賈永斌

【摘 要】變電站是電力系統(tǒng)的核心部分，對變電站的電氣設(shè)備進行診斷可以及時提示設(shè)備劣化，判斷故障的發(fā)生，因此對變電站電氣設(shè)備進行故障診斷和預(yù)防對于現(xiàn)實生活具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)只是監(jiān)測設(shè)備本身的數(shù)據(jù)，而且電氣設(shè)備自身往往存在離散性和多樣的運行環(huán)境，這導(dǎo)致診斷結(jié)論總是不夠精確。在調(diào)控一體自動化系統(tǒng)下電氣設(shè)備的故障診斷充分利用整個系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行科學合理的故障診斷，很好的解決了這一問題。本文簡要介紹了調(diào)控一體自動化系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)特點、分析了調(diào)控一體自動化系統(tǒng)下的變電站電氣設(shè)備故障診斷方法和注意事項，可以為工作人員準確地發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備存在的隱患，大大提高了電力設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】調(diào)控一體自動化 變電站 電氣設(shè)備 故障診斷

變電站的電氣設(shè)備通常處于連續(xù)運行狀態(tài)，而且經(jīng)常工作在惡劣的環(huán)境下，如風、雨、雷、電、腐蝕氣體等，導(dǎo)致絕緣惡化，最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。并可能進一步導(dǎo)致用戶端發(fā)生事故，造成無法估量的經(jīng)濟損失。調(diào)控一體自動化化系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)的顯著優(yōu)勢就是在于“信息交互與共享”，因此，調(diào)控一體自動化系統(tǒng)下的電氣設(shè)備故障診斷不受自身設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的限制，可以充分利用其他幾個相同類型變電站的歷史和目前的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行故障監(jiān)測和診斷，這就大大了提高故障診斷的準確性。

1調(diào)控一體自動化系統(tǒng)概述

調(diào)控一體自動化系統(tǒng)就是集監(jiān)視與控制，電網(wǎng)跳讀與運行相結(jié)合的技術(shù)支持系統(tǒng)。綜合自動化系統(tǒng)的控制實際上是基于調(diào)度自動化系統(tǒng)，對發(fā)電廠、變電站等電力設(shè)備進行整合與控制的更高端的電網(wǎng)自動化系統(tǒng)。因此，調(diào)控一體自動化系統(tǒng)同時擁有“協(xié)調(diào)”與“控制”功能。主要目標是實現(xiàn)國調(diào)、網(wǎng)調(diào)的一體化，提高駕馭大電網(wǎng)和大范圍優(yōu)化配置資源的能力，保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)、高效運行。調(diào)控一體自動化系統(tǒng)首先具備調(diào)度自動化系統(tǒng)的所有功能，包括監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集、經(jīng)濟調(diào)度、偶發(fā)事故分析、事故追憶、安全監(jiān)視等等，實現(xiàn)“監(jiān)視可視化、控制閉環(huán)化、數(shù)據(jù)平臺化、決策智能化”。

1.1調(diào)控一體自動化設(shè)備構(gòu)成

調(diào)控一體自動化系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成如圖 1 所示，主要包括：信息采集和執(zhí)行系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、信息處理和控制系統(tǒng)以及人機交互系統(tǒng)，各個系統(tǒng)相互配合，構(gòu)成整體系統(tǒng)。

信息采集和執(zhí)行是采集各種實時信息并上傳電網(wǎng)，即采集變電站電氣設(shè)備當前狀況的監(jiān)測信息；同時可以接收和實施上級所發(fā)出的調(diào)控命令。

信息傳輸系統(tǒng)是調(diào)控一體化系統(tǒng)的信息來回交換的數(shù)據(jù)通道。

信息處理和控制是整個系統(tǒng)的核心部分，它與高端性能計算機相連接，分析和處理電網(wǎng)的各種信息和數(shù)據(jù)，從而到達對電氣設(shè)備的自動控制。

人機交互系統(tǒng)將電網(wǎng)的各類信息予以處理，采用直觀、形象的方式告知調(diào)控人員；調(diào)控人員所發(fā)出的查詢、控制指令也通過該系統(tǒng)傳送給信息采集與執(zhí)行子系統(tǒng)。

人機交互系統(tǒng)是對各種電網(wǎng)的信息進行處理，最后形象、直觀的展現(xiàn)在工作人員面前；同時工作人員查詢，控制指令也通過人機交互系統(tǒng)傳遞給信息采集和執(zhí)行系統(tǒng)。

