唐 笛 廖麗娟

(四川省電力公司資陽(yáng)公司，四川 資陽(yáng) 643100)

引言

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置、避雷器絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置、斷路器在線監(jiān)測(cè)裝置組成，并涵蓋變電站主要電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)參量多、功能齊全。

電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指在設(shè)備使用期內(nèi)連續(xù)不斷檢查和判斷設(shè)備狀態(tài)，預(yù)測(cè)設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)工控機(jī)及系統(tǒng)集成軟件，對(duì)各監(jiān)控裝置的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行集成，建立變電站設(shè)備狀態(tài)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)生成設(shè)備狀態(tài)參數(shù)報(bào)表和變化趨勢(shì)曲線，對(duì)設(shè)備狀態(tài)的歷史參數(shù)進(jìn)行“橫比”缺，趨勢(shì)分析和相對(duì)比較相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的初步診斷，為專家診斷系統(tǒng)提供開(kāi)放性平臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程/現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷和評(píng)估。

1.實(shí)施在線檢測(cè)的要求:

（1）采用在線監(jiān)測(cè)可以在運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)展中的事故隱患，防患于未然。（2）逐步采用在線監(jiān)測(cè)以代替停電試驗(yàn)，減少設(shè)備停電時(shí)間，節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用。（3）對(duì)老舊設(shè)備或已知有缺陷、有隱患的設(shè)備，用在線監(jiān)測(cè)隨時(shí)監(jiān)視其運(yùn)行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)退出，最大限度地利用其剩余壽命。（4）可以使停運(yùn)損失降低、事故檢修費(fèi)用降低、設(shè)備停電試驗(yàn)、檢修造成的人身和設(shè)備事故降低。(5)使得牽引變電所最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

2、系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)步驟：

2.1、數(shù)據(jù)采樣

通常實(shí)際運(yùn)行中的自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)采集了設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)量，并反映出設(shè)備運(yùn)行情況，該系統(tǒng)先要從中獲取診斷對(duì)象的狀態(tài)信息，包括正常與故障的信息量。根據(jù)表征設(shè)備狀態(tài)量的各種信號(hào)的不同特性而采用不同的信號(hào)采集方法，常用的采樣方法有：

每次采集一個(gè)足夠數(shù)據(jù)處理所需長(zhǎng)度的信號(hào)樣本；

按事前整定的周期進(jìn)行采樣；

利用發(fā)生隨機(jī)故障時(shí)的信號(hào)突變自動(dòng)采樣

根據(jù)故障診斷的特殊要求采取轉(zhuǎn)速跟蹤采樣、峰值采樣等特殊采樣方式；

針對(duì)不同的電力設(shè)備和任務(wù)要求其狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法不同。在變壓器各類故障中，最常見(jiàn)的就是繞組匝間短路。因而根據(jù)變壓器各種機(jī)械和電氣特性，采用局部放電、油中氣體分析、振動(dòng)分析、極化波譜、恢復(fù)電壓法等方法監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)。交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)生故障的類型不同，故趨向于結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析等監(jiān)測(cè)電機(jī)的狀態(tài)。斷路器狀態(tài)的好壞的監(jiān)測(cè)主要采用跳閘輪廓法和振動(dòng)監(jiān)測(cè)法獲得斷路器的狀態(tài)信息。電力電纜只有充分研究清楚各種情況下測(cè)量端捕捉到的各個(gè)地方反射過(guò)來(lái)的行波，才能提取有用的暫態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)電力電纜單端在線故障測(cè)距。這就需要結(jié)合先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)，利用小波變換技術(shù)取長(zhǎng)補(bǔ)短實(shí)現(xiàn)故障的在線采樣。

2.2、數(shù)據(jù)處理

首先將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換、預(yù)處理和壓縮打包，再經(jīng)通信路徑傳輸?shù)教幚砜刂浦行摹Ｍㄐ旁O(shè)備現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力領(lǐng)域，光纖傳輸數(shù)字信號(hào)可較好地抑制干擾，保證信號(hào)質(zhì)量。數(shù)據(jù)處理中心收到通信線路傳輸來(lái)的狀態(tài)量數(shù)據(jù)包后，利用各種不同數(shù)學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)解包處理。數(shù)字信息技術(shù)和智能技術(shù)應(yīng)用到電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理使電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)更加實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。

