輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)的研究

楊虹++張來(lái)福++姜敏++田赟++白鷺

摘 要： 為了對(duì)輸變電設(shè)備故障進(jìn)行正確診斷，對(duì)輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)，建立了基于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)一年中的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)綜合分析，詳細(xì)介紹了利用在線監(jiān)測(cè)的輸變電設(shè)備故障診斷方法的操作流程和執(zhí)行程序，體現(xiàn)了輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的強(qiáng)大實(shí)用性。

關(guān)鍵詞： 輸變電設(shè)備； 在線監(jiān)測(cè)； 狀態(tài)診斷； 運(yùn)行分析

中圖分類(lèi)號(hào)： TN913?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）09?0163?03

Abstract： In order to diagnose the fault of the power transmission and transformation equipment accurately， the online monitoring system of the power transmission and transformation equipment status is researched and developed. The power transmission and transformation equipment state online monitoring system based on online monitoring technology was established. The statistics comprehensive analysis was performed for the operation data in a year. The operation process and execution procedure of the fault diagnosis online monitoring method of the power transmission and transformation equipment are introduced in detail to show the powerful and practical state online monitoring system of the power transmission and transformation equipment.

Keywords： power transmission and transformation equipment； online monitoring； status diagnosis； operation analysis

0 引 言

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)同樣處于高速發(fā)展階段，在這一過(guò)程中，出現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題：一是電力企業(yè)由定期維修轉(zhuǎn)向狀態(tài)維修的需求十分迫切，這是因?yàn)殡S著電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，定期維修導(dǎo)致的設(shè)備過(guò)度維修或漏修事件不斷增加，這一狀況不僅降低了電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，而且造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，急需解決；二是國(guó)外商家瞅準(zhǔn)中國(guó)的這一商機(jī)，利用商業(yè)手段將其在自己國(guó)家處于試驗(yàn)階段的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備銷(xiāo)售給我國(guó)，他們憑借自身從事輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)累積的經(jīng)驗(yàn)，不斷侵占中國(guó)市場(chǎng)，而國(guó)內(nèi)的情況卻是截然相反的兩種情況，沒(méi)有能力搞技術(shù)研發(fā)的單位搖身變成國(guó)外廠家的代理商，用大量的廣告搶占市場(chǎng)，而具有能力從事技術(shù)研發(fā)的單位卻受制于資金問(wèn)題和缺乏市場(chǎng)能力，無(wú)法將研制的成果付諸實(shí)際應(yīng)用，也就無(wú)法大量的生產(chǎn)，這就導(dǎo)致我國(guó)擁有全球最大的輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與診斷裝置市場(chǎng)，但卻無(wú)力將市場(chǎng)掌握在自己的手中，無(wú)法轉(zhuǎn)化為技術(shù)研發(fā)的動(dòng)力。

1 輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

輸變電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指所有可以獲取輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的方法和手段，常用的有在線監(jiān)測(cè)、離線檢測(cè)及試驗(yàn)、不與運(yùn)行設(shè)備直接接觸的監(jiān)測(cè)三種方法。其中，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是指直接安裝在輸變電設(shè)備本體上可以實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征量的測(cè)量系統(tǒng)及技術(shù)。

輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展是伴隨著設(shè)備維修思想的變化而進(jìn)行的。但是需要指出的是，設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)不等于狀態(tài)監(jiān)測(cè)，設(shè)備狀態(tài)診斷也不等于設(shè)備狀態(tài)在線診斷。

設(shè)備狀態(tài)診斷是一種思想，而設(shè)備狀態(tài)在線診斷只是方法之一。設(shè)備狀態(tài)在線診斷技術(shù)是把檢測(cè)設(shè)置直接安裝在設(shè)備上，對(duì)設(shè)備的故障類(lèi)型、位置等參數(shù)進(jìn)行獲取，然后結(jié)合一些歷史數(shù)據(jù)做出診斷。所有這些方法都要統(tǒng)攝在設(shè)備狀態(tài)診斷之下，它要根據(jù)某一刻在線監(jiān)測(cè)獲取設(shè)備的某一特征量，把這一測(cè)量值與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向和橫向的比較，縱向比較指將其與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，橫向比較指將其與同類(lèi)設(shè)備或同一設(shè)備不同的在線監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