1.2調(diào)控一體自動化系統(tǒng)主要特點

分布式結(jié)構(gòu)。調(diào)控一體自動化系統(tǒng)通常采用服務(wù)器——客戶端分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。服務(wù)器通常采用高性能計算機，用于管理網(wǎng)絡(luò)共享資源和網(wǎng)絡(luò)通信，并為客戶端提供數(shù)據(jù)等各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。客戶端本質(zhì)是具備網(wǎng)絡(luò)通信功能的計算機，它直接對特定的電氣設(shè)備擁有特定的人機交互界面和獨立的操作系統(tǒng)?？蛻舳伺c服務(wù)器、客戶端與其他客戶端之間可以進行通信，可以資源共享。這種多個客戶端可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器的計算機應(yīng)用系統(tǒng)，即是所謂的分布式系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)交換和共享。每個客戶端控制自動化系統(tǒng)可以與服務(wù)器實現(xiàn)相互之間的信息交換和共享，各個客戶端之間也可以共享信息和交換數(shù)據(jù)。這一特性使得調(diào)控一體化系統(tǒng)的整合可以全面，充分利用內(nèi)部服務(wù)器的信息，利用每個客戶端的信息和資源，協(xié)調(diào)完成統(tǒng)一任務(wù)，例如變電站中變壓器狀態(tài)監(jiān)測和故障的診斷。

2調(diào)控一體自動化系統(tǒng)下的故障診斷

2.1調(diào)控一體自動化系統(tǒng)下變壓器故障診斷分析方法

采用調(diào)控一體自動化系統(tǒng)對變壓器故障診斷，不再受自身設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的限制，可以利用本站和其它變電站同一型號變壓器的當前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，進而大大改善變壓器故障診斷的準確性。調(diào)控一體自動化系統(tǒng)下的變壓器故障診斷實際上是給變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)提供，信息和數(shù)據(jù)的功能，使其能夠信息共享。它的另一個重要的功能是能夠利用變壓器故障診斷算法處理海量的數(shù)據(jù)，這是因為：基于調(diào)控一體自動化系統(tǒng)的變壓器故障診斷涉及本臺變壓器、同一變電站/其它變電站中的若干同型號的變壓器的歷史與當前監(jiān)測數(shù)據(jù)，堪稱“海量”。

調(diào)控一體自動化系統(tǒng)的變壓器故障診斷算法包括初級與高級兩個層次。使用Q-N診斷規(guī)則和φ診斷規(guī)則的是初級算法，高級的算法是采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，處理本臺變壓器以及不同變電站的不同變電器的歷史和當前數(shù)據(jù)，提出診斷規(guī)則，并做出準確的診斷。 BP根據(jù)樣本數(shù)據(jù)（包括有故障的和無故障的）的處理分析來得出相應(yīng)的診斷規(guī)則，并把這個“診斷規(guī)則”通知在整個網(wǎng)絡(luò)上，這種超強的獲取診斷規(guī)則的能力，非常適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜變壓器的故障診斷。一般來說，只要樣本數(shù)據(jù)是充分的，涵蓋了變壓器目前的運行狀態(tài)，故障診斷結(jié)論是準確，可靠的。

本文即應(yīng)用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對變壓器故障進行診斷，實際上就是確定放電幅值 Q、頻次 N、相位φ與變壓器當前運行狀態(tài)（健康或故障）之間的對應(yīng)關(guān)系。本文所使用的 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，包括輸入層、中間層與輸出層，其中間層包括 6 個神經(jīng)元，輸出層僅含一個神經(jīng)元。其中，p為輸入向量，

p =（Q N φ）T；

W1，W2為權(quán)矩陣；b1 b2為偏置矩陣；

f1，f2分別為tansig與purelin 型 神 經(jīng) 元 函 數(shù) ；

a1，a2 為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層輸出 ，

a1= tansig（W1*p+b1），a2= purelin（W2*a1+b1），

a2即為變壓器當前運行狀態(tài)（健康或故障）。圖2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢索本臺變壓器以及不同變電站的不同變電器的歷史和當前數(shù)據(jù)，以之作為樣本數(shù)據(jù)訓練該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可確定權(quán)矩陣W1，W2及偏置矩陣b1，b2。之后，根據(jù)本臺變壓器當前的局放數(shù)據(jù)——放電幅值Q、頻次 N、相位φ，應(yīng)用上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可確定當前的a2 ——變壓器當前運行狀態(tài)，有故障或者無故障。

