GIS電氣設備的X射線圖像網絡診斷系統研究
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摘 要：在使用GIS設備的過程中會不可避免地發生故障，如果發生故障就進行破拆檢修，會造成嚴重的損失。利用X射線對GIS設備進行非接觸式的無損檢測是一種有效的外部診斷手段，可以確保GIS在不破拆的情況安全運行。本文提出一種X射線圖的GIS設備網絡診斷系統，通過網絡實現GIS設備X射線圖像分布式存儲，診斷結果共享，供各專家會診，從而提高GIS設備故障診斷的準確性，增強設備的可靠性。
關鍵詞：GIS設備;X射線圖像網絡診斷系統;缺陷;故障診斷
中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0016-04
Abstract： In the process of using GIS equipment， faults will inevitably occur. If faults occur， dismantling and maintenance will cause serious losses. Non-contact non-destructive testing of GIS equipment by X-ray is an effective means of external diagnosis， which can ensure the safe operation of GIS without breaking down. In this paper， a network diagnosis system for GIS equipment based on X-ray maps was proposed. The distributed storage of X-ray images of GIS equipment was realized through the network， and the diagnostic results were shared for consultation by experts， so as to improve the accuracy of fault diagnosis for GIS equipment and enhance the reliability of the equipment.
Keywords： GIS equipment;X-ray image network diagnosis system;defects;fault diagnosis
1 GIS電氣設備結構與缺陷分析
1.1 GIS電氣設備結構
GIS電氣設備的主要電氣部件均裝在填充有絕緣氣體的密封金屬容器內[1]（見圖1和圖2）。GIS電氣設備包括斷路器、隔離開關、接地開關、母線、電流互感器、電壓互感器、就地控制柜和電纜終端。GIS電氣設備從功能可劃分為內部傳動系統、密封系統、接地系統、SF6絕緣系統、儲能系統和電氣控制系統。
1.2 GIS電氣設備的缺陷分析
根據GIS設備的功能來討論，產品缺陷可能出現在以下幾個地方。
1.2.1 密封系統。①焊接設備部位有砂眼，密封面的密封性不足，運行一段時間后，密封容器內氣體壓力下降;②連接管道或繼電器底座老化、開裂導致設備密封氣體向外泄漏;③設備滲漏氣隔間會相互影響，如果其中一個氣隔間絕緣降低存在滲漏，其余部分也會受到影響。
1.2.2 SF6絕緣系統。①SF6絕緣系統絕緣性能下降，使氣體微水超標，或氣體純度不合格;②部分廠家用有機物制造的吸濕劑容器，老化后產生雜質，從而影響運行;③繼電器的二次接線終端受潮誤發信，致使DC系統接地[2]。
1.2.3 儲能系統。①液壓彈簧機構的管道、壓力容器，或者氣壓彈簧機構存在泄露;②儲能機構電機長期運行或被頻繁打壓，導致燒損。
1.2.4 電氣控制系統。電氣控制系統缺陷主要體現在合閘線圈、分閘線圈、繼電器損壞[3]。
2 GIS電氣設備的X射線圖像網絡診斷系統結構
2.1 系統總體結構
本系統由總局BS/CS混合服務器單元、地方電力局CS客戶端單元、離線專家客戶端單元三部分組成（見圖3）。總局BS/CS混合服務器單元只有一個，位于電力局總部;地方電力局CS客戶端單元分布在各地方電力局[4]?？偩諦S/CS混合服務器單元和地方電力局CS客戶端單元在電力局內網內。GIS設備X射線圖像及診斷參數分布式地存在總局和地方電力局的數據庫中，通過參數趨勢，對這些參數設置限制，然后根據指定的參數與其限度進行比較來做出維護決策[5];也可以通過導出模塊導出，再通過郵箱、微信等傳給外網專家，外網專家診斷后，再傳回給地方電力局CS客戶端單元。
2.2 各單元結構
2.2.1 地方電力局CS客戶端單元。地方電力局CS客戶端單元由地方局CS客戶端主控模塊、客戶端遠程X射線圖像接收發送模塊、客戶端參數文本接收發送模塊等組成（見圖4）。
