電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)

林偉

【摘要】在進(jìn)入新時(shí)代之后，我國(guó)的科技取得了快速發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)設(shè)備投入到生產(chǎn)和生活當(dāng)中。這些技術(shù)設(shè)備對(duì)于電力擁有很高的依賴，所以應(yīng)當(dāng)保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。只有保障電力系統(tǒng)的完善，才能夠避免出現(xiàn)大范圍的供電事故，保證人們生活和生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。電氣設(shè)備的運(yùn)行情況會(huì)直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，要求人們做好電氣設(shè)備的檢查與維修工作。對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，降低故障因素造成的負(fù)面影響。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);設(shè)備;狀態(tài)監(jiān)測(cè);故障診斷技術(shù)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.33.098

高壓輸電線路是電力輸送的關(guān)鍵，尤其是在智能電網(wǎng)的核心構(gòu)成中，為了滿足較大范圍和規(guī)模的供電需求，必須確保高壓輸電線路達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行要求。電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有科學(xué)的監(jiān)測(cè)作用，可以對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)的和實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，為了達(dá)到更好的監(jiān)測(cè)質(zhì)量和效果，需要加強(qiáng)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，針對(duì)多元化的監(jiān)測(cè)需求，不斷完善系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)。但技術(shù)的提高受到較多因素的影響，導(dǎo)致較多的系統(tǒng)問題，不僅無法達(dá)到監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，還會(huì)造成電力設(shè)備運(yùn)行故障，所以更要注重電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可實(shí)現(xiàn)性。

1、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的必要性

為了保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)并需要擁有良好的故障診斷技術(shù)。在電力設(shè)備的具體運(yùn)行過程中，難以避免的會(huì)由于各種外部因素和內(nèi)部因素的影響出現(xiàn)相關(guān)故障;同時(shí)，由于電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行，建設(shè)材料難以避免的會(huì)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(yán)重時(shí)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(guān)故障的發(fā)生，電力企業(yè)必須能夠有效地對(duì)整體設(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行正確診斷。

按照傳統(tǒng)的檢測(cè)方式，相關(guān)工作人員需要對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的裝置及運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，分析采集得到的數(shù)據(jù)與狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，最后得到檢驗(yàn)結(jié)果。整個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障分析的基本步驟都是首先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行設(shè)備的特征提取，完成對(duì)整體狀態(tài)的評(píng)估。通過這些步驟，可以有效地對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和資料積累;通過詳細(xì)的數(shù)據(jù)記錄，建立起科學(xué)的分析模板，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能存在的問題，確保整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，防止故障發(fā)生;最后，通過相關(guān)的監(jiān)測(cè)與控制，完成對(duì)設(shè)備的測(cè)評(píng)和結(jié)果的有效分析，達(dá)到預(yù)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)工作異常的目的。

2、電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)組成

2.1硬件系統(tǒng)

設(shè)備發(fā)出信號(hào)量反饋給紅外測(cè)量單元，中央處理器在接收信息和處理信息的過程中，會(huì)將紅外輻射信息輸送至檢測(cè)器當(dāng)中，轉(zhuǎn)換器將這些信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，使接收處理器能夠進(jìn)行使用。與此同時(shí)，這些電信號(hào)會(huì)在系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行放大、補(bǔ)償以及線性化，這些已經(jīng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的信息會(huì)再次輸送至中央處理器當(dāng)中。激光系統(tǒng)會(huì)運(yùn)用集中式紅外探測(cè)器來測(cè)量和距離遠(yuǎn)距離目標(biāo)，在測(cè)量過程中需要保持精準(zhǔn)度，中心點(diǎn)精確定位信號(hào)。通過放大器、濾波器、積分器和線性化電路進(jìn)行處理。在這項(xiàng)系統(tǒng)當(dāng)中，激光輻射信號(hào)也可以被轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)，進(jìn)而使其在系統(tǒng)當(dāng)中能夠得到更好的運(yùn)用，中央處理器作為整個(gè)系統(tǒng)的核心組件，需要保障中央處理器設(shè)施與配備的合理性與科學(xué)性。選擇微處理器單元的過程中，應(yīng)當(dāng)選取PC/104模塊，這樣的模塊擁有體積小、功能強(qiáng)、低耗能的優(yōu)勢(shì)。

