宋進(jìn)良，周 潔，徐 晨

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.國(guó)家電投東北新能源發(fā)展有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110181；3.沈陽(yáng)捷通消防車有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110011)

高壓開關(guān)類成套設(shè)備廣泛應(yīng)用于配電系統(tǒng)，是極其重要的配電自動(dòng)化設(shè)備，其穩(wěn)定、可靠運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)具有十分重要的意義。近年來，國(guó)內(nèi)對(duì)開關(guān)類成套設(shè)備的性能要求越來越高，開關(guān)類成套設(shè)備的入網(wǎng)試驗(yàn)與性能評(píng)估成為關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)開關(guān)類成套設(shè)備整體參數(shù)綜合測(cè)試的研究還比較少，缺少故障智能化診斷評(píng)估方法。

為適應(yīng)配電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)及發(fā)展需求，提高開關(guān)類成套設(shè)備的入網(wǎng)質(zhì)量，本文提出了一種基于柔性檢測(cè)技術(shù)的開關(guān)類成套設(shè)備智能信息化試驗(yàn)平臺(tái)，可提高高壓開關(guān)類成套設(shè)備試驗(yàn)工作效率，實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備檢測(cè)過程的智能化。

基于無線網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)類成套設(shè)備自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)將智能化開展開關(guān)類成套設(shè)備性能檢測(cè)評(píng)估，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與診斷分析，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行[1]。

1 測(cè)試原理

試驗(yàn)系統(tǒng)以PLC為控制核心，以現(xiàn)場(chǎng)總線為通信網(wǎng)絡(luò)，通過鏈接通信接口對(duì)升流裝置、升壓裝置和多路數(shù)據(jù)分析儀進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)采集分析。系統(tǒng)通過智能切換裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)類成套設(shè)備直流電阻測(cè)量、變比試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)和雷電沖擊試驗(yàn)的自動(dòng)化檢驗(yàn)，并將整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程通過通信模塊存儲(chǔ)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中[2]。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，各工位之間依靠現(xiàn)場(chǎng)總線銜接，可通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)診斷與分析。

開關(guān)類成套設(shè)備由儲(chǔ)能電機(jī)通過單向滾針軸承帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到儲(chǔ)能的目的。

試驗(yàn)系統(tǒng)采用FPGA技術(shù)，試驗(yàn)過程采用獨(dú)立分量分析算法分析。在試驗(yàn)過程中，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度進(jìn)行不確定度分析。

系統(tǒng)采用多路溫度直流測(cè)試技術(shù)，如圖1所示，待測(cè)的直流電阻連接到變送器端子(輸出為 0～5 V 或 4～20 mA)，再?gòu)淖兯推鞫俗咏尤朐撗b置的多路 DC信號(hào)輸入負(fù)載端。通過多路信號(hào)數(shù)據(jù)分析儀進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定。

圖1 直流測(cè)溫原理圖

2 系統(tǒng)理論算法與絕緣性能

2.1 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

電壓有效值計(jì)算：

(1)

電流有效值計(jì)算：

(2)

單相有功功率計(jì)算：

(3)

當(dāng)諧波分量存在時(shí)，三相有功功率和：

(4)

iC(k)}

(5)

無功功率：

(6)

(7)

當(dāng)諧波分量不存在時(shí)，式(6)可以準(zhǔn)確計(jì)算出無功功率，其原理是對(duì)于正弦信號(hào)，無功功率定義為

Q=UIsinφ=UIcos(φ-90°)

(8)

當(dāng)諧波分量存在時(shí)，利用式(7)計(jì)算得到Fryze無功功率。

2.2 電測(cè)參數(shù)真有效值積分算法

假設(shè)N足夠大，平均功率計(jì)算公式為

(9)

(10)

(11)

式中：u(t)、i(t)為電壓、電流的瞬時(shí)值；T為信號(hào)周期。

(12)

(13)

2.3 獨(dú)立分量分析算法

獨(dú)立分量分析在柔性檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用的信號(hào)識(shí)別與優(yōu)化分析其分析流程如圖2所示[3]。

圖2 獨(dú)立分量分析流程圖

為達(dá)到柔性系統(tǒng)優(yōu)化處理，通過算法計(jì)算近似應(yīng)用數(shù)據(jù)。

a.球化

對(duì)W進(jìn)行線性變換，使得z(t)的各分量方差值為1，且不相關(guān)。

b.正交變換

使得yi的方差值保持?jǐn)?shù)值為1，且各分量相互獨(dú)立。

c.判據(jù)

(14)

