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(yùn)行，同時(shí)，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(dòng)化發(fā)展和供電可靠性要求的提高，對(duì)變電設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性及其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)也提出了越來(lái)越高的要求。簡(jiǎn)要介紹了變電設(shè)備狀態(tài)檢修中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷這兩個(gè)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(cè)；故障診斷

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.160

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)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(guò)剩和盲目維修等問(wèn)題。狀態(tài)檢修（Condition-based Maintenance，CBM）則能夠及時(shí)對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估和故障診斷。本文將基于變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)這兩點(diǎn)進(jìn)行論述，以期為變電設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)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(cè)技術(shù)

自變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)出現(xiàn)以來(lái)，相關(guān)的監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)進(jìn)行分析。目前，常用的監(jiān)測(cè)技術(shù)有油中溶解氣體在線色譜分析、鐵芯多點(diǎn)接地在線監(jiān)測(cè)、變壓器熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)、變壓器繞組變形在線監(jiān)測(cè)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(shí)，絕緣油中會(huì)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(cè)定各組分的濃度。由于常規(guī)色譜分析無(wú)法做到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，所以，目前，國(guó)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(diǎn)接地在線監(jiān)測(cè)

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

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

1.3 變壓器熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)

在變壓器運(yùn)行過(guò)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(guò)高會(huì)導(dǎo)致絕緣局部老化、擊穿或被損壞。

變壓器熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)主要是應(yīng)用紫外和紅外成像技術(shù)。遠(yuǎn)紅外成像技術(shù)能夠在不接觸、不停運(yùn)設(shè)備的情況下及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題——電流致熱性、電壓致熱性缺陷。同時(shí)，將這種技術(shù)與氣象色譜試驗(yàn)相結(jié)合，能夠準(zhǔn)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(cè)

繞組變形在線監(jiān)測(cè)采用的是振動(dòng)信號(hào)分析法。將振動(dòng)傳感器安裝在變壓器箱體上，用來(lái)測(cè)量繞組和鐵芯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)。同時(shí)，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的變化監(jiān)測(cè)繞組變形和鐵芯等構(gòu)件的松動(dòng)故障。測(cè)量系統(tǒng)與變壓器之間要實(shí)現(xiàn)無(wú)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(yàn)，綜合模糊數(shù)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)來(lái)判斷，建立一個(gè)以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的智能診斷系統(tǒng)進(jìn)行推理，以此確定設(shè)備的狀態(tài)。油氣檢測(cè)、繞組熱點(diǎn)溫度測(cè)量、介質(zhì)損耗檢測(cè)、繞組變比測(cè)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(cè)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(hù)人員提供了決策參考。但是，在工程實(shí)際應(yīng)用中，由于存在編碼不全、編碼邊界太絕對(duì)等不足，在沒(méi)有專家經(jīng)驗(yàn)保駕護(hù)航時(shí)，常常會(huì)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(shù)、范例推理、聚類分析、粗糙集理論、支持向量機(jī)、灰色系統(tǒng)理論和克隆選擇算法等，以彌補(bǔ)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(yàn)進(jìn)行邏輯推理。這些技術(shù)的出現(xiàn)較好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)診斷方法的不足，提高了診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的前提就是在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。變電設(shè)備狀態(tài)檢修在我國(guó)的提出時(shí)間比較晚，相關(guān)研究應(yīng)用也沒(méi)有歐美國(guó)家成熟，但越來(lái)越多的學(xué)者、專家開(kāi)始關(guān)注和研究此類課題。一些國(guó)內(nèi)大型發(fā)電廠也已經(jīng)比較全面地安裝了成套先進(jìn)的傳感器裝置，并結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成了一定規(guī)模的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前，該設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了先進(jìn)水平。近幾年，智能變電站的出現(xiàn)也為將來(lái)變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(duì)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(shì)必還要對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)而不斷提高其服務(wù)水平。

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〔編輯：白潔〕