淺議基于分解產(chǎn)物分析的SF6電氣設(shè)備故障檢測(cè)方法

肖馳夫，黃建波，周忠武

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司，浙江 杭州 311232）

能源消耗帶來了巨大的環(huán)境問題，在這種情況下，人們對(duì)清潔能源的需求越來越高。電力能源就是一種清潔能源，越來越受人們的歡迎。SF6電氣設(shè)備正是在這種應(yīng)用需求背景下出現(xiàn)的。由于SF6電氣設(shè)備較其他種類的電氣設(shè)備性能更為優(yōu)越，因此，其被廣泛地應(yīng)用于電力行業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，且多應(yīng)用于電力系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如母線、變壓器等節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)的電力故障將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的電力事故。對(duì)SF6電氣設(shè)備而言，設(shè)備內(nèi)的SF6氣體狀態(tài)是衡量電氣設(shè)備安全狀態(tài)的一個(gè)十分重要的指標(biāo)。現(xiàn)有的SF6氣體電力常規(guī)檢測(cè)包括氣密檢測(cè)和漏點(diǎn)檢測(cè)兩方面，這兩種方法分別檢測(cè)了SF6氣體的氣壓和氣體含水量，但這兩項(xiàng)檢測(cè)內(nèi)容不能很好地反映設(shè)備內(nèi)SF6氣體的狀態(tài)。

大量的研究表明，正常運(yùn)行的電氣設(shè)備內(nèi)也會(huì)發(fā)生較為頻繁的放電行為，而放電會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)的SF6氣體分解，生成新的衍生物，長(zhǎng)期下去，衍生物的濃度將會(huì)升高，進(jìn)而導(dǎo)致氣體的絕緣能力下降，造成安全隱患。為了全面地了解設(shè)備內(nèi)氣體的狀態(tài)，需要設(shè)計(jì)新的檢測(cè)方法。傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法檢測(cè)效率低，不能實(shí)時(shí)進(jìn)行故障檢測(cè)，不滿足目前的檢測(cè)需求，因此，本文基于分解產(chǎn)物分析法，設(shè)計(jì)了SF6電氣設(shè)備故障檢測(cè)方法，對(duì)制定完備的設(shè)備維修方案提供經(jīng)濟(jì)、可靠的參考。

1 基于分解產(chǎn)物分析SF6電氣設(shè)備故障檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

1.1 提取SF6電氣設(shè)備故障特征值

本文選用光譜圖法提取SF6電氣設(shè)備故障特征，需要確定故障產(chǎn)生式譜峰的具體位置。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，SF6的吸收峰值在1600～500，因此，為了確定SF6電氣設(shè)備的故障特征具體數(shù)值，提出了譜圖定量分析算法。根據(jù)光與氣體吸收濃度關(guān)系式計(jì)算，此時(shí)的吸收強(qiáng)度X，計(jì)算公式如（1）所示。

式中，K代表光度系數(shù)，C代表氣體濃度，S代表光路直徑。根據(jù)此時(shí)的吸收強(qiáng)度，繪制故障特征提取譜圖，進(jìn)行初步分析，縮小譜圖中的故障特征差異，提取特征參量，構(gòu)建具有預(yù)測(cè)性能的故障特征值提取模型，如（2）所示。

式中，R(t)代表故障特征數(shù)值，m、n為模型輸出節(jié)點(diǎn)，out代表故障特征矢量，可以使用（2）計(jì)算此時(shí)特征峰所處的位置，劃分特征范圍，為后續(xù)分解檢測(cè)做準(zhǔn)備。

1.2 基于分解產(chǎn)物分析檢測(cè)分解產(chǎn)物

根據(jù)上文劃分的特征范圍，使用分解產(chǎn)物分析法，檢測(cè)SF6電氣設(shè)備故障產(chǎn)生氣體的分解產(chǎn)物。選擇規(guī)格參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)的分解產(chǎn)物監(jiān)測(cè)裝置，利用分解產(chǎn)物分析法中的流動(dòng)原則，檢測(cè)此時(shí)SF6氣體分解的產(chǎn)物。