式中:p(yi)和p(y)為未知參量，對(duì)其進(jìn)行預(yù)概率預(yù)估計(jì)，統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性可以描述為

(15)

當(dāng)式(15)中函數(shù)y的各分量獨(dú)立時(shí)，I(y)=0可以定義為信息極小化的相互判據(jù)。由x求y=BX，由此可得模型的預(yù)估結(jié)論：

H(y)=H(x)+log|B|

(16)

(17)

2.4 信號(hào)傳遞函數(shù)

信號(hào)傳遞函數(shù)SITF(signal-transfer function)是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估的重要參數(shù)之一，輸入信號(hào)假定描述為標(biāo)靶與其周圍環(huán)境之間的溫度差值(見圖3)。

圖3 信號(hào)傳遞函數(shù)

SITF的推算過程如下：

(18)

式中：G為系統(tǒng)增益系數(shù)；R(λ)為對(duì)波長(zhǎng)λ的響應(yīng)度；Ad為探測(cè)器面積；F為基數(shù)；?Me(λ,TB)/?T為輻射泰勒級(jí)數(shù)的簡(jiǎn)化式；Tsys(λ)為系統(tǒng)光學(xué)傳遞函數(shù)。采用最小二乘法推導(dǎo)出信號(hào)傳遞函數(shù)：

(19)

存在于響應(yīng)度函數(shù)中的偏置，可表示為

(20)

式中：

(21)

(22)

3 評(píng)估試驗(yàn)

為測(cè)試開關(guān)類成套設(shè)備試驗(yàn)評(píng)估系統(tǒng)的有效性和優(yōu)越性，針對(duì)開關(guān)類成套設(shè)備的直流電阻測(cè)量、溫升試驗(yàn)和雷電沖擊試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估分析。

3.1 繞組直流電阻測(cè)量

為了驗(yàn)證繞組是否存在匝間短路，電壓分接開關(guān)是否接觸良好，系統(tǒng)采用數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)開展直流電阻測(cè)量，自動(dòng)完成測(cè)量、過渡過程判斷、數(shù)據(jù)采集與分析。如圖4所示，當(dāng)回路電流達(dá)到IN時(shí)，S2合上，S1斷開，回路轉(zhuǎn)入穩(wěn)流狀態(tài)，在變壓器兩端產(chǎn)生的電壓降UX=RXIN；從而得到RX：

(23)

圖4 直流電阻數(shù)字測(cè)試原理圖

3.2 局放試驗(yàn)

采用開關(guān)柜局放的電磁測(cè)量法，系統(tǒng)試驗(yàn)電源設(shè)置變頻電源，利用校正脈沖發(fā)生設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)放電參數(shù)校準(zhǔn)，交流耐壓試驗(yàn)裝置升電壓至預(yù)加電壓，系統(tǒng)自動(dòng)記錄放電量如圖5所示。

圖5 局放試驗(yàn)結(jié)果

3.3 雷電沖擊試驗(yàn)

雷電沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)采用獨(dú)立分量分析技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，硬件結(jié)構(gòu)采用電壓發(fā)生器、電流發(fā)生器和分壓器相互銜接，系統(tǒng)可由上位機(jī)控制電壓發(fā)生器和電流發(fā)生器開展雷電沖擊試驗(yàn)，通過分壓器進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集分析。對(duì)開關(guān)類成套設(shè)備按額定值進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖6所示[8]。

圖6 雷電沖擊電壓波形

4 結(jié)束語(yǔ)

開關(guān)類成套設(shè)備的廣泛應(yīng)用對(duì)提高電力系統(tǒng)的供電可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)開關(guān)類成套設(shè)備全性能抽檢試驗(yàn)中的各類問題，提出了一種全新的智能檢測(cè)與評(píng)估方法，系統(tǒng)采用PLC為控制核心,通過交流采樣技術(shù)和獨(dú)立分量分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與分析，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少了響應(yīng)時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法不僅提高了開關(guān)類成套設(shè)備試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，具有較強(qiáng)的魯棒性，而且克服傳統(tǒng)方法對(duì)全性能參數(shù)難以分割的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)類成套設(shè)備全性能自動(dòng)化檢測(cè)與評(píng)估。試驗(yàn)方法采用自動(dòng)優(yōu)化識(shí)別技術(shù)，簡(jiǎn)化了開關(guān)類成套設(shè)備的試驗(yàn)過程，在電網(wǎng)的物資抽檢工作中將發(fā)揮更重要的作用，有著廣泛的應(yīng)用前景[9]。