變電站一次設(shè)備智能診斷技術(shù)及高級(jí)應(yīng)用

摘 要：建設(shè)智能化的變電站對(duì)站內(nèi)設(shè)備的選擇、數(shù)據(jù)采集、通信等環(huán)節(jié)都提出智能化的需求，對(duì)變電站監(jiān)測水平也提出了智能化要求，提高一次設(shè)備監(jiān)測智能化水平已迫在眉睫。文章結(jié)合具體工作實(shí)踐，描述了一次設(shè)備的智能診斷實(shí)現(xiàn)方式和高級(jí)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能診斷；狀態(tài)監(jiān)測；狀態(tài)評(píng)估；高級(jí)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）17-0118-02

1 一次設(shè)備智能診斷實(shí)現(xiàn)方式

傳統(tǒng)的變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)在分析設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)，通信規(guī)約不統(tǒng)一，分析手段單一化。原來系統(tǒng)采用的IEC三比值法，上下限報(bào)警等方法進(jìn)行故障粗分時(shí)，會(huì)出現(xiàn)缺碼，較高的誤報(bào)率，判斷輕微故障時(shí)不靈敏等一些問題，而且對(duì)數(shù)據(jù)的分析不深入。

1.1 實(shí)現(xiàn)方式

專家診斷系統(tǒng)可以對(duì)變電站在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的分析，以此提高變電站監(jiān)測診斷系統(tǒng)的智能化水平。專家系統(tǒng)利用多方面的數(shù)據(jù)可對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行故障細(xì)分，結(jié)合大量故障案例所積累的經(jīng)驗(yàn)及多種智能方法來進(jìn)行綜合診斷，這樣能夠使故障診斷效果有較大的提高。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)采用了一下三種方案：

①通過加入自我改進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)及模式識(shí)別，解決了誤報(bào)警的問題，一次設(shè)備倒母線導(dǎo)致TV角度變化的問題；增加數(shù)據(jù)自動(dòng)處理，自動(dòng)診斷功能，定期生成診斷報(bào)表；依靠專家診斷系統(tǒng)來對(duì)設(shè)備故障的診斷，大小及發(fā)展趨勢；對(duì)于避雷針的監(jiān)測，增加了雷擊次數(shù)計(jì)數(shù)功能，可以充分結(jié)合對(duì)環(huán)境溫濕度等影響因素的研究，對(duì)避雷器的運(yùn)行狀態(tài)做出更全面，準(zhǔn)確的判斷。

②采用機(jī)器學(xué)習(xí)的策略，實(shí)現(xiàn)使用多種理論，包括神經(jīng)元模型以及函數(shù)逼近論的方法，以符號(hào)演算為基礎(chǔ)的規(guī)則學(xué)習(xí)，決策樹學(xué)習(xí)，基于馬爾可夫過程的增強(qiáng)學(xué)習(xí)，引入了認(rèn)知心理學(xué)中歸納，解釋，類比等概念。具體的理論基礎(chǔ)是模糊理論，同時(shí)運(yùn)用矩陣論等數(shù)學(xué)工具，解決方案從部分和整體的角度提出了層次逐次分解法和正交函數(shù)系分解法，并采用了模糊推理。機(jī)器學(xué)習(xí)采用了梯度上升學(xué)習(xí)算法和遺傳學(xué)習(xí)算法。通過機(jī)器學(xué)習(xí)，可使模式識(shí)別適用于變電設(shè)備的在線監(jiān)測的故障診斷系統(tǒng)。

③應(yīng)用完備的故障診斷功能，友好的軟件顯示界面，可以根據(jù)收集到的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)定的邏輯判斷關(guān)系，分析出設(shè)備的運(yùn)行狀況，進(jìn)行必要地處理，處理的結(jié)果寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)通過客戶端界面查看分析結(jié)果。此外，還可按有效值進(jìn)行報(bào)警，避雷器的阻性電流和容性設(shè)備的介質(zhì)損耗按標(biāo)準(zhǔn)工況進(jìn)行報(bào)警，并解決突發(fā)性故障的監(jiān)測問題。在提供可靠的分析判據(jù)的基礎(chǔ)上，提高數(shù)據(jù)的靈敏度，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合的判斷，從而對(duì)變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做出更全面的判斷。

1.2 與傳統(tǒng)的變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)比較

與傳統(tǒng)的變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)相比，應(yīng)用于智能變電站的在線監(jiān)測系統(tǒng)在以下幾個(gè)方面作了重大的改進(jìn)，具體包括：

