電力系統(tǒng)故障診斷的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析

姜宇航 李博 彭琳琳 金鑫

遼寧省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證中心（遼寧省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院） 遼寧沈陽(yáng) 110000

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，社會(huì)能源消耗不斷增加，現(xiàn)有供電系統(tǒng)面臨越來(lái)越大的壓力，特別是在節(jié)假日和活動(dòng)期間，能源消耗急劇增加，這對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。但無(wú)論是人民的日常生活還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，都必須依靠電力來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行，因此，安全可靠的供電系統(tǒng)是整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。然而，由于氣候環(huán)境和技術(shù)條件的影響，電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)生各種故障。電力系統(tǒng)的故障如果不能及時(shí)解決，將給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)故障診斷的分析和研究，以在最短的時(shí)間內(nèi)解決電力系統(tǒng)故障，使損失最小化。除此之外，隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展壯大，供電系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜，日常工作中的故障頻率也越來(lái)越高，所以，加強(qiáng)電力系統(tǒng)故障診斷的研究對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。

1 電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

與國(guó)外相比，我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展起步較晚，相應(yīng)的電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)不高。對(duì)于故障診斷技術(shù)，大多是積極學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，不斷學(xué)習(xí)和發(fā)展過(guò)程，消化吸收，不斷總結(jié)。

其中，電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展分為三個(gè)階段。第一，初始階段。1979年以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始了解和研究電力系統(tǒng)的設(shè)備診斷技術(shù)，特別是設(shè)備診斷技術(shù)的基礎(chǔ)理論，并對(duì)其進(jìn)行了深入的研究。大約10年后，我過(guò)開(kāi)始學(xué)習(xí)和研究設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信號(hào)處理等電力系統(tǒng)技術(shù)。第二，發(fā)展階段。20世紀(jì)90年代，隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展和現(xiàn)代管理的逐步發(fā)展，診斷技術(shù)在這一時(shí)期的發(fā)展也非常迅速。以故障分類(lèi)、模式識(shí)別、智能專(zhuān)家系統(tǒng)及其計(jì)算（故障樹(shù)計(jì)算、模糊邏輯計(jì)算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、遺傳計(jì)算等）為例，理論研究與生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，我國(guó)的實(shí)用特征故障診斷理論也在不斷完善。通過(guò)認(rèn)真研究和創(chuàng)新，提出了一套符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一體化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，對(duì)促進(jìn)我國(guó)設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展起到了重要作用。第三，成熟階段。目前，該系統(tǒng)的運(yùn)行主要是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、智能化和網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控。人們將設(shè)備診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)故障診斷。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)診斷是基于被診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停?dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)潮流的變化，這可能是根據(jù)潮流的變化進(jìn)行計(jì)算。一般采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，但由于存在許多不確定因素，難以滿(mǎn)足當(dāng)前電力發(fā)展的新要求，因此，目前電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的研究主要采用智能方法[1]。

2 電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的故障問(wèn)題

目前，我國(guó)電力系統(tǒng)的故障是指接入電力系統(tǒng)的設(shè)備不能正常工作，不能發(fā)揮其自身的功能，最終導(dǎo)致電力系統(tǒng)不能正常運(yùn)行作。在整個(gè)系統(tǒng)中，若其中的某個(gè)設(shè)備或部件出現(xiàn)故障，就會(huì)影響整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行。

比較常見(jiàn)的故障有以下幾種：一是電氣系統(tǒng)的輸電線(xiàn)路出現(xiàn)了故障。事實(shí)上，有很多電線(xiàn)的絕緣體已經(jīng)被風(fēng)和太陽(yáng)損壞。部分輸電線(xiàn)路受到強(qiáng)風(fēng)天氣的影響，導(dǎo)致線(xiàn)路出現(xiàn)偏移或短路。雖然這些輸電線(xiàn)路中的故障可以通過(guò)電線(xiàn)分離進(jìn)行糾正，但是其故障仍然存在。二是電力設(shè)備中的變壓器故障。變壓器在整個(gè)輸電線(xiàn)路中起著重要的作用。變壓器出現(xiàn)故障后，可能會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害。通常，變壓器故障的主要原因是電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高，除此之外，變壓器本身的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，價(jià)格昂貴，所以，工人必須密切關(guān)注變壓器故障。三是電力系統(tǒng)母線(xiàn)故障，全廠或全所出現(xiàn)停電。母線(xiàn)故障一般包括母線(xiàn)短路和母線(xiàn)保護(hù)動(dòng)作錯(cuò)誤。當(dāng)中心變電站母線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，將給人們?cè)斐蓢?yán)重的損失[2]。

