方華林

摘要：針對傳統(tǒng)變電站高壓設備檢修方式存在盲目性大，缺乏針對性等缺點，對變電站高壓設備狀態(tài)檢修技術進行了探討，分析了變電站高壓設備狀態(tài)特征量，設計了變壓站高壓設備在線監(jiān)測系統(tǒng)，并將綜合智能技術應用到變電站高壓設備監(jiān)測系統(tǒng)。

關鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測；變電站；故障診斷；在線監(jiān)測

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044（2012）30-7362-02

變電站高壓設備是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對這些高壓設備進行檢修和運行管理是電網(wǎng)安全運行的基礎，以往對于變壓器、斷路器等變電站高壓設備的工作狀況檢修普遍采用定期檢修，定期檢修會產生“過剩維修”，影響供電可靠性、影響售電量，而且易引發(fā)維修故障，過多設備停電以及停復電操作，增加了電網(wǎng)不完整性和操作帶來的安全風險，造成人力、物力和財力的浪費，還會產生“維護不足”，降低了供電可靠性，并存在故障隱患。因此，實現(xiàn)變電站高壓設備在線監(jiān)測，減少電網(wǎng)設備的檢修次數(shù)，提高電網(wǎng)的供電可靠性和經(jīng)濟效益是當前檢修管理發(fā)展的必然趨勢，具有巨大的實際應用價值。

1 設備狀態(tài)特征量分析

1.1 變壓器

變壓器是變電站中最重要的設備，它的運行狀態(tài)好壞直接決定了供電質量，因此，需要對其進行詳細的監(jiān)測，監(jiān)測特征量有：油中溶解氣體（氫氣H2、二氧化碳CO2、乙烷C2H6、乙炔C2H2、一氧化碳CO、甲烷CH4、乙烯C2H4）分析，繞組變形，油中微水質量分數(shù)，鐵芯接地電流，油中糠醛含量，高壓套管的介損，每相繞組首端和末端電流，局部放電時首端套管末屏對地電流，中性點接地線電流，常規(guī)電氣檢測（極化指數(shù)、介質損耗因數(shù)、絕緣電阻及吸收比、繞組直流電阻、溫度等）等。

1.2 斷路器

斷路器是變壓器的極其重要設備，其運行可靠性關系到變電站的安全與穩(wěn)定運行，常見的斷路器包括真空斷路器、SF6斷路器、油斷路器，監(jiān)測的特征量有： 分合閘線圈的電壓和電流，SF6氣體壓力及濕度，儲能電機線圈的電壓和電流，分合閘時間、速度、行程、超程，三相電流，殼體溫升，斷路器主體振動波形，絕緣支撐和絕緣拉桿的泄露電流，時間行程曲線特性。

1.3 電容型設備

包括電流互感器、電容式電壓互感器、電容器、電容式套管、電纜等，主要的監(jiān)測特征量有：繞組及末屏絕緣電阻，介質損耗角正切值，泄漏電流、介質等值電容，緣油色譜分析，交流耐壓試驗，絕緣油擊穿電壓試驗等。

1.4 氧化鋅避雷器

主要監(jiān)測絕緣電阻、全電流、泄漏電流和阻性電流。

2 變電站高壓設備在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 功能設計

變電站高壓設備在線監(jiān)測系統(tǒng)應包括如下的功能：

1）數(shù)據(jù)采集功能：能夠在線自動采集氧化鋅避雷器、電容性設備、斷路器及電力變壓器等設備狀態(tài)信息，并在系統(tǒng)一次主接線圖上實時顯示各電氣設備的電流、電壓、開關狀態(tài)和頻率等各種狀態(tài)信息；

2）狀態(tài)診斷功能：根據(jù)采集到的高壓設備狀態(tài)信息，采用基于多信息融合技術（專家系統(tǒng)，遺傳算法，神經(jīng)網(wǎng)絡，決策樹，聚類分析，關聯(lián)規(guī)則等）的綜合故障診斷模型，對設備的工作狀態(tài)做出判斷，并評估出設備的剩余壽命；

3）決策支持功能：對可能發(fā)生的故障進行預報，對正在發(fā)生故障進行分析，對已經(jīng)發(fā)生的故障進行判斷，指出故障發(fā)生前的征兆、發(fā)生時的后果及發(fā)生后的措施總結，提出相關的預防故障發(fā)生、控制故障發(fā)展和消除故障的措施；

4）報警功能：監(jiān)測到參數(shù)出現(xiàn)異常時，如超過極限值、保護動作，產生聲光報警；

5）數(shù)據(jù)管理：提供包括避雷器、互感器、斷路器、變壓器等設備的狀態(tài)信息，提供系統(tǒng)設置（整定值輸入和修改），手工錄入實驗數(shù)據(jù)的功能，在線監(jiān)測系統(tǒng)采用瀏覽器方式實現(xiàn)，查詢設備相關數(shù)據(jù)和設備工作狀態(tài)，并可對設備數(shù)據(jù)進行分析、計算和判斷。

2.2 系統(tǒng)結構設計

系統(tǒng)采用先進的分層分布式系統(tǒng)結構，通過安裝在變電站內部的采集裝置采集主要高壓設備的狀態(tài)信息，通過網(wǎng)絡傳送到上級系統(tǒng)，便于及時方便地了解并掌握變電設備的健康狀態(tài)，系統(tǒng)包括幾個方面：變壓器狀態(tài)監(jiān)測，斷路器監(jiān)測，容性設備監(jiān)測和避雷器監(jiān)測，如圖1所示。

