姜宇航 李博 彭琳琳 金鑫

遼寧省檢驗檢測認證中心（遼寧省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院） 遼寧沈陽 110000

近年來，我國經(jīng)濟快速增長，社會能源消耗不斷增加，現(xiàn)有供電系統(tǒng)面臨越來越大的壓力，特別是在節(jié)假日和活動期間，能源消耗急劇增加，這對整個電力系統(tǒng)構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。但無論是人民的日常生活還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，都必須依靠電力來穩(wěn)定運行，因此，安全可靠的供電系統(tǒng)是整個社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的基礎。然而，由于氣候環(huán)境和技術(shù)條件的影響，電力系統(tǒng)在運行過程中容易發(fā)生各種故障。電力系統(tǒng)的故障如果不能及時解決，將給整個社會帶來嚴重的經(jīng)濟損失。因此，有必要加強對電力系統(tǒng)故障診斷的分析和研究，以在最短的時間內(nèi)解決電力系統(tǒng)故障，使損失最小化。除此之外，隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展壯大，供電系統(tǒng)也越來越復雜，日常工作中的故障頻率也越來越高，所以，加強電力系統(tǒng)故障診斷的研究對我國電力系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。

1 電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

與國外相比，我國電力工業(yè)的發(fā)展起步較晚，相應的電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)不高。對于故障診斷技術(shù)，大多是積極學習國外先進經(jīng)驗和技術(shù)，不斷學習和發(fā)展過程，消化吸收，不斷總結(jié)。

其中，電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展分為三個階段。第一，初始階段。1979年以來，我國開始了解和研究電力系統(tǒng)的設備診斷技術(shù)，特別是設備診斷技術(shù)的基礎理論，并對其進行了深入的研究。大約10年后，我過開始學習和研究設備狀態(tài)監(jiān)測、信號處理等電力系統(tǒng)技術(shù)。第二，發(fā)展階段。20世紀90年代，隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展和現(xiàn)代管理的逐步發(fā)展，診斷技術(shù)在這一時期的發(fā)展也非常迅速。以故障分類、模式識別、智能專家系統(tǒng)及其計算（故障樹計算、模糊邏輯計算、神經(jīng)網(wǎng)絡計算、遺傳計算等）為例，理論研究與生產(chǎn)實踐有機結(jié)合，我國的實用特征故障診斷理論也在不斷完善。通過認真研究和創(chuàng)新，提出了一套符合國際標準的一體化設備狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，對促進我國設備故障診斷技術(shù)的發(fā)展起到了重要作用。第三，成熟階段。目前，該系統(tǒng)的運行主要是實現(xiàn)遠程、智能化和網(wǎng)絡化監(jiān)控。人們將設備診斷技術(shù)與計算機信息技術(shù)、智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)電力系統(tǒng)故障診斷。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)診斷是基于被診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲模型，當發(fā)生故障時，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)會發(fā)生變化，從而導致系統(tǒng)潮流的變化，這可能是根據(jù)潮流的變化進行計算。一般采用傳統(tǒng)的數(shù)學方法進行計算，但由于存在許多不確定因素，難以滿足當前電力發(fā)展的新要求，因此，目前電力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的研究主要采用智能方法[1]。

2 電力系統(tǒng)中常見的故障問題

目前，我國電力系統(tǒng)的故障是指接入電力系統(tǒng)的設備不能正常工作，不能發(fā)揮其自身的功能，最終導致電力系統(tǒng)不能正常運行作。在整個系統(tǒng)中，若其中的某個設備或部件出現(xiàn)故障，就會影響整個電力系統(tǒng)的運行。

