唐 笛 廖麗娟

(四川省電力公司資陽公司，四川 資陽 643100)

引言

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由絕緣在線監(jiān)測裝置、避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置、斷路器在線監(jiān)測裝置組成，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，監(jiān)測參量多、功能齊全。

電力設(shè)備在線監(jiān)測系統(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)測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過工控機(jī)及系統(tǒng)集成軟件，對各監(jiān)控裝置的動態(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，自動生成設(shè)備狀態(tài)參數(shù)報(bào)表和變化趨勢曲線，對設(shè)備狀態(tài)的歷史參數(shù)進(jìn)行“橫比”缺，趨勢分析和相對比較相結(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)提供開放性平臺，通過網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程/現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)測、診斷和評估。

1.實(shí)施在線檢測的要求:

（1）采用在線監(jiān)測可以在運(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）對老舊設(shè)備或已知有缺陷、有隱患的設(shè)備，用在線監(jiān)測隨時(shí)監(jiān)視其運(yùn)行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(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)無人值守。

2、系統(tǒng)主要分為以下幾個步驟：

2.1、數(shù)據(jù)采樣

通常實(shí)際運(yùn)行中的自動化系統(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)量的各種信號的不同特性而采用不同的信號采集方法，常用的采樣方法有：

每次采集一個足夠數(shù)據(jù)處理所需長度的信號樣本；

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)的信號突變自動采樣

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；

針對不同的電力設(shè)備和任務(wù)要求其狀態(tài)監(jiān)測方法不同。在變壓器各類故障中，最常見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、振動分析、極化波譜、恢復(fù)電壓法等方法監(jiān)測其運(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)測電機(jī)的狀態(tài)。斷路器狀態(tài)的好壞的監(jiān)測主要采用跳閘輪廓法和振動監(jiān)測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量端捕捉到的各個地方反射過來的行波，才能提取有用的暫態(tài)信號實(shí)現(xiàn)電力電纜單端在線故障測距。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)字信號可較好地抑制干擾，保證信號質(zhì)量。數(shù)據(jù)處理中心收到通信線路傳輸來的狀態(tài)量數(shù)據(jù)包后，利用各種不同數(shù)學(xué)方法對數(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)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理使電力設(shè)備在線監(jiān)測更加實(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，允許通過一系列共用接口，采用相同的方法控制不同的對象。主框架可通過共用接口，采用相同的方法調(diào)用，不必編寫針對性的特定代碼。要采用共用接口描述數(shù)據(jù)處理模塊，先對數(shù)據(jù)對象有一個統(tǒng)一的描述。PEMDS中，數(shù)據(jù)對象是根據(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)測診斷系統(tǒng)和分布式監(jiān)測診斷與故障診斷系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的研究受到了國內(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)測與故障診斷系統(tǒng)是未來的發(fā)展方向。

設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和網(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)測系統(tǒng)與繼電保護(hù)有機(jī)結(jié)合。它包括一個以遠(yuǎn)程監(jiān)測和故障診斷為核心的開放式、可視化的規(guī)范的操作平臺?；诰W(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)測和故障診斷系統(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，按照不同用戶的個性化要求，動態(tài)顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及診斷知識的表達(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)合信號采集、數(shù)據(jù)分析為主的計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)測和診斷技術(shù)，可預(yù)見電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷將進(jìn)入智能化的新時(shí)代。

故障診斷主要包括四個步驟，即信號測取、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)展過程中，人們發(fā)現(xiàn)最重要、也是最困難的問題之一就是故障特征信號的特征提取。從某種意義上說，特征提取可以說是當(dāng)前電力設(shè)備故障診斷研究中的瓶頸問題，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關(guān)鍵問題，對于電力設(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請求方法的不同分為若干模塊，HTTP接受到請求報(bào)文后，按所請求的方法調(diào)用相應(yīng)的處理模塊。由于所用協(xié)議是無狀態(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，不會因同服務(wù)器端進(jìn)行交互而造成性能損害。

3、在線檢測技術(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，而且對于匝間短路嚴(yán)重程度的不同，此增加損耗也不同，損耗會隨著短路匝數(shù)的增加而增大，具體的數(shù)值依賴于短路故障的嚴(yán)重程度以及過渡電阻大小等因素。

如果能夠檢測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，這對電力變壓器繞組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供了一個非常有效的方法，對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，因此可以利用這個特點(diǎn)來進(jìn)行變壓器繞組在線監(jiān)測的初步定相，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的重要標(biāo)志，并與電纜中的水樹長度、交流擊穿電壓和直流泄漏電流等絕緣判據(jù)有著良好的線性對應(yīng)關(guān)系。因此通過對交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜中直流分量的在線檢測便能對其絕緣水樹老化程度進(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)來對電力電纜進(jìn)行在線絕緣檢測。

結(jié)論

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

［1］徐大可.監(jiān)測變壓器繞組變形的短路電抗在線測量技術(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］.中國電力，1998，31（4）：66-70.

［3］王乃慶.絕緣在線監(jiān)測技術(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.