曹玉舉+王小雨+劉陽

摘要：隨著社會發(fā)展，輸電設(shè)備的穩(wěn)定性越來越重要，本文從如何建立實時監(jiān)測系統(tǒng)入手，淺談了電力系統(tǒng)故障檢測發(fā)展史、電力實時檢測系統(tǒng)組成以及故障分析方法。

關(guān)鍵詞：輸電設(shè)備；發(fā)展；實時監(jiān)測系統(tǒng)；故障診斷；專家系統(tǒng)

隨著輸電系統(tǒng)朝著高電壓、大容量的方向發(fā)展，保證輸電設(shè)備安全工作越來越重要，停電事故給國民經(jīng)濟和人民生活帶來的影響和損失越來越大。統(tǒng)計表明，輸電設(shè)備工作中70%左右的問題是由絕緣故障造成的，因此確保輸電設(shè)備在其制造和工作過程中嚴(yán)格檢測，進行交接試驗和預(yù)防性試驗，才能及時掌握輸電設(shè)別絕緣狀況，確保輸電設(shè)備的正常工作。

一、輸電設(shè)備實時監(jiān)測及發(fā)展

國際上在早期都是采用事后維修，后來演變?yōu)槎ㄆ诰S修，即按事先制訂的檢修周期進行停機檢測，因而也稱“時間基準(zhǔn)維修”。它雖然對提高設(shè)備可靠性起了一定作用，但由于未考慮設(shè)備的具體情況，而且制定的周期往往比較保守，以致出現(xiàn)了過多不必要的停機維修，甚至因拆卸、組裝等過多而出現(xiàn)過早損壞。

20世紀(jì)50年代，美國出現(xiàn)了以狀態(tài)為基準(zhǔn)的維修方式，各國相繼效仿。由于大多數(shù)故障事前都有先兆，這就要求需要發(fā)展一種連續(xù)或定時的檢測技術(shù)，實時監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運而生。

二、實時監(jiān)測系統(tǒng)

輸電設(shè)備實時監(jiān)測技術(shù)是一種利用工作電壓來對高壓設(shè)備絕緣情況進行試驗的方法，可達到提高試驗的真實性和靈敏性，及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。采用實時監(jiān)測的方法可以根據(jù)設(shè)備的好壞選擇不同的檢測周期，并且可以積累大量數(shù)據(jù)，通過當(dāng)前數(shù)據(jù)與前期數(shù)據(jù)比較分析，即可以有效預(yù)測故障特征。這種輸電設(shè)備的實時監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、分析診斷系統(tǒng)這三部分組成。

1、 傳感器系統(tǒng)

傳感器系統(tǒng)主要是用來感知所需要的電器參數(shù)或非電器參數(shù)，能夠完成檢測任務(wù)，它的輸出參數(shù)與被測參數(shù)有一種內(nèi)在的定量關(guān)系，且具有一定的精度，被測量包括物理量、光、電氣、化學(xué)量、生物量等。目前常用的傳感器有電磁傳感器、力學(xué)傳感器、聲參數(shù)傳感器、熱參數(shù)傳感器、化學(xué)量傳感器。

2、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

信號采集系統(tǒng)的功能是采用來自傳感器的各種信號，并將其送往數(shù)據(jù)處理和診斷系統(tǒng)對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析、處理，使其由模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量進行傳輸。此外，為了提高監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測靈敏性，還需要采取一些抗干擾措施以提高信號的信噪比。通常采用放大器對信號進行處理，提高有用信號的成分，并對噪聲信號進行抑制。

3、 信號傳送與電磁干擾抑制

實時監(jiān)測系統(tǒng)的信號不僅包括從傳感器傳來的待測信號，而且還有來自微機的控制信號。這些信號需要在各個系統(tǒng)間、單元間、甚至部件間進行傳遞，通常信號傳送的方式有串行傳輸方法，并行傳輸方法和光電光纖傳輸方法。此外，針對傳輸信號中干擾信號的來源不同，可分別對內(nèi)部干擾和外部干擾加以抑制。對于內(nèi)部干擾，可以通過保證一點接地、隔離、以及盡可能拉開各個通道之間的距離，特別要避免通過高阻連接等方法解決，對于系統(tǒng)外部產(chǎn)生的干擾，應(yīng)根據(jù)進入的途徑采取不同的措施。干擾通常分為共模干擾和差模干擾，對于兩根電源線對地之間的干擾，其電位相等、相位相同。對于差模干擾，是兩根電源線之間形成的干擾。其干擾電流在兩根線上是異向的環(huán)流，我們應(yīng)該根據(jù)實際情況選擇不同的應(yīng)對措施。

