電力系統(tǒng)變電一次設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)分析

張輝 談明 林躍敏 張旭峰

摘 要：電力系統(tǒng)變電站是國家電網(wǎng)重要部分，隨著智能信息化的到來，電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控成為不容小覷的問題。本文首先介紹了設(shè)備運行時的生命周期，故障類型，然后介紹了目前比較常用設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)，包括設(shè)備的故障檢測和狀態(tài)預(yù)測兩方面，可以使用機器學(xué)習(xí)，人工智能的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的方法，最后對智能變電的應(yīng)用方向進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；狀態(tài)檢修技術(shù)；智能變電

0 引言

變電站主要包括兩種類型的設(shè)備：一級設(shè)備和二級設(shè)備，一級設(shè)備包括變壓器，互感器和斷路器；二級設(shè)備包括顯示，通信，保護(hù)和控制設(shè)備。目前，變電站正逐漸實現(xiàn)數(shù)字化和信息化交互式發(fā)展，變電站的設(shè)備功能齊全，可以智能實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的采集，設(shè)備的智能監(jiān)控，是一種集成設(shè)備。變壓器逐漸具備智能功能，不僅占用少量的空間，還使用金屬氧化物避雷器保護(hù)變壓器免受沖擊。目前變電一次設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)包括故障修復(fù)策略（BRS）和預(yù)防性維護(hù)策略（PMS）?；跅l件的維護(hù)策略是指在設(shè)備的操作時間內(nèi)定義技術(shù)系統(tǒng)上的修復(fù)操作類型，修復(fù)策略類型主要監(jiān)控設(shè)備故障頻率，設(shè)備狀態(tài)對其有重要影響。

本文就電力系統(tǒng)中變電一次故障檢修技術(shù)進(jìn)行了分析，文章分為三個模塊，第一簡單介紹了變電站設(shè)備運行生命周期，并對每個生命周期階段的故障類型進(jìn)行了詳細(xì)介紹，第二介紹了傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)和目前比較流行的狀態(tài)檢修技術(shù)，最后對智能變電的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

1 設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)基本狀況

一般情況下，設(shè)備在運行時根據(jù)其運行壽命劃分為以下三個階段：早期故障，壽命故障和退化故障。第一階段故障中，即早期失效階段，主要在生產(chǎn)，安裝和調(diào)試階段出現(xiàn)的故障；第二階段，即有用的壽命失效階段，主要是隨機缺陷故障；第三階段，即退化失敗階段，主要是因為設(shè)備老化出現(xiàn)的故障。設(shè)備運行壽命三階段詳見圖一。

設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)允許在最佳時刻進(jìn)行修復(fù)，主要原因包括兩方面，最佳時間進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢修可以有效地防止設(shè)備突然停機造成不好的影響；一般來說設(shè)備狀態(tài)維修需要在合理的經(jīng)濟狀況下進(jìn)行修復(fù)，設(shè)備檢修前進(jìn)行可靠性計算可以將有限的財務(wù)資源用于大多數(shù)比較關(guān)鍵的設(shè)備。

2 變電一次設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)分析

隨著智能化發(fā)展，變電一次設(shè)備檢修技術(shù)也需要不斷更新，基本實現(xiàn)智能化檢修，也就是實現(xiàn)高壓設(shè)備的數(shù)字測量，網(wǎng)絡(luò)控制，狀態(tài)可視化，功能集成，信息交互。關(guān)鍵技術(shù)包括先進(jìn)的傳感器技術(shù)，基于狀態(tài)的監(jiān)測技術(shù)和智能組件技術(shù)。通過內(nèi)部或外部監(jiān)測傳感器，基于狀態(tài)的監(jiān)測技術(shù)可以實現(xiàn)重要的主要設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和可視化，如變壓器，開關(guān)設(shè)備，避雷器等。

智能化一次設(shè)備檢修的實現(xiàn)應(yīng)適當(dāng)采用以下方式：“初級設(shè)備+傳感器+智能組件”。智能組件是智能電子設(shè)備（IED）的靈活配置，其中包括智能終端，合并單元，基于狀態(tài)監(jiān)測的IED等。在未來的設(shè)備檢修技術(shù)上，變電一次設(shè)備將發(fā)展為集成一體的設(shè)備，更加便捷進(jìn)行設(shè)備檢修。

變電設(shè)備一次檢修需要技術(shù)人員擁有相當(dāng)高的技術(shù)水平，檢修的種類主要包括定期檢修，離線檢修和在線檢修。其中定期檢修主要是設(shè)備運行一段時間，在固定的時間段內(nèi)對設(shè)備進(jìn)行停運，定期的對設(shè)備進(jìn)行維修；離線檢修主要是借助一些外來設(shè)備進(jìn)行檢修，檢修技術(shù)設(shè)備主要包括超聲波檢測技術(shù)，紅外成像儀設(shè)備等；在線檢修主要是借助上位機系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行檢修，上位機系統(tǒng)主要包括信息收集系統(tǒng)，信息管理系統(tǒng)等。

