電力系統(tǒng)變電一次設(shè)備狀態(tài)檢測與故障檢修方法研究

王晟華 張欣悅

引言

電力系統(tǒng)是保障社會生產(chǎn)和生活正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，其中變電一次設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要[1]。然而，由于長期高強(qiáng)度運(yùn)行及外部環(huán)境等因素的影響，變電一次設(shè)備容易發(fā)生故障，給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來威脅[2]。為解決這一問題，相關(guān)人員針對實(shí)際的情況，設(shè)計(jì)對應(yīng)的變電一次設(shè)備狀態(tài)檢測與故障檢修模式，傳統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)檢測與故障檢修方法多為單向式或者目標(biāo)式，檢測及檢修較容易受到外部環(huán)境及特定因素的影響，導(dǎo)致最終得出的檢修結(jié)果難以達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)[3]。為此本文提出電力系統(tǒng)變電一次設(shè)備狀態(tài)檢測與故障檢修方法。為確保測試數(shù)據(jù)的真實(shí)穩(wěn)定，此次以真實(shí)的環(huán)境作為背景，在介紹變電一次設(shè)備狀態(tài)檢測的技術(shù)原理和方法的同時，設(shè)計(jì)構(gòu)建故障標(biāo)定+自適應(yīng)智能檢修協(xié)同處理模型，結(jié)合交叉輔助修正則是對模型得出的故障檢修結(jié)果進(jìn)行二次核驗(yàn)與比對分析，為提高設(shè)備運(yùn)行可靠性和降低故障率提供參考依據(jù)和理論借鑒。

一、設(shè)計(jì)變電一次設(shè)備狀態(tài)檢測與故障檢修方法

（一）變電一次設(shè)備異常數(shù)據(jù)采集

變電一次設(shè)備的運(yùn)行通常受到多道程序的控制，形成一個循環(huán)性的控制結(jié)構(gòu)。在特定的狀態(tài)下，如果變電一次設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行異?；蛘吖收系葐栴}，會形成異常數(shù)據(jù)，在進(jìn)行故障狀態(tài)檢測或者檢修時，先進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總與采集[4]。

在設(shè)備中安裝傳感器，確保傳感器緊密連接，避免數(shù)據(jù)傳輸過程中的干擾和誤差[5]。設(shè)定兩個檢測階段，通過傳感器采集變電一次設(shè)備的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行異常判定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定。

變電一次設(shè)備在運(yùn)行的過程中如果不符合上述設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，需要利用專業(yè)的設(shè)備對出現(xiàn)異常的位置進(jìn)行標(biāo)定，為后續(xù)的整體預(yù)測及故障檢修奠定基礎(chǔ)條件。

（二）部署多階設(shè)備狀態(tài)感應(yīng)檢測節(jié)點(diǎn)

首先，需要先明確變電一次設(shè)備的覆蓋區(qū)域，并將其劃分為多個區(qū)塊，每個位置部署一定數(shù)量的邊緣檢測節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間互相搭接、關(guān)聯(lián)，形成一個多階測層的檢測框架，隨后，以變電一次設(shè)備的運(yùn)行情況作為引導(dǎo)，設(shè)置接入數(shù)據(jù)采集器，采集頻率為126Hz，節(jié)點(diǎn)布設(shè)的間距為3.5m，可控的傳輸頻次為16次。此時計(jì)算出當(dāng)前邊緣節(jié)點(diǎn)的感應(yīng)檢測限值，如公式（1）所示：

公式（1）中：D為邊緣節(jié)點(diǎn)的感應(yīng)檢測限值，c為感應(yīng)區(qū)域，x為堆疊區(qū)域，s為故障識別距離，t為識別次數(shù)，a為核心控制距離。將得出的檢測限值作為節(jié)點(diǎn)檢測的限制標(biāo)準(zhǔn)，隨后，還需要在一次設(shè)備的核心控制區(qū)域位置設(shè)置一個獨(dú)立的識別感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，將其與邊緣節(jié)點(diǎn)連接，在此形成控制。這樣的形式可以對變電一次設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行全覆蓋，最大程度提升設(shè)備狀態(tài)的檢測效率。