2.2調(diào)控一體自動化系統(tǒng)容性設(shè)備故障診斷分析方法

容性設(shè)備包括耦合電容器、電容型電流互感器、電容型電壓互感器及主變壓器的電容型套管等，通過監(jiān)測容性設(shè)備的電容量、三相不平衡電流及介質(zhì)損耗系數(shù)，在不同的時間內(nèi)分析這些參數(shù)的變化趨勢，和絕緣特性的發(fā)展趨勢，并與橫向數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、相間數(shù)據(jù)作對比，根據(jù)監(jiān)測顯示結(jié)果，當監(jiān)測結(jié)果超出正常范圍時設(shè)備存在故障。

本文對容性設(shè)備故障進行診斷也是應(yīng)用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實際上就是在初級算法（橫向比較法、綜合橫向比較法、縱向比較法與帶電與停電數(shù)據(jù)換算比較法）的基礎(chǔ)之上，引入充分的樣本數(shù)據(jù)來鍛煉 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而確定當前的在線監(jiān)測參數(shù)（介質(zhì)損耗角、電容量等）與容性設(shè)備當前運行狀態(tài)（有故障或無故障）之間的對應(yīng)關(guān)系。本文所使用的 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖 3所示，包括輸入層、中間層與輸出層，其中間層包括 6 個神經(jīng)元，輸出層僅含一個神經(jīng)元。其中，p為輸入向量，對應(yīng)于橫向比較法、綜合橫向比較法、縱向比較法與帶電與停電數(shù)據(jù)換算比較法，p的含義略有不同，以橫向比較法為例，

p=[tan（δ？X-δ？N）CX/CN]T；

W1，W2為權(quán)矩陣；

b1 ，b2為偏置矩陣；

f1 ，f2分別為tansig 與 purelin 型神經(jīng)元函數(shù)；

a1 ，a2為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層輸出，a1=tansig（W*p+b1），2a=purelin（W2*a1+b1），a2 即為容性設(shè)備當前運行狀態(tài)（健康或故障）。

圖3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

檢索本臺變壓器以及不同變電站的不同變電器的歷史和當前數(shù)據(jù)，以之作為樣本數(shù)據(jù)訓練該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可確定權(quán)矩陣W1，W2及偏置矩陣b1，b2 。之后，根據(jù)本臺容性設(shè)備當前的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，如tan（δ？X-δ？N）CX/CN，應(yīng)用上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可確定當前的a2 ——容性設(shè)備的當前運行狀態(tài)，有故障或者無故障。

3變電站電氣設(shè)備故障診斷及其管理的注意事項

（1）倒閘操作應(yīng)在同一系統(tǒng)中進行，不能同時進行2項及以上的倒閘操縱，避免數(shù)據(jù)采集混亂破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）對變電站倒閘操作，應(yīng)提高工作人員的業(yè)務(wù)技能、管理水平和責任感，每個命令的執(zhí)行需要專人監(jiān)督，以確定每一次的正確并做好調(diào)度記錄。當執(zhí)行調(diào)度命令時，還要復(fù)頌雙重編號。以避免誤操作導(dǎo)致設(shè)備損壞或人身事故。（3）調(diào)控一體自動化系統(tǒng)同樣需要高標準的管理，要貫徹執(zhí)行標準化操作制度，明確各級管理責任，從點檢、操作、維護等方面建立剛性的執(zhí)行機制，做好各類臺帳、記錄，按照“四不放過”原則對各類故障及異常進行認真分析，并針對變電站的運行數(shù)據(jù)從安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性方面進行分析評價，提高各方面管理水平，保證電氣系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

4結(jié)語

調(diào)控一體自動化系統(tǒng)下的變電站電氣設(shè)備故障診斷，每個在線監(jiān)測子系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)和圖形通信連接成一個整體，使變電站的電氣設(shè)備形成分布式監(jiān)控和診斷系統(tǒng)，有利于實現(xiàn)電力設(shè)備的狀態(tài)綜合分析，同時便于計算機系統(tǒng)的管理。變電站的監(jiān)測診斷局域網(wǎng)還可進一步通過廣域網(wǎng)和地區(qū)性電業(yè)主管部門連接，形成輸變電設(shè)備區(qū)域性分布式監(jiān)測與診斷系統(tǒng)。調(diào)控一體自動化系統(tǒng)下的變電站電氣設(shè)備故障診斷，有利于及時發(fā)現(xiàn)隱患，避免突發(fā)性事故，使設(shè)備從定期檢修過渡到狀態(tài)檢修，降低勞動強度，提高了故障診斷率，并能時時刻刻診斷設(shè)備當前的運轉(zhuǎn)狀況，以保證設(shè)備的安全運行，為電網(wǎng)的安全運行提供了可靠保證。有著巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，是當前國內(nèi)外高度重視并努力推廣變電站電氣設(shè)備故障診斷模式。

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