3 電力系統(tǒng)故障診斷發(fā)展的趨勢(shì)分析

首先，現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)在不斷加強(qiáng)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、數(shù)學(xué)與智能技術(shù)的發(fā)展，使電力系統(tǒng)故障診斷方法不斷革新。從現(xiàn)階段對(duì)電力系統(tǒng)故障診斷的理論以及相應(yīng)的方法研究中可以清楚地認(rèn)識(shí)到，故障診斷系統(tǒng)的研究仍然處于理論層次與模型等方面的研究與探索，并沒(méi)有向成功且實(shí)用的方向發(fā)展。其次，由于之前的技術(shù)過(guò)于陳舊，設(shè)施過(guò)于粗糙，導(dǎo)致信息資源相對(duì)有限，所以電力系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)，大部分依賴(lài)于調(diào)度端或者是變電站，之后再通過(guò)利用SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息或者是站內(nèi)綜合的自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的信息收集來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)度[3]。

隨著當(dāng)前系統(tǒng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使電力系統(tǒng)故障錄波專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)得到了加強(qiáng)。而電力故障診斷系統(tǒng)的建設(shè)，使得大量的信息孤島被紛紛納入到了系統(tǒng)之中。比如，錄波器信息與雷電定位信息、保護(hù)裝置信息等設(shè)備。通過(guò)進(jìn)行相應(yīng)的采集、運(yùn)輸、存儲(chǔ)和處理方式，為電力故障處理提供了強(qiáng)大的信息資源支持。

同時(shí)，由于該類(lèi)型的珍貴信息還未在新的電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)中提供相應(yīng)的基礎(chǔ)支撐。為了進(jìn)一步使電力系統(tǒng)故障診斷的研究方向得到擴(kuò)展，在對(duì)電力故障診斷理論進(jìn)行實(shí)用化的過(guò)程當(dāng)中，需要充分注重對(duì)信息的收集，以及實(shí)施對(duì)電力系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)構(gòu)建和故障綜合信息的預(yù)處理及其相應(yīng)的診斷工作。

4 電力系統(tǒng)故障診斷

4.1 模糊理論的電力系統(tǒng)故障診斷

在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)故障診斷中，因潛在的故障和故障清除之間的聯(lián)系，使相關(guān)工作人員很難區(qū)分，影響診斷結(jié)果的準(zhǔn)確度。而隨著模糊理論的應(yīng)用，保證模糊控制器進(jìn)一步完善，進(jìn)一步提高解決電力系統(tǒng)故障的能力。模糊控制器因由兩個(gè)自適應(yīng)模糊系統(tǒng)構(gòu)成，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障，及時(shí)進(jìn)行處理，相比于傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制更為先進(jìn)。該理論的應(yīng)用在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)故障診斷的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新，依靠模糊理論獨(dú)有的特性進(jìn)行處理，保證電力系統(tǒng)故障診斷結(jié)果的精準(zhǔn)度。在電力系統(tǒng)工作中，若出現(xiàn)診斷結(jié)果不精準(zhǔn)的時(shí)候，可以采取本方法與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障診斷相結(jié)合的方式進(jìn)行處理，以保證診斷的結(jié)果[4]。

4.2 信息理論的電力系統(tǒng)故障診斷

信息理論的電力系統(tǒng)故障診斷主要是以信息理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用其實(shí)用性的特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)故障診斷進(jìn)行信息融合的過(guò)程。通過(guò)應(yīng)用該系統(tǒng)診斷可對(duì)故障產(chǎn)生的原因及相應(yīng)保護(hù)裝置的原理進(jìn)行了解，運(yùn)用該方式不但簡(jiǎn)單快捷，而且效果顯著，對(duì)電力系統(tǒng)的故障診斷具有重要的作用[5]。

在電力系統(tǒng)故障診斷中，為明確掌握電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定特性，對(duì)其有關(guān)聯(lián)性的系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，必須優(yōu)化信息結(jié)合、信號(hào)處理等工作，對(duì)保護(hù)設(shè)備、錄波信息合理使用，保證故障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.3 遺傳算法的電力系統(tǒng)故障診斷

