探討新形勢(shì)下電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)

【摘 要】新形勢(shì)下，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，也帶動(dòng)了電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，其中電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在電力行業(yè)中的重要性也是與日俱增。電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)是整個(gè)電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修的重要組成。文章探討了一個(gè)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及功能，并著重介紹了變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷實(shí)現(xiàn)的方式。本系統(tǒng)利用在線及離線測(cè)量技術(shù)獲得電氣設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，獲取設(shè)備的絕緣狀態(tài)及可能存在的故障。

【關(guān)鍵詞】新形勢(shì)下 電氣設(shè)備 狀態(tài)檢測(cè) 故障診斷

狀態(tài)檢修是以本設(shè)備當(dāng)前實(shí)際的工作狀況為主要依據(jù)，通過(guò)先進(jìn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的手段，可靠評(píng)價(jià)手段及壽命預(yù)測(cè)手段判斷設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。對(duì)故障嚴(yán)重程度、發(fā)生部位、發(fā)展趨勢(shì)做出正確判斷，同時(shí)可識(shí)別故障早期征兆。通過(guò)該系統(tǒng)能夠掌握電力設(shè)備狀態(tài)信息，對(duì)變化發(fā)展趨勢(shì)和使用期限等信息作出預(yù)測(cè)，并能對(duì)各種故障設(shè)備進(jìn)行專家級(jí)診斷，制定檢修方案和策略。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)為電氣設(shè)備的事故檢修，定期檢修，狀態(tài)檢修，以及最終建立電氣設(shè)備狀態(tài)檢修整個(gè)體制提供一個(gè)有效技術(shù)支持。

一、電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)重要性

電氣設(shè)備的定期檢修試驗(yàn)，是整個(gè)電力系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)的一條原則。狀態(tài)檢修是根據(jù)設(shè)備當(dāng)下的實(shí)際情況決定它是否需要及時(shí)檢修，對(duì)需要進(jìn)行檢修的設(shè)備及時(shí)修理，以保證其安全性和運(yùn)行的可靠性，對(duì)于不需要檢修的設(shè)備，可以延長(zhǎng)其檢修周期，在需要檢修時(shí)再進(jìn)行檢修。目前實(shí)際系統(tǒng)中造成電氣設(shè)備內(nèi)部各類(lèi)安全隱患有很多，例如：出廠時(shí)試驗(yàn)不嚴(yán)格、廠家設(shè)計(jì)不夠合理、搬運(yùn)安裝工程中不規(guī)范操作也可能導(dǎo)致絕緣損傷等。較輕的安全隱患在試驗(yàn)中較難發(fā)現(xiàn)，而隨著設(shè)備使用年限的增加，又在外部強(qiáng)大電磁交融的誘導(dǎo)下，安全隱患會(huì)逐步轉(zhuǎn)換為故障，會(huì)導(dǎo)致供電系統(tǒng)隨時(shí)出現(xiàn)停電故障，會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)供電質(zhì)量。

二、故障診斷系統(tǒng)的功能及構(gòu)成

（一）故障診斷系統(tǒng)的功能

本文介紹的故障診斷系統(tǒng)的功能有如下幾個(gè)主要方面：

1.數(shù)據(jù)瀏覽電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)采用的是瀏覽器方式實(shí)現(xiàn)。使用者可以在任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)機(jī)上查詢有關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)，也可以要求主機(jī)對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析和判斷，并將分析結(jié)論返回給使用者。診斷中用到的數(shù)據(jù)則是由數(shù)據(jù)庫(kù)獲取，而診斷結(jié)果存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。這樣，使得本系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)緊密結(jié)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)資源共享，成為一個(gè)有機(jī)整體。

2.故障和災(zāi)害的分析計(jì)算。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生故障和災(zāi)害時(shí)，有助于分析發(fā)生的原因和對(duì)損失的計(jì)算等。

3.智能診斷。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、粗糙集理論這些人工智能理論使用到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障的判斷，故障診斷和檢修建議。具有快速、便捷、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，可以有效提高綜合判斷效率。

4.智能預(yù)測(cè)和決策支持。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和工作狀況，可以預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)。并通過(guò)此調(diào)整設(shè)備工作條件，以保證其正常運(yùn)行。

5.提供相關(guān)設(shè)備在線和非在線狀態(tài)參數(shù)，其中包括互感器、變壓器、絕緣子、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)避雷器等設(shè)備狀態(tài)信息。此系統(tǒng)具備功能：數(shù)據(jù)查詢功能（批量查詢、單位查詢、當(dāng)前數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢），數(shù)據(jù)錄入功能（批量錄入、單個(gè)錄入），歷史數(shù)據(jù)修改功能，數(shù)據(jù)信息顯示功能及數(shù)據(jù)打印輸出功能。