數(shù)據(jù)處理模塊都是基于DCOM技術(shù)設(shè)計(jì)的。DCOM支持多態(tài)性，允許通過(guò)一系列共用接口，采用相同的方法控制不同的對(duì)象。主框架可通過(guò)共用接口，采用相同的方法調(diào)用，不必編寫針對(duì)性的特定代碼。要采用共用接口描述數(shù)據(jù)處理模塊，先對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象有一個(gè)統(tǒng)一的描述。PEMDS中，數(shù)據(jù)對(duì)象是根據(jù)組織形式進(jìn)行抽象的，并用接口形式加以描述，如圖。

數(shù)據(jù)根據(jù)其元素的維數(shù)分為1、2、3維數(shù)據(jù)等，每種數(shù)據(jù)都有描述它們的基本接口，如圖1

IVectorData是描述2維數(shù)據(jù)的基本接口，IMatrixData是描述3維數(shù)據(jù)的基本接口。為消除基本接口差異的影響以便統(tǒng)一處理，PEMDS引入了IDataContainer接口封裝基本數(shù)據(jù)接口。接口包含IDispatch類型的指針，指向不同類型的基本數(shù)據(jù)接口 ；并有附加信息用以描述數(shù)據(jù)的其它特性。引入接口屏蔽了基本數(shù)據(jù)接口的差異,但不能描述一組數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。為此引入IPEMDSDataObject接口。該接口含有指向多個(gè)IDataContainer接口的指針，描述不同IDataContainer所包含數(shù)據(jù)之間相互關(guān)系的附加信息。

2.3、故障診斷

在線檢測(cè)系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)量很大，這就必須要有高速、可靠的采集及特征提取模塊和數(shù)據(jù)傳輸總線，發(fā)展趨勢(shì)是采用DSP技術(shù)和VXI總線技術(shù)。隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在以往單機(jī)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)和分布式監(jiān)測(cè)診斷與故障診斷系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的研究受到了國(guó)內(nèi)外研究者的密切關(guān)注和重視?；诰W(wǎng)絡(luò)的電力關(guān)鍵設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)是未來(lái)的發(fā)展方向。

設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化的跟蹤。分布式系統(tǒng)的發(fā)展以及通信技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使設(shè)備診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，采集設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)后可遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程協(xié)作診斷。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和集成。如在分布式的監(jiān)控系統(tǒng)中將狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與繼電保護(hù)有機(jī)結(jié)合。它包括一個(gè)以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障診斷為核心的開(kāi)放式、可視化的規(guī)范的操作平臺(tái)?；诰W(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”，即設(shè)備故障診斷分析軟件包，是專家故障診斷層的功能核心；設(shè)備監(jiān)測(cè)分析的圖形化軟件環(huán)境為信息集成和業(yè)務(wù)集成提供優(yōu)秀直觀的人機(jī)界面，它采用Labview圖形化編程語(yǔ)言及虛擬技術(shù)，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，按照不同用戶的個(gè)性化要求，動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及診斷知識(shí)的表達(dá)。

隨著傳感器技術(shù)和信息技術(shù)的日益成熟，在智能化理論 (如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng))的基礎(chǔ)上結(jié)合信號(hào)采集、數(shù)據(jù)分析為主的計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，可預(yù)見(jiàn)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷將進(jìn)入智能化的新時(shí)代。

故障診斷主要包括四個(gè)步驟，即信號(hào)測(cè)取、特征提取、狀態(tài)診斷和狀態(tài)分析。在機(jī)械故障診斷的發(fā)展過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)最重要、也是最困難的問(wèn)題之一就是故障特征信號(hào)的特征提取。從某種意義上說(shuō)，特征提取可以說(shuō)是當(dāng)前電力設(shè)備故障診斷研究中的瓶頸問(wèn)題，它直接關(guān)系到故障診斷的準(zhǔn)確性和故障早期預(yù)報(bào)的可靠性。為了解決特征提取這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)于電力設(shè)備故障的特殊性，診斷方法就具有一定的特殊性。隨著電站發(fā)電容量的增大以及人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能診斷方法在電力設(shè)備故障診斷中得到了廣泛的應(yīng)用。目前應(yīng)用較多的智能診斷方法是模糊診斷方法和規(guī)則診斷方法。