4、 分級集成系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)

輸電設(shè)備的實時監(jiān)測系統(tǒng)中存在著計算機的分級管理，它的上位機是微型計算機，下位機是單片機。下位機負責(zé)數(shù)據(jù)的采集和存取，上位機進行數(shù)據(jù)的處理和診斷。在一個變電站里需要檢測的設(shè)備很多，這就需要對整個變電站的主要電氣設(shè)備進行全面的檢測和診斷，形成全變電站的實時監(jiān)測系統(tǒng)。各類設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和存儲仍由各自監(jiān)測系統(tǒng)的單片機擔(dān)負。各單片機分散在現(xiàn)場各自被測設(shè)備的附近，并由微機來集中管理和控制各個監(jiān)測系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)處理和診斷。

三、故障診斷方法

1、依據(jù)規(guī)則診斷

工程診斷問題的關(guān)鍵在于要找到特征、狀態(tài)、診斷規(guī)則這三者之間的關(guān)系，從而可根據(jù)診斷規(guī)則由特征函數(shù)推斷出設(shè)備的狀態(tài)。根據(jù)診斷規(guī)則的不同，可以將診斷分為三種類型：邏輯診斷、模糊診斷、統(tǒng)計診斷。

2、依據(jù)樣板診斷

設(shè)備診斷過程通常從測試開始，測出能表征設(shè)備狀態(tài)的信號，這些信號被稱為初始模式，然后檢驗出其中的干擾信號，提取特征，形成待檢模式；最后將待檢模式與樣板模式對比，確定故障類型。根據(jù)這個過程中所用的樣板模式的不同，可將診斷分為以下幾類：

a、 閾值診斷：對設(shè)備進行測試，按照所得特征量是否超過規(guī)定閾值來判斷設(shè)備狀態(tài)。該方法比較簡單，容易推行，但也存在判斷不夠全面，容易發(fā)生誤報等缺點。

b、 時閾波形診斷：對設(shè)備進行監(jiān)測，將測得的某種物理量隨時間變化的曲線與樣條板對照來判斷設(shè)備狀態(tài)。

c、 頻率特性診斷：對設(shè)備監(jiān)測之后，將測得的某種物理量的頻譜特性與樣板特性進行對照，進而判斷設(shè)備狀態(tài)。

d、 指紋診斷：對設(shè)備進行監(jiān)測之后，將測得的數(shù)據(jù)進行處理，將得到的特殊圖形與樣條板進行對比，進而判斷設(shè)備狀態(tài)。

3、應(yīng)用專家系統(tǒng)進行診斷

從本質(zhì)上講，專家系統(tǒng)是一類包含著知識和推理的智能計算機程序。但是這種“智能程序”與傳統(tǒng)的計算機“應(yīng)用程序”已有本質(zhì)區(qū)別。專家系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序”的應(yīng)用程序模式變成了“知識+推理=系統(tǒng)”的模式。

通常，一個以規(guī)則為基礎(chǔ)、以問題為求解中心的系統(tǒng)主要包括五個組成部分：知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、解釋接口或人機界面和知識獲取。按照不同的方法分為不同的類別。可從應(yīng)用領(lǐng)域分為化學(xué)專家系統(tǒng)、醫(yī)療專家系統(tǒng)、氣象專家系統(tǒng)、地質(zhì)專家系統(tǒng)等系統(tǒng)；按照知識表示技術(shù)可分為基于規(guī)則的專家系統(tǒng)、基于框架的專家系統(tǒng)、基于語義網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)等；

診斷專家系統(tǒng)已經(jīng)在不少領(lǐng)域顯示出強大的工作能力，許多場合已經(jīng)遠遠超過人類專家的工作能力。并且隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，它也在不斷發(fā)展和完善。但依然存在知識獲取較困難，診斷處理不完全匹配問題的能力還不強等限制。這依然是人類努力打破的枷鎖，目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其模擬人腦的能力備受關(guān)注，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的診斷專家系統(tǒng)也許會很好的解決上述缺陷問題。

參考文獻：

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[2]郭福田、王仲奕等，電氣工程原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2004