為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的全局優(yōu)化，必須仿照生物進(jìn)化，運(yùn)用遺傳算法。在電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，遺傳算法可以依據(jù)元件故障與保護(hù)動(dòng)作間的關(guān)聯(lián)性將診斷轉(zhuǎn)換為整數(shù)，進(jìn)行全局優(yōu)化的過(guò)程。當(dāng)運(yùn)用遺傳算法時(shí)，保護(hù)元件及斷路器出現(xiàn)拒動(dòng)時(shí)，代表電力系統(tǒng)故障已將診斷完成。遺傳算法的電力系統(tǒng)故障診斷的優(yōu)勢(shì)是可以站在全局的角度去優(yōu)化電力系統(tǒng)故障，發(fā)現(xiàn)故障原因，但診斷數(shù)字模型、明確差異性等問(wèn)題還必須進(jìn)行深入研究。

4.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)故障診斷

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用可以有效去除電力系統(tǒng)中的噪音數(shù)據(jù)，對(duì)電力系統(tǒng)故障進(jìn)行科學(xué)處理。其主要原理是通過(guò)控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)閾值獲取相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，將其分布在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，具有一定的隱秘性，進(jìn)而有效改善電力系統(tǒng)中存在的故障。因人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生記憶，進(jìn)一步可以獲得充足的隱形知識(shí)點(diǎn)，以此達(dá)到快速糾正電力系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并將所獲得的知識(shí)點(diǎn)、數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的系統(tǒng)中，快速準(zhǔn)確的清理掉系統(tǒng)中的故障[6]。

另外，運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因其會(huì)產(chǎn)生記憶，會(huì)相應(yīng)的在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存入數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作提供了參考價(jià)值，減少了人力、物力等浪費(fèi)資源情況，在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

5 電力系統(tǒng)故障診斷研究的發(fā)展方向

5.1 電力系統(tǒng)健康診斷的研究

電力系統(tǒng)的故障診斷是通過(guò)結(jié)合其故障的特征，以及對(duì)已經(jīng)發(fā)生過(guò)的故障系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和對(duì)故障問(wèn)題發(fā)展程度進(jìn)行精準(zhǔn)的判斷，提出對(duì)電力系統(tǒng)的健康診斷研究方向，并對(duì)各項(xiàng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行掃描，結(jié)合掃描的結(jié)果建立起相應(yīng)的健康檔案。同時(shí)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，結(jié)合其特征的變化、診斷的健康程度，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行報(bào)警，如果到了一定程度，可以對(duì)其進(jìn)行消除。因此，可以清楚地認(rèn)識(shí)到電力系統(tǒng)健康診斷不僅包含了故障的診斷，同時(shí)還包含了對(duì)故障的預(yù)測(cè)。所以在內(nèi)容與時(shí)間上都得到了進(jìn)一步延伸[7]。比如，從內(nèi)容上，就如同由大病逐漸變成了小??；從時(shí)間上來(lái)看，則是從故障時(shí)逐漸延伸到了平時(shí)。所以電力系統(tǒng)的健康診斷，可以做到防患于未然。

此外，消除電力系統(tǒng)中前者的故障，從而有效防止突發(fā)性事故的發(fā)生，減少不必要的損失。但是，該方向的研究相對(duì)較少，所以還需要進(jìn)行深入研究。

5.2 電力系統(tǒng)故障診斷的實(shí)用化方向研究

首先，盡管電力系統(tǒng)的故障診斷研究時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，也在研究過(guò)程中取得了相應(yīng)的成果，但是，對(duì)于其實(shí)質(zhì)性的需求還有一定的距離，實(shí)用性也相對(duì)比較差。因此，需要得到電力企業(yè)的進(jìn)一步支持[8]。其次，還需要結(jié)合先進(jìn)的科研機(jī)構(gòu)的研究實(shí)力，對(duì)電力系統(tǒng)故障診斷的實(shí)用化進(jìn)行加強(qiáng)研究。

通過(guò)對(duì)當(dāng)前電力系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展情況、故障綜合信息的收集與整理得到充分的認(rèn)識(shí)，以及故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、故障綜合信息的預(yù)處理等。同時(shí)，對(duì)區(qū)域的電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)建設(shè)，可以利用智能化的診斷方式，實(shí)現(xiàn)診斷范圍中的故障分析處理。并為檢修人員在找尋事故原因的過(guò)程中提供相應(yīng)的幫助。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，在對(duì)四案例系統(tǒng)故障診斷的過(guò)程中，要對(duì)電力系統(tǒng)的安全且穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行保證，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)也面臨一定的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，通過(guò)對(duì)不同的故障診斷技術(shù)研究，對(duì)電力系統(tǒng)故障做出準(zhǔn)確的診斷，并提出有效的改進(jìn)措施，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員的總結(jié)，對(duì)故障診斷技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，在一定程度上對(duì)電力行業(yè)的發(fā)展提供基礎(chǔ)。