電力系統(tǒng)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術

江蘇潤和智融科技有限公司 姚 剛

通過對電力設備狀態(tài)進行監(jiān)測和科學合理的診斷，可以降低相關設備的運行與維護成本，使整個系統(tǒng)的運行更加安全。本文對電力設備狀態(tài)監(jiān)測和相關的故障診斷的實際應用情況進行了闡述。

在對整個電力系統(tǒng)進行監(jiān)測和故障診斷的過程中，對于具體設備和系統(tǒng)的綜合分析與常規(guī)測試都十分重要，有效保障這兩點就可以及時的消除相關的安全隱患，使電力系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行。另外，可以通過引入計算機技術、信息技術與人工智能技術，以便更好地對檢測到的故障進行具體判斷，分析其影響因素和可能造成的事故結果，尋找故障原因之間的內在規(guī)律，探索更加有效的故障診斷技術與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

1 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的必要性

為了保證電力系統(tǒng)安全運行，需要對整個系統(tǒng)的設備狀態(tài)進行嚴密的監(jiān)測并需要擁有良好的故障診斷技術。在電力設備的具體運行過程中，難以避免的會由于各種外部因素和內部因素的影響出現(xiàn)相關故障；同時，由于電力系統(tǒng)的長期運行，建設材料難以避免的會由于電熱氣候等原因出現(xiàn)老化，一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，有可能造成的后果就是區(qū)域性的停電，嚴重時甚至有可能引起大規(guī)模停電，造成非常重大的損失。為了避免相關故障的發(fā)生，電力企業(yè)必須能夠有效地對整體設備和相關系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)測，同時對可能發(fā)生的故障進行正確診斷。

按照傳統(tǒng)的檢測方式，相關工作人員需要對整個電力系統(tǒng)的裝置及運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行記錄，對相關參數(shù)進行控制，分析采集得到的數(shù)據(jù)與狀態(tài)進行評估，最后得到檢驗結果。整個狀態(tài)監(jiān)測與故障分析的基本步驟都是首先進行數(shù)據(jù)采集與分析，根據(jù)分析的結果進行設備的特征提取，完成對整體狀態(tài)的評估。通過這些步驟，可以有效地對整個系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行收集和資料積累；通過詳細的數(shù)據(jù)記錄，建立起科學的分析模板，可以及時發(fā)現(xiàn)并處理可能存在的問題，確保整個系統(tǒng)的安全運行，防止故障發(fā)生；最后，通過相關的監(jiān)測與控制，完成對設備的測評和結果的有效分析，達到預測系統(tǒng)出現(xiàn)工作異常的目的。

2 狀態(tài)監(jiān)測

2.1 狀態(tài)檢測具體應用

狀態(tài)監(jiān)測主要適用于對電力系統(tǒng)主設備運行狀況的檢測，眾多絕緣故障、機械故障等一系列故障的發(fā)生機理還未能研究明確，要保證對主設備故障的有效監(jiān)測是有一定技術難度的。相比較在線監(jiān)測而言，通過人工打開主設備機蓋進行檢修是具有更好的定位性，更容易明確故障發(fā)生的位置與原因。

根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測獲得和積累到的原始數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)進行分類管理。運用新技術改變原有的管理方式，對存在故障隱患的設備進行及時的檢修，同時還可以減少人力物力的浪費，降低了管理維修成本，也保證了設備運行的安全性。

2.2 在線狀態(tài)監(jiān)測核心技術

在進行在線狀態(tài)監(jiān)測的過程中，主要包括三個方面的技術即信號收集、數(shù)據(jù)傳輸和信息處理，通過對這三項技術不斷的革新，達到有效監(jiān)測整個電力系統(tǒng)的最終目的。

進行狀態(tài)監(jiān)測的第一步，就是對整個系統(tǒng)運行過程中的各類信號和數(shù)據(jù)進行有效完善的收集。在整個電力系統(tǒng)的監(jiān)測過程中，主要收集的數(shù)據(jù)包括電流電壓頻率、局部放電量、磁感線密度信號等方面。目前來說，常用的收集方法包括定時抽樣和一次性采樣。

當前信息化技術發(fā)展飛速，并且在電力系統(tǒng)領域得到廣泛的應用，通過光纜和數(shù)字信號可以排除其他干擾，可以迅捷的獲得到真實的信息。

在有效采集數(shù)據(jù)之后，還需要進行數(shù)據(jù)的傳輸，但實際上在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中極易受到周圍環(huán)境的干擾。由于具體的傳輸時間和距離要求不同，可以通過對相關信號進行壓縮處理再進行傳輸，提高傳輸速率，增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。由于無線信息傳輸技術的發(fā)展，其已經可以進行大數(shù)據(jù)的迅速傳遞，通過不斷優(yōu)化相關數(shù)據(jù)傳輸技術，縮短了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間，提高了檢測系統(tǒng)工作的可靠性。