分解產(chǎn)物分析法檢測(cè)主要分為幾個(gè)檢測(cè)步驟。首先，進(jìn)行正常檢測(cè)，對(duì)變電站的GIS進(jìn)行產(chǎn)物調(diào)查，調(diào)查不同變電站的氣室個(gè)數(shù)和分解狀態(tài)，再根據(jù)這些信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)氣比對(duì)，保證儀器的可靠性。其中，二氧化硫的組分標(biāo)準(zhǔn)值為2.0μL/L，硫化氫的標(biāo)準(zhǔn)組分為3.0μL/L，一氧化碳的標(biāo)準(zhǔn)值為50μL/L。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行特征比對(duì)，檢測(cè)分解產(chǎn)物的含量是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。如果檢測(cè)的含量不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，證明此時(shí)的電氣設(shè)備存在某些故障，需要進(jìn)行故障篩查。如果在檢測(cè)時(shí)，已經(jīng)知道此時(shí)的設(shè)備處于異常狀態(tài)，需要排除放電故障，結(jié)合電氣試驗(yàn)綜合分析，準(zhǔn)確定位此時(shí)電氣設(shè)備故障位置。

1.3 實(shí)現(xiàn)SF6電氣設(shè)備故障檢測(cè)

在故障檢測(cè)過程中，提取的某些數(shù)據(jù)指標(biāo)可能過于復(fù)雜，面對(duì)這種情況，在實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備故障檢測(cè)時(shí)，需要使用主成分分析法進(jìn)行降維，得到故障檢測(cè)數(shù)據(jù)分解矩陣，如下（3）所示。

矩陣（3）中，n代表故障數(shù)量，P代表觀測(cè)指標(biāo)，X代表檢測(cè)樣本，根據(jù)該矩陣，結(jié)合故障特征提取模型，分解產(chǎn)物檢測(cè)數(shù)值，可實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備故障準(zhǔn)確檢測(cè)。如果檢測(cè)后的數(shù)據(jù)呈多方向排布的狀態(tài)，需要進(jìn)行坐標(biāo)多維轉(zhuǎn)化，計(jì)算矩陣差值，與標(biāo)準(zhǔn)矩陣進(jìn)行比對(duì)，判斷此時(shí)電氣設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)SF6電氣設(shè)備的故障檢測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)

為了檢測(cè)設(shè)計(jì)的基于分解產(chǎn)物分析的故障檢測(cè)方法有效性，將其與傳統(tǒng)的檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，搭建測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如下。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

選取某地區(qū)110kV的電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該設(shè)備的型號(hào)為ZF6-110出廠日期為2010年1月1日，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其開關(guān)氣室經(jīng)常出現(xiàn)升溫現(xiàn)象，超出標(biāo)準(zhǔn)溫度2～3℃，此時(shí)檢測(cè)的電氣設(shè)備異常圖像如圖1所示。

圖1 電氣設(shè)備異常圖像

根據(jù)圖1的設(shè)備異常圖像，制定設(shè)備故障檢測(cè)計(jì)劃，經(jīng)過多次人工篩查，未見明顯異常，為確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，本次測(cè)試在斷電的情況下進(jìn)行測(cè)試。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

分別使用本文設(shè)計(jì)的電氣設(shè)備故障檢測(cè)方法和傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法進(jìn)行故障檢測(cè)，記錄在該設(shè)備10處可能異常區(qū)域的檢測(cè)結(jié)果，記錄檢測(cè)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，在10處故障檢測(cè)中本文的故障檢測(cè)所需的時(shí)間短，且能成功檢測(cè)出該電氣設(shè)備的故障，因此，本文設(shè)計(jì)的方法檢測(cè)效率高，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

綜上所述，及時(shí)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)對(duì)保障電力設(shè)備安全，避免出現(xiàn)電力事故有重要意義，因此，本文基于分解產(chǎn)物分析設(shè)計(jì)了新的電氣設(shè)備故障檢測(cè)方法，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)的方法檢測(cè)效率高，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，有一定的應(yīng)用價(jià)值，但此次實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的裝置較單一，可能存在誤差，需要在后續(xù)使用中不斷進(jìn)行優(yōu)化。