2.3 軟件設計

系統(tǒng)軟件是在Windows xp下采用了 Visual c++6.0 程序編程進行開發(fā)， 診斷數(shù)據(jù)來源是歷史數(shù)據(jù)與在線數(shù)據(jù)，通過對歷史數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，挖掘出各種關聯(lián)關系、聚類關系和決策樹規(guī)則，然后再利用這些規(guī)則對在線采集數(shù)據(jù)（各個保護測量單元的模擬量、開關量、保護動作、電度量等信息）進行綜合分析判斷，從而準確評估了變電站設備的運行狀況。為了完成監(jiān)測及診斷任務，系統(tǒng)軟件分為主控程序、通信服務程序、數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)庫處理程序、分析判斷程序等幾部分，其中主控程序與數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)硬件及上級調度通訊進行通信，實現(xiàn)對高壓電氣設備的巡檢任務，完成現(xiàn)場信號采集任務，并把站內的各種裝置所提供的數(shù)據(jù)信息，按照需要歸整成 CDT 規(guī)約的通訊報文，在上級調度需要時上傳，通過設置監(jiān)測警戒值，采用神經(jīng)網(wǎng)絡結合專家系統(tǒng)和模糊理論判斷故障類型，一旦監(jiān)測到設備的數(shù)據(jù)超過警戒值時，程序立即通過聲光報警的形式通知值班人員及時處理；Visual C++利用ODBC 提供的接口訪問后臺數(shù)據(jù)庫，后臺數(shù)據(jù)庫包括監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)庫及輔助數(shù)據(jù)庫，監(jiān)測診斷數(shù)據(jù)庫用來存放監(jiān)測診斷結果，方便查詢和制定檢修策略，輔助數(shù)據(jù)庫用來存放高壓設備的通用參數(shù)以及下位機的各監(jiān)測參數(shù)（如：設備的名稱、型號，報警限值等）；服務程序包括實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的維護管理（查詢、播入、刪除、修改、權限控制等），波形打印等功能，通過使用 VC 語言控制 Excel 完成數(shù)據(jù)從SQL Server數(shù)據(jù)庫讀取到 ExceL，完成波形打印功能；分析程序主要是以傅立葉變換為數(shù)學基礎，對所采集的數(shù)字化波形按照監(jiān)測結果要求進行波形處理，根據(jù)設置的各參數(shù)標準，分析診斷出結果并傳輸給主控程序，在 VC 中采用樹形控件存放各層次需要監(jiān)測的參量，層次清晰，現(xiàn)對一次設備狀態(tài)的顯示，實時曲線和歷史曲線的顯示，方便所轉換需監(jiān)測參數(shù)，各參數(shù)實時變化情況，達到了在線監(jiān)測的目的。

3 故障診斷

在線監(jiān)測的目的是為了故障診斷，將綜合智能技術應用到變電站高壓設備檢測中，其主要包括4個層次。

1）在線數(shù)據(jù)的預處理：由于現(xiàn)場數(shù)據(jù)在采集過程中，收到外部干擾，比如：電磁干擾，強噪聲干擾等，使得數(shù)據(jù)存在虛假點，因此，必須剔除虛假點，常用剔除虛假點的方法有：53H法和一階差分法，系統(tǒng)利用53H法結合曲線擬合法剔除虛假點；

2）征兆集的提?。簩φ髡准M行提取，常見的方法有時間序列分析法，概率統(tǒng)計法，相對比較法和趨勢分析法，綜合考慮到數(shù)據(jù)的隨機誤差和動態(tài)特性的影響，采用了時間序列分析法和相對比較法；3）故障類型的確定：常見的方法有自適應神經(jīng)網(wǎng)絡、節(jié)約覆蓋集理論和模糊數(shù)學，由于在故障診斷中同時存隨機性和模糊性，使用自適應神經(jīng)網(wǎng)絡解決這個難題；

4）決策層：決策層是故障診斷的最底層， 利用基于Web的故障診斷專家系統(tǒng)進行故障診斷，根據(jù)診斷結果，采用所掌握的關于設備的知識和經(jīng)驗進行推理判斷，判斷電力設備是否能繼續(xù)正常運行，從經(jīng)濟效益角度考慮檢修時間和周期等。

4 結束語

隨著變電站規(guī)模的不斷擴大，對變電站電力設備的可靠性要求也越來越高，采用變電站整體設計的思想，設計了變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對變壓器、斷路器、容性設備和避雷器的特征信息進行監(jiān)測，采用先進的分層分布式系統(tǒng)結構的設計思想，對這些設備的狀態(tài)信息進行可視化展示，數(shù)據(jù)綜合分析，最終得出故障診斷結果，測量結果更加準確，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過網(wǎng)絡通訊將現(xiàn)場數(shù)據(jù)送到上位機進行分析處理，為一次設備狀態(tài)檢修提供數(shù)據(jù)支持，確保變電站安全可靠地運行。

參考文獻：

[1] 陳安偉.智能變電站一次主設備在線監(jiān)測系統(tǒng)工程實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動化，2012（13）.

[2] 王德文.智能變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2011（18）.

[3] 魏本剛.基于智能巡檢的智能化變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計方案[J].華東電力，2012（6）.

[4] 傅欽翠.基于IEEE 1588的變電站設備在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計[J].電氣應用，2011（21）.