2.4、數(shù)據(jù)發(fā)布

數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷之后采用基于擴(kuò)充的HTTP協(xié)議數(shù)據(jù)發(fā)布模型，服務(wù)器端按照HTTP請(qǐng)求方法的不同分為若干模塊，HTTP接受到請(qǐng)求報(bào)文后，按所請(qǐng)求的方法調(diào)用相應(yīng)的處理模塊。由于所用協(xié)議是無(wú)狀態(tài)的，為了進(jìn)一步提高這種發(fā)布方法的效率和性能，在客戶端建立了緩沖機(jī)制和歷史管理，這樣，用戶每次向前或者向后瀏覽，不會(huì)因同服務(wù)器端進(jìn)行交互而造成性能損害。

3、在線檢測(cè)技術(shù)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用實(shí)例

3.1、變壓器

當(dāng)變壓器繞組發(fā)生匝間短路，會(huì)使變壓器的負(fù)載鐵耗和空載損耗 均增加從而導(dǎo)致總損耗增加，而且對(duì)于匝間短路嚴(yán)重程度的不同，此增加損耗也不同，損耗會(huì)隨著短路匝數(shù)的增加而增大，具體的數(shù)值依賴于短路故障的嚴(yán)重程度以及過(guò)渡電阻大小等因素。

如果能夠檢測(cè)出變壓器功率損耗的變化，就基本上能夠確定出變壓器繞組是否正常以及故障的嚴(yán)重程度，這對(duì)電力變壓器繞組狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷提供了一個(gè)非常有效的方法，對(duì)提高變壓器故障診斷的準(zhǔn)確率非常有意義。所以可以利用變壓器各側(cè)的電壓、電流量，計(jì)算出變壓器的功率，進(jìn)而得到其損耗的變化，同時(shí)，由于變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，由于負(fù)載電流的變化而導(dǎo)致負(fù)載損耗的變化，為了不影響判斷，可以剔除掉變壓器的負(fù)載損耗中的最基本的歐姆損耗。

變壓器繞組匝間故障后，其功率損耗的增大主要表現(xiàn)在故障相上，由于磁場(chǎng)耦合的關(guān)系，非故障相也應(yīng)該有不同程度的增大，但是不如故障相那么明顯，因此可以利用這個(gè)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行變壓器繞組在線監(jiān)測(cè)的初步定相，即計(jì)算變壓器原副方繞組的功率，利用功率差進(jìn)行判斷。

3.2、電力電纜

電力電纜實(shí)施線檢與診斷的主要方法是直流分量法。交聯(lián)聚乙 烯絕緣電纜交流充電電流中的直流分量是這種電纜存在水樹(shù)的重要標(biāo)志，并與電纜中的水樹(shù)長(zhǎng)度、交流擊穿電壓和直流泄漏電流等絕緣判據(jù)有著良好的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此通過(guò)對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜中直流分量的在線檢測(cè)便能對(duì)其絕緣水樹(shù)老化程度進(jìn)行診斷。當(dāng)直流分量小于1nA時(shí)，良好；小于100nA時(shí)須密切注意，大于100 nA時(shí)，則可判斷為壞電纜。從而以此標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)電力電纜進(jìn)行在線絕緣檢測(cè)。

結(jié)論

在線監(jiān)測(cè)是集高電壓、測(cè)試、材料、計(jì)算機(jī)和通訊為一體的綜合性科學(xué)技術(shù)。它也是綜合自動(dòng)化技術(shù)中必不可少的重要組成部分。隨著對(duì)變電所電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的增加，電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的必不可少的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

［1］徐大可.監(jiān)測(cè)變壓器繞組變形的短路電抗在線測(cè)量技術(shù)［D］.西安交通大學(xué)博士論文，2000.

［2］應(yīng)順潮，盛昌達(dá).電力工業(yè)推進(jìn)維修改革的必要性［J］.中國(guó)電力，1998，31（4）：66-70.

［3］王乃慶.絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性［J］. 電網(wǎng)技術(shù)，1995，19（11）：54-56.