在進行數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)傳輸之后，還需要保證數(shù)據(jù)得到正確的處理。在數(shù)據(jù)處理中心接收到相關設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)后，運用合理的數(shù)據(jù)處理方式進行狀態(tài)量分析和數(shù)據(jù)信號轉換，采集而來的數(shù)字信號可以轉化為多種形式，增強了數(shù)據(jù)的可讀性，也增加了設備監(jiān)測的精確性。運用相關智能技術和大數(shù)據(jù)技術，可以達到自動對數(shù)據(jù)信號進行處理和比對，優(yōu)化了整個監(jiān)測數(shù)據(jù)處理流程，使得數(shù)據(jù)處理過程更加的標準化和規(guī)范化。

3 故障診斷

狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷在內容上是十分相近的，都需要對設備工作數(shù)據(jù)進行相關的收集與分析，尋找其可能存在的故障問題。但是狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷仍存在一定區(qū)別，故障診斷要求能夠對已經發(fā)生的故障進行有效的定位分析和判斷，分析故障發(fā)生的程度和可能帶來的后果；狀態(tài)監(jiān)測則是對設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行詳細記錄，建立數(shù)據(jù)庫，對收集到的數(shù)據(jù)進行分類和評估，運用這些數(shù)據(jù)為設備日常維護和故障檢修工作提供經驗和資料。

4 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的工業(yè)實際應用

4.1 設備故障及特點

在整個電力系統(tǒng)中，設備中的故障類型十分多樣，因此需要采取的狀態(tài)監(jiān)測方法存在一定的差異。

根據(jù)具體故障發(fā)展速度的快慢，可以將故障分為瞬變故障和緩變故障。

緩變故障的發(fā)生發(fā)展相對較為緩慢，絕緣故障、冷卻系統(tǒng)故障和機械故障等都屬于緩變故障類型。對于這類故障，可以通過監(jiān)測和診斷對故障征兆進行有效的發(fā)現(xiàn)和定位，了解故障發(fā)展的速度和當前的故障程度，采取相關有效措施，防止故障繼續(xù)擴大。廣電故障是監(jiān)測和診斷系統(tǒng)最主要的監(jiān)控對象。瞬變故障的發(fā)展時間很短，要求繼電保護裝置必須在10ms～20ms之間的時間段內，對這類故障進行迅速處理，防止損失繼續(xù)擴大和發(fā)展。這類故障主要依靠繼電保護減少危害，其有可能是由緩變故障發(fā)展而來，但單純依靠監(jiān)測和診斷技術，并不能完全避免這類故障帶來的損失及影響。

4.2 絕緣故障

絕緣故障是電力系統(tǒng)中最常見的故障之一，眾多的故障產生都是與絕緣有著直接或間接的關系，絕緣的壽命對于設備的使用情況是非常關鍵的，表現(xiàn)在多個用電參數(shù)上，包括受力、受熱、噪聲等眾多方面。該種故障發(fā)生與原有絕緣結構的設計布置、周圍環(huán)境氣候變化情況都有重要關系，具體的形成原因十分復雜多樣。由于電力系統(tǒng)線路的復雜性，要對設備出現(xiàn)的絕緣故障進行有效快速的定位，本身就存在較大困難，運用局部發(fā)油由色譜分析和超聲檢測等重要技術，可以達到對絕緣故障進行監(jiān)測的目的，但相關技術仍需不斷改進。

5 計算機技術與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結合

目前來說傳感技術、信息技術和數(shù)據(jù)庫分析技術已經成為了狀態(tài)監(jiān)測的關鍵技術支撐。

將傳感器通過局域網進行有效連接，建立線上數(shù)據(jù)庫和分析系統(tǒng)，可以達到對整個電力系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)測，協(xié)助故障診斷的進行。不斷發(fā)展的傳感器技術，可以對電信號溫度變化、聲音信號和振動等具體情況進行收集，并將其轉化為電信號進行更好的傳輸，傳感器的靈敏度和精度對整個監(jiān)測工作而言是非常重要的。傳感器的主要設備結構如圖1所示。

圖1 傳感器的主要設備結構

運用數(shù)據(jù)庫可以達到對數(shù)據(jù)的有效分析和提取的目的，其包括的幾個主要環(huán)節(jié)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫分析主要環(huán)節(jié)

結束語：對電力系統(tǒng)進行故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測，本身技術要求較高，操作內容繁雜，而其診斷與監(jiān)測結果對于電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定的工作是非常關鍵的。同時，對電力系統(tǒng)的故障診斷技術也需要不斷的提升。目前而言，傳感器技術、計算機技術、信息技術和數(shù)據(jù)庫分析技術都得到了較大的發(fā)展，國內的變電站和發(fā)電廠已經能夠進行狀態(tài)監(jiān)測，同時擁有了較為完善的故障診斷體系。