（二）故障診斷系統(tǒng)構(gòu)成

電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，離線和在線診斷結(jié)合的方法，在分析當(dāng)前試驗(yàn)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及在線數(shù)據(jù)之后判斷電氣設(shè)備運(yùn)行狀況，從而得出結(jié)論，為決策者提供必要依據(jù)。本系統(tǒng)包括一下幾個(gè)方面：1.互感器和套管及電容器的在線檢測(cè)；2.變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)；3.動(dòng)態(tài)污穢分析系統(tǒng)；4.ZnO避雷器的在線檢測(cè)；5.SF6斷路器的在線檢測(cè)。

三、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷

電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，其功能主要包括以下部分：顯示有關(guān)于變壓器各種數(shù)據(jù)，其中包括離線的和在線的以及歷史和當(dāng)前的數(shù)據(jù)，色譜和電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)判斷變壓器絕緣狀態(tài)，有效預(yù)測(cè)變壓器絕緣狀態(tài)，并且進(jìn)行相應(yīng)決策支持，對(duì)出現(xiàn)故障的變壓器進(jìn)行有效的智能診斷。具體措施有以下幾個(gè)方面：

（一）各數(shù)據(jù)的輸入

電氣試驗(yàn)的結(jié)果及變壓器背景信息。為了用戶更準(zhǔn)確判斷故障類(lèi)型和故障元件，應(yīng)該將氣相色譜法和電氣試驗(yàn)結(jié)合在一起來(lái)診斷系統(tǒng)所產(chǎn)生的故障。電氣試驗(yàn)是變壓器檢修項(xiàng)目中的電氣試驗(yàn)，背景信息包括變壓器生產(chǎn)日期、型號(hào)、生產(chǎn)廠家和維修記錄等資料。在系統(tǒng)故障診斷過(guò)程中，考慮變壓器背景信息可以提高相關(guān)故障診斷的效率。②變壓器油中氣體的濃度。需要檢測(cè)的氣體濃度有H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、CO2、CO等幾種氣體。這些氣體濃度信息可評(píng)估變壓器絕緣狀態(tài)。當(dāng)變壓器狀態(tài)處于“有問(wèn)題”的階段，就應(yīng)該跟蹤氣體產(chǎn)氣率，以確定變壓器的內(nèi)部是否出現(xiàn)故障。如果變壓器出現(xiàn)了故障，還可以用這些氣體的濃度來(lái)判斷故障的性質(zhì)。在線局部放電放電量、在線氫氣濃度及放電位置。系統(tǒng)在線氫氣濃度及在線局部放電量可以用來(lái)評(píng)估變壓器即時(shí)絕緣狀態(tài)，對(duì)確定故障元件起著十分關(guān)鍵的作用。

（二）基于專家系統(tǒng)的故障性質(zhì)及故障元件的判別

在確定變壓器內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)故障是，首先要用氣相色譜三比值法及特征氣體法來(lái)判斷故障性質(zhì)。其中某性質(zhì)的故障，可能存在若干種元件故障，為了準(zhǔn)確判斷出可能的故障元件，還要配合一些相關(guān)電氣試驗(yàn)。如果某電氣試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了異常，可以根據(jù)試驗(yàn)類(lèi)型來(lái)確定一個(gè)或者幾個(gè)故障的元件。再結(jié)合氣相色譜試驗(yàn)或電氣試驗(yàn)結(jié)果，就可確定故障元件，從而大大地節(jié)約變壓器檢測(cè)和維修的工作量，有效提高維修的正確率。

（三）基于灰色理論的智能預(yù)測(cè)

基于灰色理論的智能預(yù)測(cè)包括檢驗(yàn)變壓器的某一方面性能電氣試驗(yàn)參數(shù)值的預(yù)測(cè)以及對(duì)變壓器絕緣狀態(tài)的預(yù)測(cè)。

（四）基于專家知識(shí)在線狀態(tài)評(píng)估

在變壓器中，氫氣可表征其內(nèi)部是否有故障，而且氫氣濃度也是故障程度的尺度。此外，氫氣量變化速度還可以進(jìn)一步判斷故障發(fā)展的速度。對(duì)變壓器內(nèi)部的局部放電參數(shù)測(cè)試，能夠獲得局部絕緣信息，而局部放電強(qiáng)弱可用來(lái)評(píng)定電氣絕緣缺陷和劣化程度。同離線檢測(cè)技術(shù)對(duì)比，在線測(cè)量有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以及時(shí)測(cè)量雷擊等因素造成的突發(fā)故障，第二，在較低或者較高電壓下進(jìn)行的有關(guān)電氣試驗(yàn)相比，在工作電壓下的在線監(jiān)測(cè)更加符合實(shí)際運(yùn)行的情況。

四、結(jié)束語(yǔ)

電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修包括了設(shè)備可靠性評(píng)估，設(shè)備故障的診斷，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，設(shè)備壽命預(yù)測(cè)以及制定設(shè)備檢修計(jì)劃。本系統(tǒng)工作側(cè)重點(diǎn)主要集中在電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷這兩方面。今后的工作應(yīng)進(jìn)一步研究電氣的功能，其中包括設(shè)備使用壽命預(yù)測(cè)以及設(shè)備檢修計(jì)劃動(dòng)態(tài)形成等方面。