①建立了變壓器智能診斷模型，包括色譜診斷模型，微水診斷模型，放電模型，對(duì)套管絕緣監(jiān)測使用的因賽特診斷模型，負(fù)荷溫度模型，溫度老化模型，對(duì)于OLTC監(jiān)測的I2T診斷模型，針對(duì)繞組振動(dòng)監(jiān)測的振動(dòng)頻譜診斷模型。這些模型可以組成一套完整的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)。

②通過斷路器的智能數(shù)字接口，能夠?qū)崟r(shí)的采集高壓斷路器的各種運(yùn)行狀態(tài)，具體記錄的信息包括：三相電流，合閘線圈的電流，分閘線圈的電流，輔助接點(diǎn)變化，油泵電機(jī)或彈簧儲(chǔ)能電機(jī)的工作電流，斷路器動(dòng)作全過程監(jiān)測，機(jī)構(gòu)箱溫濕度。

③避雷器在線監(jiān)測。通過在本體上安裝檢測儀可對(duì)全電流和阻性電流進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在線監(jiān)測分析單元分析傳輸過來的信號(hào)。除了具有放電計(jì)數(shù)和漏電電流指示的基本功能，本系統(tǒng)還可對(duì)個(gè)避雷器放電的事件順序進(jìn)行記錄。便于事故分析和異常情況報(bào)警。

2 一次設(shè)備智能診斷技術(shù)高級(jí)應(yīng)用

智能電網(wǎng)建設(shè)是一項(xiàng)高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程，智能變電站技術(shù)的發(fā)展也是如此，電力企業(yè)都應(yīng)根據(jù)自己的技術(shù)水平特點(diǎn)，制定有針對(duì)性的在線監(jiān)測發(fā)展方向和技術(shù)路線。目前我國變電站在線監(jiān)測和智能診斷水平有了很大的提高，出現(xiàn)了一些智能診斷技術(shù)的高級(jí)應(yīng)用。

①設(shè)備管理。實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備智能化管理是智能診斷系統(tǒng)的重要部分，主要包括下列信息的記錄和收集：設(shè)備技術(shù)參數(shù)；日常運(yùn)行中記錄的維護(hù)日記；設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)缺陷的記錄；系列產(chǎn)品的缺陷記錄；檢修設(shè)備的記錄；對(duì)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)的記錄；系統(tǒng)采集的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)； SCADA采集的設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。根據(jù)以上記錄可建立變電設(shè)備檔案卡，并結(jié)合評(píng)價(jià)，診斷和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測目標(biāo)的全景化。

②設(shè)備狀態(tài)全景化信息庫。支持信息一體化平臺(tái)應(yīng)用要求，站內(nèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)統(tǒng)一從標(biāo)準(zhǔn)接口獲取，從而可以對(duì)不同的外部數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的建模，站控層采用一體化全景化平臺(tái)與電力數(shù)據(jù)網(wǎng)相聯(lián)。

③試驗(yàn)管理方面。為了清楚的知道各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可調(diào)取各主要設(shè)備往年的各種試驗(yàn)（高壓，油，儀表，繼電保護(hù)，遠(yuǎn)動(dòng)等各班組的經(jīng)驗(yàn)）的詳細(xì)信息進(jìn)行縱向橫向的比較，繪制出試驗(yàn)曲線。

④響應(yīng)高級(jí)應(yīng)用功能。主要是預(yù)警管理?；趯?duì)全站設(shè)備對(duì)象數(shù)據(jù)建模的情況下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全站數(shù)據(jù)的分類預(yù)警，信號(hào)過濾，并能提出故障處理指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)基于管理，檢修和實(shí)時(shí)運(yùn)行一體化的預(yù)警系統(tǒng)。

⑤故障診斷。確定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)施優(yōu)化檢修需要運(yùn)用多種技術(shù)，除了采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)等常規(guī)技術(shù)之外，基于知識(shí)學(xué)習(xí)的人工智能算法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，遺傳算法等，自適應(yīng)的能力強(qiáng)，智能化高。更加符合智能變電站高級(jí)應(yīng)用的要求。但是，現(xiàn)有的人工智能算法運(yùn)算時(shí)間長，實(shí)時(shí)計(jì)算能力差，有必要開發(fā)新的滿足實(shí)時(shí)運(yùn)算要求的人工智能算法。

⑥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模塊以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估導(dǎo)則為依據(jù)，按照輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的模型，流程和方法，確定設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)值。通過識(shí)別設(shè)備潛在的內(nèi)部缺陷和外部威脅，分析設(shè)備遭到失效威脅后的資產(chǎn)損失程度和威脅發(fā)生概率，通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型得出設(shè)備在電網(wǎng)中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。內(nèi)容包括確定資產(chǎn)類別，識(shí)別缺陷和威脅，計(jì)算損失程度，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值。設(shè)備狀態(tài)和風(fēng)險(xiǎn)值是檢修計(jì)劃安排的依據(jù)。