因此，基于在線診斷的要求，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須具有能反映各種特征量的監(jiān)測(cè)功能、豐富的專(zhuān)家系統(tǒng)和智能化的診斷能力。

2 輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于以上分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立面向準(zhǔn)實(shí)時(shí)連續(xù)型數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲(chǔ)和綜合加工處理的統(tǒng)一系統(tǒng)。

2.1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體思路

本輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在充分借鑒國(guó)內(nèi)外成熟輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立的統(tǒng)一框架，并且考慮當(dāng)前的國(guó)內(nèi)應(yīng)用水平和未來(lái)的發(fā)展要求，以先試點(diǎn)后推廣的方式逐步推進(jìn)該輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體思路見(jiàn)圖1。

（1） 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方面：該系統(tǒng)面向的是準(zhǔn)實(shí)時(shí)連續(xù)型數(shù)據(jù)，建立一個(gè)對(duì)連續(xù)型數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、傳輸、存儲(chǔ)和綜合加工處理的統(tǒng)一系統(tǒng)框架。

（2） 輸電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方面：監(jiān)測(cè)裝置的安裝位置是重要籌劃的內(nèi)容，對(duì)于輸電設(shè)備較為重要、而且不容有故障的區(qū)域主要有以下幾類(lèi)：一是電壓高的區(qū)域，如超高壓、特高壓骨干網(wǎng)線；二是負(fù)載大的區(qū)域，如重載線路；三是維修接近困難的區(qū)域，如地質(zhì)不良區(qū)、微地形微氣象地區(qū)等；四是容易遭到外力破壞導(dǎo)致故障的區(qū)域。在這些大區(qū)域中都應(yīng)該安裝和部署在線監(jiān)測(cè)裝置。

（3） 變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)方面：對(duì)于變電設(shè)備的監(jiān)測(cè)裝置的部署，應(yīng)該對(duì)變電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響進(jìn)行綜合評(píng)估，依據(jù)電壓等級(jí)的高低不同，運(yùn)行年限的長(zhǎng)短不一，以及實(shí)際的運(yùn)行狀況和周?chē)h(huán)境等進(jìn)行科學(xué)合理的配置。一般而言，變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)該重點(diǎn)安裝在以下區(qū)域：要求是500 kV及以上變電站，在其變壓器、斷路器及電抗器、電容器和金屬氧化物避雷器等重要設(shè)備上安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備。

2.2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體構(gòu)架

本文提出一種輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型，模型框架圖如圖2所示。

由圖2的輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型可知，該系統(tǒng)的核心即主站系統(tǒng)。主站系統(tǒng)與生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)統(tǒng)一的整體，但又保持彼此相對(duì)獨(dú)立，主站系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)服務(wù)、輸變電CAG、輸變電監(jiān)測(cè)應(yīng)用以及生產(chǎn)管理等功能，而生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)則是實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，二者之間的統(tǒng)一則由PI3000平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

另外，主站系統(tǒng)還需要實(shí)現(xiàn)一定的外界功能，需要把主要的監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸出去，供管理者和應(yīng)用者參考使用。為實(shí)現(xiàn)這一功能，主站系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的接口功能，主要的接口有：

企業(yè)服務(wù)總線接口。這一接口的主要功能是為主站系統(tǒng)提供大量的調(diào)度、雷電、氣象等數(shù)據(jù)信息，同時(shí)，主站系統(tǒng)也通過(guò)企業(yè)服務(wù)總線把標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳遞給其他相關(guān)橫向系統(tǒng)。

WMS/WFS接口。該接口為主站系統(tǒng)提供地理信息系統(tǒng)平臺(tái)的地理信息數(shù)據(jù)，同時(shí)，把相應(yīng)的設(shè)備信息傳輸給地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺(tái)。

統(tǒng)一視頻平臺(tái)接口。該接口方便信息的互通，可以快速準(zhǔn)確地下發(fā)控制指令，也可以及時(shí)接收相關(guān)的視頻數(shù)據(jù)信息。

3 輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行分析

通過(guò)一年的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，列舉說(shuō)明系統(tǒng)中反映的實(shí)際案例。