變電一次設(shè)備檢修目前比較常用的方法比較多，可以使用機器學(xué)習(xí)相關(guān)算法進(jìn)行智能診斷，傳統(tǒng)基本的檢修方法包括噪聲診斷，振動診斷，射線診斷等。在數(shù)據(jù)量小的情況下可以使用機器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行診斷，例如支持向量機，加速度包絡(luò)，K均值，高斯混合模型等方法。故障診斷之后還需要對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測的方法同樣很多，例如高斯過程回歸狀態(tài)預(yù)測、卡爾曼濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)預(yù)測等各種方法。

不管使用何種方法進(jìn)行故障檢測或狀態(tài)預(yù)測，都需要收集相關(guān)的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理至關(guān)重要，選擇合適經(jīng)濟有效的方法是對技術(shù)人員的一個要求。

3 電力系統(tǒng)智能變電主要應(yīng)用

智能變電作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，其應(yīng)用比較廣泛，可實現(xiàn)智能報警與分析，綜合故障分析，狀態(tài)維護(hù)，源端維護(hù)等功能，實現(xiàn)智能變電站的高效運維。下面從綜合信息平臺、序列控制、智能報警與狀態(tài)分析、源端維護(hù)等方面介紹智能變電主要應(yīng)用方向。

3.1綜合信息平臺

綜合信息平臺主要功能在于收集監(jiān)測各種數(shù)據(jù)，主要是從站層網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，故障狀態(tài)記錄，是一個數(shù)據(jù)庫平臺，為變電故障檢測和狀態(tài)預(yù)測提供強有力的數(shù)據(jù)。一般情況下，綜合信息平臺和服務(wù)器之間不會安裝防火墻，因此信息安全問題必須慎重考慮。最近，為了維護(hù)智能變電站的安全問題，目前將變電站進(jìn)行區(qū)域劃分，一般分為兩個區(qū)域，一個區(qū)域主要任務(wù)在于存儲故障狀態(tài)檢測的評估結(jié)果等信息，另一個區(qū)域主要存儲狀態(tài)檢測收集到的原始數(shù)據(jù)。

3.2 序列控制

序列控制是電力系統(tǒng)重要的程序，主要基于變電站運行命令控制設(shè)備自動執(zhí)行相應(yīng)的操作指令。執(zhí)行每個操作指令之前，都會自動檢查相應(yīng)的邏輯是否合理，發(fā)生錯誤邏輯時，可以中斷和緊急停止設(shè)備運行，同時支持多序列和多個托架的控制和操作的組合。一般來說，序列控制系統(tǒng)和視頻操作系統(tǒng)是緊密相連的，運行設(shè)備時，自動控制系統(tǒng)可以通過控制視頻系統(tǒng)實時的獲取圖像信息，進(jìn)而通過模式識別技術(shù)監(jiān)控設(shè)備目前的狀態(tài)信息，實現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)的交互。

3.3 智能報警與綜合分析

通過建立變電一次故障檢修數(shù)學(xué)模型，可以實現(xiàn)設(shè)備故障狀態(tài)下報警和信息過濾。實時監(jiān)控分析變電設(shè)備的運行狀態(tài)，記錄故障數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的故障報告，通過建立邏輯推理模型，實現(xiàn)智能報警功能，并將設(shè)備的序列數(shù)據(jù)通過上位機軟件直觀的顯示報告檢測結(jié)果。

3.4 源端維護(hù)

根據(jù)DL/T860國家標(biāo)準(zhǔn)，源端維護(hù)技術(shù)至關(guān)重要，主要作用在于保持了變電站與調(diào)度中心之間數(shù)據(jù)模型的一致性，調(diào)度中心結(jié)合信息平臺，可以實現(xiàn)在線遠(yuǎn)程維護(hù)，并且通過信息平臺可以可視化顯示基本的圖形和相應(yīng)的模塊信息。

3.5基于狀態(tài)的維護(hù)

隨著目前技術(shù)的智能化，變電站設(shè)備維護(hù)打破了傳統(tǒng)的“定期維護(hù)”設(shè)備方式，現(xiàn)在可以通過在線監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)實時的智能狀態(tài)維護(hù)方式，這樣不僅僅可以實時監(jiān)控設(shè)備的生命周期，對故障設(shè)備及時進(jìn)行維修，而且降低了人力成本，增加了社會效益。

4 總結(jié)

隨著智能信息化的到來，電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控成為不容小覷的問題，本文就電力系統(tǒng)中變電一次故障檢修技術(shù)進(jìn)行了分析，主要分為三個模塊，首先介紹了變電站設(shè)備運行生命周期主要劃分為三個階段，并對每個階段的故障類型進(jìn)行了詳細(xì)介紹，接著介紹了傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)和目前比較流行的狀態(tài)檢修技術(shù)，最后對智能變電的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述，全面實現(xiàn)設(shè)備檢測智能化成為一種趨勢。

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