地方電力局CS客戶端單元的操作流程如下。用戶通過登錄模塊進入系統，在X射線圖像輸入模塊打開GIS設備X射線圖像，遠程X射線圖像接收發送模塊把圖像發送給總局BS/CS混合服務器單元，再由總局存儲并分發給其他各地的地方電力局CS客戶端單元存儲;用戶使用圖像處理及本地診斷模塊對圖像進行操作，圖像操作參數產生模塊記錄用戶的操作，診斷文本產生模塊產生診斷文本，一方面通過數據庫輸入模塊把操作參數和診斷文本存入本地數據庫，另一方面通過參數文本接收發送模塊發送給總局BS/CS混合服務器單元存儲在數據庫中。專家系統能夠持續監控系統狀況并做出專家決策。由于專家系統是以實際人類專家為模型的，如果事先設定的本地診斷模塊的邏輯存在缺陷，專家系統的本地數據庫可能存在固有的缺陷。但是，通過選擇多位專家來驗證規則和邏輯，則可以避免缺陷并及時更新診斷邏輯[6]。 地方局CS客戶端主控模塊用于地方電力局CS客戶端單元各模塊之間的操作流程。客戶端登錄模塊執行用戶認證操作時，輸入用戶名和密碼，并進入系統，也可以注冊并更改密碼。X射線圖像輸入模塊實現把X射線設備拍攝的圖像輸入系統中?？蛻舳诉h程X射線圖像接收發送模塊實現把X射線大圖像傳送給總局BS/CS混合服務器單元，同時也接收總局BS/CS混合服務器單元傳來的其他電力局的X射線大圖像?？蛻舳藞D像處理及本地診斷模塊可以對輸入的圖像進行變換處理，并診斷X射線圖像是否正常?？蛻舳藞D像操作參數產生模塊提取用戶的對比度、亮度、銳度、灰階提升等操作參數，只需要這些參數就可以通過原始的X射線圖像恢復用戶診斷場景時的圖像，不用每次存儲操作后的圖像。各電力局都存有X射線圖像的復本，所以，只需要傳輸操作參數，就可以恢復用戶診斷場景時的圖像，不需要把診斷場景時的圖像在網絡中傳輸。客戶端診斷文本產生模塊提供診斷表格，供用戶填寫，系統記錄用戶填入的字段內容，連同操作參數一起通過客戶端參數文本接收發送模塊發送給總局BS/CS混合服務器單元?？蛻舳藬祿燧斎胼敵瞿K負責把操作參數、診斷文本、X射線圖像等存入本地數據庫中，也可以從本地數據庫中提取操作參數、診斷文本和X射線圖像。如果遇到疑難癥狀，或者需要交流討論，可進入實時在線專家會診模塊進行在線診斷，不同專家可以對同一幅X射線圖像進行會診。各用戶使用該模塊產生的操作圖像參數和診斷聊天的文本可以通過客戶端參數文本接收發送模塊發送給總局BS/CS混合服務器單元，再由總局BS/CS混合服務器單元分發到各電力局客戶端實時在線專家會診模塊中。而通過客戶端導入導出模塊，可以把X射線圖像連同診斷文本、操作參數導出，通過郵箱、微信等方式發送給網外離線專家客戶端單元，由離線專家進行診斷，并將診斷結果導入地方電力局CS客戶端單元。
2.2.2 總局BS/CS混合服務器單元結構?？偩諦S/CS混合服務器單元由總局BS/CS混合服務器主控模塊、服務器遠程X射線圖像接收發送模塊等組成（見圖5）。
總局BS/CS混合服務器單元的數據流程如下。服務器登錄模塊在各電力局登錄后，BS查詢模塊中可查詢各電力局上傳圖像的信息、可對有診斷結果信息在BS報表生成模塊中生成報表，在BS打印模塊中打印;CS數據偵聽模塊不斷偵聽圖像接收發送模塊和服務器參數文本接收發送模塊，也可通過服務器遠程X射線圖像接收發送模塊、服務器參數文本接收發送模塊轉發到各地方電力局CS端客戶端單元。機器自動識別模塊將識別結果送給主控模塊。
客戶端輸入輸出模塊實現把操作參數、診斷文本及圖像導出，送給外網離線專家客戶端單元?？偩諦S/CS混合服務器主控模塊用于各模塊之間操作流程的控制。服務器登錄模塊輸入用戶名和密碼進入系統，也可以注冊和修改密碼。BS查詢模塊主要查詢各電力局的GIS設備信息;BS報表生成模塊按一定格式輸出檢測報告;BS打印模塊可以在線打印報表及各種查詢結果。服務器遠程X射線圖像接收發送模塊和服務器參數文本接收發送模塊分別與地方電力局CS客戶端單元中的客戶端遠程X射線圖像接收發送模塊和客戶端參數文本接收發送模塊相連，進行地方電力局CS客戶端單元和總局BS/CS混合服務器單元間X射線圖像和參數文本相互傳輸。與此同時，搭建起機器自動識別模塊深度學習框架，憑借圖片診斷數據作為機器深度學習訓練數據，以提高機器自動識別準確率。
2.2.3 離線專家客戶端單元結構。離線專家客戶端單元由離線客戶端導入導出模塊、離線客戶端主控模塊等模塊組成（見圖6）。
3 GIS電氣設備的X射線圖像網絡診斷系統的優點
?、侔裍射線圖像由本地診斷做成網絡診斷，各電力局都能快速查看其他局的診斷結果，也能快速會診，有利于大家進行交流，共同提高診斷水平。
②GIS設備X射線圖像采用分布式存儲，各電力局都存有其他電力局的復本，有利于保證存儲安全。
③服務器采用機器自動識別模塊，利用深度學習框架把每次的診斷結果都作為深度學習訓練數據，進一步提高了機器自動識別水平，加快了問題處理速度。
4 GIS電氣設備的X射線圖像網絡診斷系統的發展趨勢
GIS設備X射線圖像往往比較大且有時不夠清晰，X射線圖像網絡診斷系統中的專家系統需要判斷X射線圖像是否進行圖像增強變換，以便提高顯示故障的效率;現有GIS設備X射線圖像大多在本地實時檢測，在本地電力局不能準確判斷時，通過網絡實現GIS設備X射線圖像分布式存儲，診斷結果共享，專家共同會診，必將提高故障判斷的準確性，增加設備的可靠性。
參考文獻：
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[6]劉有為，李光范，高克利，等.制訂《電氣設備狀態維修導則》的原則框架[J].電網技術，2003（6）：64-67.
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