比較常見的故障有以下幾種：一是電氣系統(tǒng)的輸電線路出現(xiàn)了故障。事實上，有很多電線的絕緣體已經(jīng)被風和太陽損壞。部分輸電線路受到強風天氣的影響，導致線路出現(xiàn)偏移或短路。雖然這些輸電線路中的故障可以通過電線分離進行糾正，但是其故障仍然存在。二是電力設備中的變壓器故障。變壓器在整個輸電線路中起著重要的作用。變壓器出現(xiàn)故障后，可能會對整個電力系統(tǒng)造成嚴重損害。通常，變壓器故障的主要原因是電場強度過高，除此之外，變壓器本身的結(jié)構(gòu)更加復雜，價格昂貴，所以，工人必須密切關(guān)注變壓器故障。三是電力系統(tǒng)母線故障，全廠或全所出現(xiàn)停電。母線故障一般包括母線短路和母線保護動作錯誤。當中心變電站母線發(fā)生故障時，將給人們造成嚴重的損失[2]。

3 電力系統(tǒng)故障診斷發(fā)展的趨勢分析

首先，現(xiàn)階段我國對電網(wǎng)的建設在不斷加強，計算機技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展、數(shù)學與智能技術(shù)的發(fā)展，使電力系統(tǒng)故障診斷方法不斷革新。從現(xiàn)階段對電力系統(tǒng)故障診斷的理論以及相應的方法研究中可以清楚地認識到，故障診斷系統(tǒng)的研究仍然處于理論層次與模型等方面的研究與探索，并沒有向成功且實用的方向發(fā)展。其次，由于之前的技術(shù)過于陳舊，設施過于粗糙，導致信息資源相對有限，所以電力系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)，大部分依賴于調(diào)度端或者是變電站，之后再通過利用SCADA系統(tǒng)的實時信息或者是站內(nèi)綜合的自動化系統(tǒng)進行相應的信息收集來實現(xiàn)調(diào)度[3]。

隨著當前系統(tǒng)技術(shù)與計算機技術(shù)以及網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，使電力系統(tǒng)故障錄波專用網(wǎng)絡的建設得到了加強。而電力故障診斷系統(tǒng)的建設，使得大量的信息孤島被紛紛納入到了系統(tǒng)之中。比如，錄波器信息與雷電定位信息、保護裝置信息等設備。通過進行相應的采集、運輸、存儲和處理方式，為電力故障處理提供了強大的信息資源支持。

同時，由于該類型的珍貴信息還未在新的電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)中提供相應的基礎支撐。為了進一步使電力系統(tǒng)故障診斷的研究方向得到擴展，在對電力故障診斷理論進行實用化的過程當中，需要充分注重對信息的收集，以及實施對電力系統(tǒng)故障進行診斷的數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建和故障綜合信息的預處理及其相應的診斷工作。

4 電力系統(tǒng)故障診斷

4.1 模糊理論的電力系統(tǒng)故障診斷

在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)故障診斷中，因潛在的故障和故障清除之間的聯(lián)系，使相關(guān)工作人員很難區(qū)分，影響診斷結(jié)果的準確度。而隨著模糊理論的應用，保證模糊控制器進一步完善，進一步提高解決電力系統(tǒng)故障的能力。模糊控制器因由兩個自適應模糊系統(tǒng)構(gòu)成，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障，及時進行處理，相比于傳統(tǒng)的自適應控制更為先進。該理論的應用在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)故障診斷的基礎上進行更新，依靠模糊理論獨有的特性進行處理，保證電力系統(tǒng)故障診斷結(jié)果的精準度。在電力系統(tǒng)工作中，若出現(xiàn)診斷結(jié)果不精準的時候，可以采取本方法與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障診斷相結(jié)合的方式進行處理，以保證診斷的結(jié)果[4]。

4.2 信息理論的電力系統(tǒng)故障診斷

信息理論的電力系統(tǒng)故障診斷主要是以信息理論為基礎，運用其實用性的特點，對電網(wǎng)故障診斷進行信息融合的過程。通過應用該系統(tǒng)診斷可對故障產(chǎn)生的原因及相應保護裝置的原理進行了解，運用該方式不但簡單快捷，而且效果顯著，對電力系統(tǒng)的故障診斷具有重要的作用[5]。

