楊少龍++姜兵

摘 要：變電設(shè)備作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，直接影響著電力的傳輸和電網(wǎng)的運行，同時，其工況也直接影響著電力電網(wǎng)的可靠性和安全性。隨著電力系統(tǒng)的自動化發(fā)展和供電可靠性要求的提高，對變電設(shè)備運行的可靠性、安全性及其產(chǎn)生的經(jīng)濟效應(yīng)也提出了越來越高的要求。簡要介紹了變電設(shè)備狀態(tài)檢修中的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷這兩個最重要的環(huán)節(jié)的技術(shù)情況，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：變電設(shè)備；狀態(tài)檢修；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.160

長期以來，我國對變電設(shè)備的檢修以事后維修、定期檢修為主。盡管這種制度在一定程度上保障了供電的基本穩(wěn)定性和資源的合理安排，但是，也逐漸顯現(xiàn)出了維修不足、維修過剩和盲目維修等問題。狀態(tài)檢修（Condition-based Maintenance，CBM）則能夠及時對變電設(shè)備進行狀態(tài)評估和故障診斷。本文將基于變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)這兩點進行論述，以期為變電設(shè)備的狀態(tài)檢測和診斷提供一定的依據(jù)，讓電力設(shè)備能夠更好地為人們服務(wù)。

1 變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

自變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測出現(xiàn)以來，相關(guān)的監(jiān)測技術(shù)也有很多。下面將選擇其中比較具有代表性的監(jiān)測技術(shù)進行分析。目前，常用的監(jiān)測技術(shù)有油中溶解氣體在線色譜分析、鐵芯多點接地在線監(jiān)測、變壓器熱點溫度在線監(jiān)測、變壓器繞組變形在線監(jiān)測4種。

1.1 油中溶解氣體在線色譜分析

正常情況下，變壓器的絕緣油中只含有少量的N2、O2、CO、CO2這四種氣體。但是，當(dāng)變壓器本身發(fā)生故障時，絕緣油中會出現(xiàn)較多種類的氣體和氫氣。利用色譜分析這些氣體的存在情況，可以判斷出變壓器中的故障類型。

色譜分析技術(shù)是將收集到的溶解于油中氣體的各組分逐一分離，再用鑒定器測定各組分的濃度。由于常規(guī)色譜分析無法做到實時在線監(jiān)測，所以，目前，國內(nèi)外采用的方法主要有鼓泡脫氣法、滲透膜脫氣法和油樣直接注入法。

1.2 鐵芯多點接地在線監(jiān)測

變壓器的鐵心正常運行時是一點接地，地線電流很小。當(dāng)鐵芯出現(xiàn)多點接地的情況時，則會形成環(huán)流。環(huán)流值是由被包圍的磁通或非正常接地點的性質(zhì)決定的。

鐵芯在線監(jiān)測裝置分為接地電流模塊、通信接口和無線收發(fā)模塊。電流傳感器將接地電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)過放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換后輸入數(shù)字信號處理單元DSP；通信接口則將數(shù)據(jù)傳至無線傳輸模塊，經(jīng)無線傳輸至監(jiān)測上位機。

1.3 變壓器熱點溫度在線監(jiān)測

在變壓器運行過程中，其內(nèi)部溫度分布不均勻，可能整體溫度不高，但是，局部溫度很高。發(fā)熱源，比如繞組、鐵芯等金屬件的溫度過高會導(dǎo)致絕緣局部老化、擊穿或被損壞。

變壓器熱點溫度在線監(jiān)測主要是應(yīng)用紫外和紅外成像技術(shù)。遠紅外成像技術(shù)能夠在不接觸、不停運設(shè)備的情況下及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題——電流致熱性、電壓致熱性缺陷。同時，將這種技術(shù)與氣象色譜試驗相結(jié)合，能夠準確找出設(shè)備內(nèi)部的缺陷。

1.4 變壓器繞組變形在線監(jiān)測

繞組變形在線監(jiān)測采用的是振動信號分析法。將振動傳感器安裝在變壓器箱體上，用來測量繞組和鐵芯運行時產(chǎn)生的振動信號。同時，根據(jù)振動信號的變化監(jiān)測繞組變形和鐵芯等構(gòu)件的松動故障。測量系統(tǒng)與變壓器之間要實現(xiàn)無電氣連接。

2 變電設(shè)備故障診斷技術(shù)

設(shè)備故障與其征兆的關(guān)系十分復(fù)雜，具有非線性和不確定性，需要總結(jié)各方面的經(jīng)驗，綜合模糊數(shù)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)來判斷，建立一個以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的智能診斷系統(tǒng)進行推理，以此確定設(shè)備的狀態(tài)。油氣檢測、繞組熱點溫度測量、介質(zhì)損耗檢測、繞組變比測量是故障診斷技術(shù)中比較傳統(tǒng)的方法，也有局部放電、恢復(fù)電壓、繞組變形測量、傅里葉變換紅外和近紅外光譜法等非傳統(tǒng)方法。

變電設(shè)備的故障診斷為電力系統(tǒng)維護人員提供了決策參考。但是，在工程實際應(yīng)用中，由于存在編碼不全、編碼邊界太絕對等不足，在沒有專家經(jīng)驗保駕護航時，常常會出現(xiàn)失誤。目前，出現(xiàn)了多種以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的變電設(shè)備故障診斷方法，比如專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、決策樹、范例推理、聚類分析、粗糙集理論、支持向量機、灰色系統(tǒng)理論和克隆選擇算法等，以彌補傳統(tǒng)診斷方法的不足。其中，專家系統(tǒng)可以充分利用專家學(xué)者的經(jīng)驗進行邏輯推理。這些技術(shù)的出現(xiàn)較好地彌補了傳統(tǒng)診斷方法的不足，提高了診斷結(jié)果的準確性。

變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的前提就是在線監(jiān)測技術(shù)。變電設(shè)備狀態(tài)檢修在我國的提出時間比較晚，相關(guān)研究應(yīng)用也沒有歐美國家成熟，但越來越多的學(xué)者、專家開始關(guān)注和研究此類課題。一些國內(nèi)大型發(fā)電廠也已經(jīng)比較全面地安裝了成套先進的傳感器裝置，并結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)組成了一定規(guī)模的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。目前，該設(shè)備已經(jīng)達到了先進水平。近幾年，智能變電站的出現(xiàn)也為將來變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷提供了一些新的視角和思路。這表明了狀態(tài)檢修的發(fā)展方向。本文對此課題的探討也是基于目前現(xiàn)狀的分析，在今后的工作中，勢必還要對相關(guān)內(nèi)容進行創(chuàng)新，進而不斷提高其服務(wù)水平。

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〔編輯：白潔〕