需要注意的是，邊緣節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行檢測標(biāo)準(zhǔn)并不是固定的，可以結(jié)合一次設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況做出調(diào)整，進(jìn)行實(shí)時性檢測。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時，邊緣節(jié)點(diǎn)會立即告警、標(biāo)定，并將異常數(shù)據(jù)整合傳輸?shù)胶诵墓?jié)點(diǎn)位置，再通過核心節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)阶詣踊瘷z修程序中，以形成基礎(chǔ)的狀態(tài)判定結(jié)果，為后續(xù)的故障檢修提供參考。

（三）構(gòu)建故障標(biāo)定+自適應(yīng)智能檢修協(xié)同處理模型

針對上述多階節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)判定的設(shè)備狀態(tài)檢測結(jié)果，對具體的故障位置進(jìn)行標(biāo)定。首先，需要明確設(shè)備故障的實(shí)際類型，舉例來說：運(yùn)行頻率不穩(wěn)定、設(shè)備失控、設(shè)備停機(jī)等問題，隨后，結(jié)合實(shí)際的故障狀況，采集故障信號，通過模型協(xié)同處理，將異常信號與普通信號進(jìn)行比對，對故障差異位置做出具體的標(biāo)定，采集數(shù)據(jù)后以待后續(xù)應(yīng)用。接下來，針對設(shè)備的故障情況，設(shè)計(jì)自適應(yīng)智能檢修協(xié)同處理模型的流程，如圖1所示：

圖1 故障標(biāo)定+自適應(yīng)智能故障檢修模型流程圖示

結(jié)合圖1，實(shí)現(xiàn)對故障標(biāo)定+自適應(yīng)智能檢修協(xié)同模型流程的設(shè)計(jì)。基于此，還需要在故障檢修的過程中，進(jìn)行平均維修時間的把控，具體如下公式（2）所示：

公式（2）中：A為平均維修時間，Q為重復(fù)故障率，b為故障標(biāo)定移位差，t為平均故障間隔時間。將上述計(jì)算得出的平均維修時間設(shè)置為模型的協(xié)同處理檢修時間標(biāo)準(zhǔn)，便于后期的協(xié)同檢修把控。

（四）交叉輔助修正實(shí)現(xiàn)故障檢修

交叉輔助修正是對模型得出的故障檢修結(jié)果進(jìn)行二次核驗(yàn)與比對分析。模型處理之后的設(shè)備雖然可以正常運(yùn)行，但是仍然存在一定的安全隱患，所以，采用交叉輔助修正的方式，設(shè)定周期性的檢修程序，在一次設(shè)備運(yùn)行時，后期一旦出現(xiàn)故障或者異常問題，可以第一時間對故障位置進(jìn)行輔助修正，以交叉的形式，映射其他異常位置，并計(jì)算出故障交叉映射修正可控差值，如下公式（3）所示：

二、方法測試

（一）測試準(zhǔn)備

結(jié)合智能化檢測技術(shù)，對選定的F變電站電力系統(tǒng)變電一次設(shè)備狀態(tài)檢測與故障檢修方法的測試環(huán)境進(jìn)行搭建。F變電站的覆蓋范圍可以劃分為10個區(qū)域，標(biāo)定編號為A1～A10。每一個區(qū)域需要設(shè)置一定數(shù)量的檢測及檢修節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)之間互相搭接關(guān)聯(lián)，形成一個循環(huán)性的識別感應(yīng)程序。設(shè)置5個可控狀態(tài)檢測及故障檢修周期，每周期為7天，周期之內(nèi)相關(guān)人員需要定期對變電站電力系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的設(shè)備進(jìn)行核驗(yàn)及調(diào)整，確保其正常運(yùn)行。當(dāng)前，為保證測試結(jié)果的真實(shí)、可靠，制定3條虛擬化的故障測試指令，導(dǎo)入當(dāng)前的測試平臺及程序之中，以待后續(xù)應(yīng)用比對。建立變電一次設(shè)備檢測檢修樣本集，將正常樣本數(shù)據(jù)和異常樣本數(shù)據(jù)均放置在該樣本集之中，綜合地理位置信息，對當(dāng)前設(shè)備現(xiàn)狀進(jìn)行一個基礎(chǔ)性的判定分析。隨后，進(jìn)行判斷線路變電一次設(shè)備控制測試指標(biāo)及數(shù)值的設(shè)定，如表1所示：