3.1 變電在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用

通過(guò)變電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，成功避免了兩起設(shè)備重大事故：一是換流變磁屏蔽接觸不良事故；二是電抗器C相等電位連線燒斷事故。這兩起事故的發(fā)生都十分突然，而且極具隱蔽性，危害后果十分巨大，通過(guò)變電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)有效地處理了這兩起事故隱患，避免導(dǎo)致巨大的財(cái)產(chǎn)損失。

2013年6月12日，產(chǎn)品型號(hào)為JJDKWY?246670/457（A）的某換流變磁屏蔽故障，該部件曾經(jīng)在一年之前重新投入運(yùn)行，在這之后發(fā)現(xiàn)該線的乙炔開(kāi)始增長(zhǎng)，雖然速度很緩慢，但是一直持續(xù)進(jìn)行，直到增長(zhǎng)到1.6 ppm時(shí)，開(kāi)始趨于穩(wěn)定，見(jiàn)圖3。而在事發(fā)當(dāng)日，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)值突然開(kāi)始大幅度升高，之后又趨于緩慢增長(zhǎng)，如圖3所示。根據(jù)這一數(shù)據(jù)的變化基本可以判定是換流變的內(nèi)部出現(xiàn)了放電現(xiàn)象。據(jù)此組織相關(guān)人員對(duì)該換流變磁屏蔽進(jìn)行帶電超聲波的局放定位，然后進(jìn)行排油，并組織內(nèi)檢，確定依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的判斷是正確的，并成功排除了故障。

2013年6月5日，某線電抗器在試驗(yàn)中出現(xiàn)乙炔、乙烯、總烴三項(xiàng)數(shù)據(jù)均超標(biāo)的情況，系統(tǒng)查詢(xún)?cè)摬考男畔l(fā)現(xiàn)，該電抗器投運(yùn)時(shí)間已經(jīng)超過(guò)20年，而且是500 kV電抗器，這次試驗(yàn)之前該電抗器進(jìn)行過(guò)大修，這是大修后的首次投運(yùn)，在這樣的情況下數(shù)據(jù)超標(biāo)，經(jīng)過(guò)數(shù)次的反復(fù)調(diào)看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，顯示指標(biāo)一直呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而且十分明顯，根據(jù)這一數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)可以判定電抗器的內(nèi)部也產(chǎn)生了放電。于是對(duì)有問(wèn)題設(shè)備進(jìn)行停電，迅速組織搶修人員進(jìn)行維修，并在排油后對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行仔細(xì)的檢查，在此驗(yàn)證了依據(jù)輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷是正確的。

3.2 輸電在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用

在輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行期間，成功解決兩次輸電線路故障：一次是某線微氣象監(jiān)測(cè)500 kV某線跳閘，出現(xiàn)這一突發(fā)狀況后，系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)信息顯示故障線路點(diǎn)的氣溫為-4 ℃，當(dāng)線路處的氣溫降低到冰點(diǎn)以下后，周?chē)目諝鉂穸染蜁?huì)接近飽和狀態(tài)，這是大氣環(huán)境所致，然后導(dǎo)致冰水混合物開(kāi)始在絕緣子表面形成，當(dāng)達(dá)到一定程度，就會(huì)造成導(dǎo)電，致使線路跳閘，監(jiān)測(cè)圖如圖4所示。

另一次，某線微氣象監(jiān)測(cè)某1線、某2線30號(hào)鐵塔倒塔，系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)顯示倒塔的地方最大風(fēng)速達(dá)到了36 m/s，10 min內(nèi)的平均風(fēng)速也已經(jīng)達(dá)到了28 m/s，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鐵塔的設(shè)計(jì)抗風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，由此可以判斷倒塔是大風(fēng)導(dǎo)致的。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，輸變電設(shè)備變得越來(lái)越多樣化，設(shè)備的制造結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜化，在這樣的前提下，針對(duì)輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)，建立了基于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)對(duì)一年中的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)綜合分析，典型的事故案例還原，詳細(xì)介紹了在線監(jiān)測(cè)的輸變電設(shè)備故障診斷方法的操作流程和執(zhí)行程序，由此可以看出輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的強(qiáng)大實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)了最初的目標(biāo)。

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