2.2軟件系統(tǒng)

一般情況下，軟件系統(tǒng)會(huì)包括記錄系統(tǒng)和專家系統(tǒng)。記錄系統(tǒng)在此過程中，主要負(fù)責(zé)處理器通信的系統(tǒng)，能夠?qū)Ω黜?xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，實(shí)現(xiàn)收集和存儲(chǔ)，并將各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。專家系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)分析和推斷數(shù)據(jù)。通過開發(fā)診斷功能來制定科學(xué)合理的維護(hù)計(jì)劃，保障整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。專家系統(tǒng)通常是由知識(shí)庫和規(guī)劃庫共同組成，結(jié)構(gòu)由BNF代表。規(guī)則庫則是由故障樹的形態(tài)進(jìn)行展示，能夠表達(dá)相關(guān)數(shù)據(jù)的領(lǐng)域知識(shí)。數(shù)據(jù)庫主要包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種數(shù)據(jù)庫形式，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫主要被用于診斷動(dòng)態(tài)信息，靜態(tài)數(shù)據(jù)庫則是主要被用于專家推理信息。通過動(dòng)態(tài)與靜態(tài)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫的結(jié)合，能夠有效提升對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，保障整體工作效果。在設(shè)計(jì)軟件的時(shí)候，專家軟件通過混合推理的方式進(jìn)行診斷，主要形式為在線診斷和離線診斷。在線診斷時(shí)會(huì)運(yùn)用到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析處理，并且最終得到故障診斷結(jié)果，而離線診斷方式通常會(huì)使用人機(jī)界面來進(jìn)行故障診斷。

3、電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的方法

3.1變電站運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)

針對(duì)變電站運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)測(cè)需求，以安全和視頻防護(hù)監(jiān)測(cè)為主，通常是無人值班監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以在減少人力資源的基礎(chǔ)之上，達(dá)到更加準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、出入口監(jiān)測(cè)、防盜報(bào)警和火災(zāi)預(yù)警等監(jiān)測(cè)目的。主要通過紅外線、紫外線和電子煙感等技術(shù)，收集變電站內(nèi)環(huán)境溫度、變電站外環(huán)境溫度和風(fēng)速雨量等數(shù)據(jù)信息，記錄變電站可能產(chǎn)生的明火、漏電、煙霧和進(jìn)排水等情況。監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)向子站系統(tǒng)傳輸，最后由集控中心對(duì)全部數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理，達(dá)到密集型排查電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)效果。

輸電網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息內(nèi)容較多，以變電站運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)最為關(guān)鍵，當(dāng)數(shù)據(jù)信息異常表示變電站存在故障問題時(shí)，可通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控終端，窗口自動(dòng)切換，將報(bào)警信號(hào)和圖像傳輸，并自動(dòng)確定報(bào)警位置和類型，還可與警笛或照明等設(shè)備聯(lián)動(dòng)，強(qiáng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的警示意義。險(xiǎn)情的監(jiān)控和自我檢查需求，可通過視頻單元系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，對(duì)事故地點(diǎn)和實(shí)際情況進(jìn)行全方位的智能化跟蹤。

3.2監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電

監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電必須嚴(yán)格遵守供電要求，尤其是桿塔上實(shí)用電池存在更換難度較大的問題。既不能懸掛較長(zhǎng)的導(dǎo)線，也不能從高壓輸電線路取電，可以采用安裝節(jié)點(diǎn)的方式，通過太陽能供電系統(tǒng)，為監(jiān)測(cè)子站和部分圖像傳感器節(jié)點(diǎn)提供所需電能。主要在于太陽能供電系統(tǒng)可以通過光照滿足設(shè)備的持續(xù)供電需求，但要注意電池容量的選擇，可以根據(jù)設(shè)備的功耗和連續(xù)陰雨天數(shù)等實(shí)際情況，計(jì)算出免維護(hù)鉛酸蓄電池的所需容量。電池組件也必須根據(jù)實(shí)際情況選擇，包括發(fā)電量、電池電壓和設(shè)備功耗等情況，供電系統(tǒng)的體積和重量需要根據(jù)桿塔在抗風(fēng)和承重等情況設(shè)計(jì)，才能確保太陽能供電系統(tǒng)達(dá)到供電要求。為避免對(duì)導(dǎo)線造成損傷等不良影響，采用電磁感應(yīng)供電的方式設(shè)置導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。為防范輸電線路荷載不足或繼電保護(hù)跳閘等情況引起的斷電現(xiàn)象，在設(shè)備上加裝電磁感應(yīng)供電的蓄電池。