表1 變電一次設(shè)備控制測試指標(biāo)及數(shù)值設(shè)定表

結(jié)合表1，實(shí)現(xiàn)對變電一次設(shè)備控制測試指標(biāo)及數(shù)值的設(shè)定與分析。隨后，基于當(dāng)前的設(shè)備狀態(tài)檢測與故障檢修標(biāo)準(zhǔn)，建立一個基礎(chǔ)的識別檢測矩陣，通過矩陣對每個故障類賦予異常度值為3.25，異常特征值為1.55。利用矩陣對當(dāng)前的故障位置以及設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行描述，形成基本的檢測測試環(huán)境。

（二）測試過程及結(jié)果分析

在上述搭建的測試環(huán)境之中，結(jié)合變電一次設(shè)備的運(yùn)行需求及檢測標(biāo)準(zhǔn)，對其進(jìn)行實(shí)踐性驗(yàn)證及研究。首先，利用部署的節(jié)點(diǎn)對設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對存在異常的位置進(jìn)行一個模糊地劃定，隨后，在劃定區(qū)域的空間分布區(qū)間之內(nèi)設(shè)置時空聯(lián)合數(shù)據(jù)點(diǎn)，各個數(shù)據(jù)點(diǎn)分別負(fù)責(zé)對應(yīng)的識別單元范圍，便于數(shù)據(jù)的采集和傳輸。此時將測試程序之中的3條虛擬化的故障測試指令下達(dá)，營造測試環(huán)境。變電一次設(shè)備運(yùn)行開始出現(xiàn)異常，空間分布區(qū)間之內(nèi)時空聯(lián)合數(shù)據(jù)點(diǎn)會立即告警，并對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，采集，具體如下圖2所示：

圖2 空間分布區(qū)間時空聯(lián)合數(shù)據(jù)點(diǎn)識別圖示

根據(jù)圖2，實(shí)現(xiàn)對空間分布區(qū)間時空聯(lián)合數(shù)據(jù)點(diǎn)的識別與驗(yàn)證分析。當(dāng)前對故障的具體位置進(jìn)行識別，并對其進(jìn)行具體的標(biāo)定。隨后，獲取異常位置的信號，利用平臺進(jìn)行解析，獲取具體的故障原因，并制定與之匹配的檢修方案。完成上述操作之后，測定計(jì)算出單元故障檢修漏報(bào)率，如公式（4）所示：

公式（4）中：V為單元故障檢修漏報(bào)率，w為覆蓋檢修范圍，m為異常模糊識別均值，k為匹配次數(shù)，n為靈敏度，ε為堆疊區(qū)域。結(jié)合當(dāng)前的測試，分三個階段對得出的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，如表2所示：

表2 測試結(jié)果數(shù)據(jù)比對分析表

根據(jù)表2，得出以下結(jié)論：針對選定的5個測試周期，經(jīng)過三個測試階段的比對驗(yàn)證，最終得出的故障檢修漏報(bào)率被較好地控制在10%以下，說明此次所設(shè)計(jì)的變電一次設(shè)備狀態(tài)檢測與故障檢修方法的針對性更強(qiáng)，更為高效、細(xì)化，具有實(shí)際的應(yīng)用價值。

結(jié)束語

綜上是對電力系統(tǒng)變電一次設(shè)備狀態(tài)檢測與故障檢修方法的設(shè)計(jì)與實(shí)踐性分析。通過詳細(xì)闡述變電一次設(shè)備的故障檢修流程和方法，明確異常位置和相對的信息，深層次解析之后，制定智能化和自動化的故障檢修程序，最大程度縮短當(dāng)前的檢測檢修時間，強(qiáng)化電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時，推動相關(guān)技術(shù)及行業(yè)邁入一個新的發(fā)展臺階。