客户端—可以是连接本地网络的任意电脑或者手机*

*当使用本地网络时,手机端软件不可用

软件组成模块：

数据采集驱动：和数据采集设备进行交互的控制软件；

数据整理和存储：对上传到工作站数据进行整理，分类和数据存储管理；

云端管理模块：用于站点设备及传感器的管理和设置；

智能分析模块：针对采集数据的智能分析和结果显示。

软件组成模块：

数据采集驱动：和数据采集设备进行交互的控制软件；

数据整理和存储：对上传到工作站数据进行整理，分类和数据存储管理；

云端管理模块：用于站点设备及传感器的管理和设置；

智能分析模块：针对采集数据的智能分析和结果显示。

[数据智能分析处理流程]

数据智能分析处理主要功能性模块如下图所示。首先对于采集的时间序列数据进行分析，确保采集数据的质量和实时发现采集系统的故障。 在保证采集数据的有效性后，使用FFT， Hilbert-Huang变换，相关性分析等频域，时频域，或时间域分析方法对数据进行处理，并提取相应特征值，比如奇偶次谐波比值，主频副值，谐波主频能量比，信号熵，相关系数等。在有足够多同类型设备的历史失效数据的情况下，可以利用工程学知识结合特征工程方法对特征空间进行筛选。在此基础上训练辨识模型并选择出最优设备失效辨识模型进行实时故障分类识别。在没有足够多同类型设备的历史失效数据的情况下，可以设计异常值检测算法，统计学方法， 运用设备失效模态仿真分析或是工程经验模型来确定特征值的阈值以实现对于设备的健康评估。

同时，在线传感器将不断送回设备的运行数据，利用积累自身运行历史数据，通过对历史数据时间序列设计趋势分析算法，异常值算法来对设备自身的运行状况进行监测和预警。

CMO-One云端监测平台Web端及App端

[云监测平台特性*]

l 配置通道特性参数；

l 设置系统参数；

l 以图表形式实时刷新显示各个测点的监测分析特征数据；

l 根据需要查看和显示某个测点或相关测点的实时波形和频谱分析波形；

l 根据设定时间间隔自动进行历史数据记录；

l 根据设置自动启动报警和报警记录功能；

l 可记录报警时刻相关测点的实时波形数据以供后续分析用；

l 将历史数据以趋势曲线的形式显示出来，可给出特定测点参数的总体发展趋势；

l 将实时监测过程的报警记录以表格的形式显示给用户，用户利用此功能可以浏览某一段时间内的超限报警情况，对设备的运行情况有个全面地了解和认识；

l 报警后数据自动导入至智能诊断模块，获取初步分析结果；

l 失效样本和维护记录相结合，可以准确构建关键零部件衰退模型，准确预测剩余寿命。

*云监测平台涉及定制开发，功能需协商确定。

[传感器参数]

[使用效果]

变电站设备通过在线健康状态监测及故障诊断系统，对各种大型关键设备的进行实时监测，并预知设备故障，及时开展预测性维护、减少安全隐患，使现场关键设备得到及时维护，确保了变电站安全、长期、可靠运行。

同时，运用智能监测技术可以方便、快捷、有效地知悉设备运行状态和故障早期表现，将故障消除在萌芽状态，避免设备故障事故，同时也克服过去在维修中长期存在的“过剩维护”和“维修不足”现象，从而提高设备可靠性，延长设备使用寿命，使设备能长周期安全、稳定、满负荷运行。

新一代的工业物联网智能无线传感器相对于传统传感器解决方案，具有成本较低，安装方便，数据可利用性高，更切合智能维护的发展方向。对提高企业的经济效益会起到良好的效果，具有深远的积极意义。