3.3發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)

在當(dāng)前的電力系統(tǒng)當(dāng)中，發(fā)電機(jī)會(huì)長(zhǎng)期進(jìn)行高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，需要對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行密切的監(jiān)測(cè)，全面了解發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中可能存在的安全隱患，并且及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期出現(xiàn)癥狀的故障，針對(duì)故障進(jìn)行綜合性分析，了解故障發(fā)生的原因以及可能造成的影響，對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性維修，避免故障擴(kuò)大化造成較為嚴(yán)重的后果，保證電能供應(yīng)的穩(wěn)定性與安全性。及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障問題，能夠有效降低故障對(duì)發(fā)電機(jī)本身的危害，有效延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)的使用壽命，在當(dāng)前階段，世界范圍內(nèi)的發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)通常是通過FOVM或者GCM來完成。這些設(shè)備可以有效對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果出現(xiàn)了異常情況會(huì)及時(shí)進(jìn)行預(yù)警報(bào)告，工作人員能夠根據(jù)預(yù)警報(bào)告的類型，采取相應(yīng)的措施，促進(jìn)異常情況的有效解決，保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定。

發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)將發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)過程中產(chǎn)生的各項(xiàng)參數(shù)和相應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行充分記錄，并且保存在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。在監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的過程中，會(huì)將當(dāng)前產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，審視發(fā)現(xiàn)機(jī)是否保持正常的運(yùn)行狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)了異常情況，需要及時(shí)反饋到相應(yīng)的故障診斷系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行綜合評(píng)估與分析，判斷故障產(chǎn)生的類型以及影響范圍。系統(tǒng)發(fā)出不同級(jí)別的警告，使相應(yīng)的工作人員能夠根據(jù)警告類型來判斷故障類型，進(jìn)而及時(shí)采取有效的解決措施，制定合理的維修方案。發(fā)電機(jī)故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，可以將發(fā)電機(jī)多方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行多方位的分析，進(jìn)而掌握其運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況，做出準(zhǔn)確的故障判斷以及等級(jí)評(píng)估。

3.4避雷器在線檢測(cè)

電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，避雷器在線檢測(cè)的重要性較高。尤其是氧化鋅避雷器能達(dá)到高于閥型避雷器的保護(hù)性能，使被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平大大降低，提高運(yùn)行可靠性，減少成本投入。大部分電力系統(tǒng)以氧化鋅避雷器為主，但由于當(dāng)前的氧化鋅避雷器不再會(huì)有間隙，電流在運(yùn)行過程中由氧化鋅閥片經(jīng)過，增加了閥片的劣化速度和程度。當(dāng)無串聯(lián)間隙避雷器產(chǎn)生故障時(shí)，嚴(yán)重程度更高于有串聯(lián)間隙避雷器，為了減少故障的發(fā)生和影響，必須重視氧化鋅避雷器監(jiān)測(cè)。

較大的電容量是氧化鋅閥片的主要特點(diǎn)，電容電流是在運(yùn)行電壓下經(jīng)過閥片的電流。氧化鋅閥片正常運(yùn)行過程中，通過電阻R的微小電流為數(shù)十微安，但有幾百微安以上的電流ic通過閥片電容C，阻性分量在正常情況下達(dá)到5%～20%的全電流占比量。氧化鋅避雷器在線監(jiān)測(cè)的主要目標(biāo)是對(duì)泄漏電流的監(jiān)測(cè)，避免氧化鋅閥片老化導(dǎo)致過大的運(yùn)行電壓電流，確保設(shè)備運(yùn)行整體安全。

結(jié)論：

對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠全面掌握相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決運(yùn)行過程中的異常情況，對(duì)異常情況和故障因素采取應(yīng)對(duì)措施，降低故障擴(kuò)大的可能性。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備管理能夠保障電力設(shè)備安全運(yùn)行，使其保持穩(wěn)定與高效。

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