⑦設(shè)備狀態(tài)檢修。智能變電站中電流和電壓的采集，操作命令的下達(dá)和執(zhí)行，可以通過光纖實(shí)現(xiàn)信息的有效監(jiān)測，變電站內(nèi)可以有效地獲取電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，各種IEDs的故障和動(dòng)作的數(shù)據(jù)和信息。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備從定期檢修改變?yōu)闋顟B(tài)檢修，對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修可以減少設(shè)備停運(yùn)的時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 智能變電站技術(shù)難點(diǎn)

現(xiàn)階段，智能變電站技術(shù)已經(jīng)取得長足進(jìn)步，也有不少的示范變電站投入運(yùn)行，這充分證明了發(fā)展智能變電站的思路是正確的，技術(shù)路線是可行的。就目前的技術(shù)而言，存在一些不足，延遲了智能變電站技術(shù)的推廣，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

①供電公司人員技術(shù)人員儲(chǔ)備不足。智能變電站的構(gòu)架模式和傳統(tǒng)變電站發(fā)生了本質(zhì)的變化，信息傳輸和功能需要依賴于通信技術(shù)，對(duì)通信，自動(dòng)化方面的知識(shí)要求提高了。

②部分關(guān)鍵設(shè)備仍然依賴進(jìn)口，國產(chǎn)化水平亟待提高。盡管我國電力設(shè)備的制造水平有了較大的進(jìn)步，但部分產(chǎn)品與國外產(chǎn)品相比，在制造工藝水平上，設(shè)備質(zhì)量，使用壽命等方面仍存在差距，影響了智能變電站的設(shè)備國產(chǎn)化。

③變電站的設(shè)備建模，數(shù)據(jù)通信均基于IEC 61850規(guī)范，對(duì)站內(nèi)，與主站之間的通信規(guī)約有待規(guī)范。

④與下一代調(diào)度系統(tǒng)的配合。智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)全面采用面向服務(wù)體系的結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一建模，電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警技術(shù)，需要進(jìn)行智能變電站站內(nèi)設(shè)備信息和運(yùn)行維護(hù)策略與電力調(diào)度系統(tǒng)全面互動(dòng)的研究。

⑤智能高級(jí)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，業(yè)界引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，Agent等技術(shù)，盡管取得了一定的研究成果，但是可靠性有待提高。

⑥變電站內(nèi)統(tǒng)一信息平臺(tái)的構(gòu)建。針對(duì)傳統(tǒng)變電站應(yīng)用系統(tǒng)眾多，信息孤立等問題，急需開展基于統(tǒng)一信息平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)研究，將SCADA、五防閉鎖、同步相量采集、智能操作票、倒閘順序控制等功能集成。

4 新技術(shù)發(fā)展前景

變電站正在進(jìn)入一個(gè)智能化時(shí)代，智能變電站技術(shù)的進(jìn)步必然以智能一次技術(shù)的發(fā)展為前提和載體；同時(shí)，也只有在現(xiàn)有技術(shù)條件下，實(shí)事求是，扎實(shí)穩(wěn)步的推進(jìn)智能一次技術(shù)的研究，才能更好地為建設(shè)智能變電站服務(wù)。

盡管智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展取得了巨大的進(jìn)步，但距離建設(shè)智能電網(wǎng)的目標(biāo)仍有很長的路要走。智能變電站作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一，有很大的發(fā)展空間。目前，風(fēng)能，太陽能等清潔能源為代表的分布式發(fā)電技術(shù)，極大地?cái)U(kuò)充了智能變電站的技術(shù)內(nèi)涵和外延；基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的信息建模和數(shù)據(jù)通信則已經(jīng)在變電站內(nèi)廣泛的應(yīng)用；智能化一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，自診斷，可視化等技術(shù)也開始在普及。

5 結(jié) 語

智能變電站在技術(shù)運(yùn)行和管理水平上較傳統(tǒng)變電站有一個(gè)全面的提升，隨著變電站智能化方向的轉(zhuǎn)型發(fā)展，變電站重要一次設(shè)備的在線監(jiān)測與故障診斷得到越來越多的重視。本文提出的智能診斷實(shí)現(xiàn)方式和高級(jí)應(yīng)用可以滿足一次設(shè)備智能化和狀態(tài)檢修的需要，也指出了智能變電站建設(shè)的難點(diǎn)和前景，這為以后智能變電站的建設(shè)提供了借鑒。

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