在電力系統(tǒng)故障診斷中，為明確掌握電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定特性，對其有關(guān)聯(lián)性的系統(tǒng)進行保護，必須優(yōu)化信息結(jié)合、信號處理等工作，對保護設備、錄波信息合理使用，保證故障診斷結(jié)果的準確性。

4.3 遺傳算法的電力系統(tǒng)故障診斷

為實現(xiàn)電力系統(tǒng)的全局優(yōu)化，必須仿照生物進化，運用遺傳算法。在電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障時，遺傳算法可以依據(jù)元件故障與保護動作間的關(guān)聯(lián)性將診斷轉(zhuǎn)換為整數(shù)，進行全局優(yōu)化的過程。當運用遺傳算法時，保護元件及斷路器出現(xiàn)拒動時，代表電力系統(tǒng)故障已將診斷完成。遺傳算法的電力系統(tǒng)故障診斷的優(yōu)勢是可以站在全局的角度去優(yōu)化電力系統(tǒng)故障，發(fā)現(xiàn)故障原因，但診斷數(shù)字模型、明確差異性等問題還必須進行深入研究。

4.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡電力系統(tǒng)故障診斷

人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)的應用可以有效去除電力系統(tǒng)中的噪音數(shù)據(jù)，對電力系統(tǒng)故障進行科學處理。其主要原理是通過控制人工神經(jīng)網(wǎng)絡閾值獲取相應的知識點，將其分布在人工神經(jīng)網(wǎng)絡中，具有一定的隱秘性，進而有效改善電力系統(tǒng)中存在的故障。因人工神經(jīng)網(wǎng)絡在應用的過程中會產(chǎn)生記憶，進一步可以獲得充足的隱形知識點，以此達到快速糾正電力系統(tǒng)存在的問題，并將所獲得的知識點、數(shù)據(jù)傳送到相應的系統(tǒng)中，快速準確的清理掉系統(tǒng)中的故障[6]。

另外，運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)因其會產(chǎn)生記憶，會相應的在數(shù)據(jù)庫內(nèi)存入數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作提供了參考價值，減少了人力、物力等浪費資源情況，在電力系統(tǒng)中被廣泛應用。

5 電力系統(tǒng)故障診斷研究的發(fā)展方向

5.1 電力系統(tǒng)健康診斷的研究

電力系統(tǒng)的故障診斷是通過結(jié)合其故障的特征，以及對已經(jīng)發(fā)生過的故障系統(tǒng)問題進行準確的定位和對故障問題發(fā)展程度進行精準的判斷，提出對電力系統(tǒng)的健康診斷研究方向，并對各項設備、網(wǎng)絡技術(shù)和系統(tǒng)的實時狀態(tài)進行掃描，結(jié)合掃描的結(jié)果建立起相應的健康檔案。同時，進行動態(tài)跟蹤，結(jié)合其特征的變化、診斷的健康程度，從而及時發(fā)現(xiàn)問題并進行報警，如果到了一定程度，可以對其進行消除。因此，可以清楚地認識到電力系統(tǒng)健康診斷不僅包含了故障的診斷，同時還包含了對故障的預測。所以在內(nèi)容與時間上都得到了進一步延伸[7]。比如，從內(nèi)容上，就如同由大病逐漸變成了小病；從時間上來看，則是從故障時逐漸延伸到了平時。所以電力系統(tǒng)的健康診斷，可以做到防患于未然。

此外，消除電力系統(tǒng)中前者的故障，從而有效防止突發(fā)性事故的發(fā)生，減少不必要的損失。但是，該方向的研究相對較少，所以還需要進行深入研究。

5.2 電力系統(tǒng)故障診斷的實用化方向研究

首先，盡管電力系統(tǒng)的故障診斷研究時間相對較長，也在研究過程中取得了相應的成果，但是，對于其實質(zhì)性的需求還有一定的距離，實用性也相對比較差。因此，需要得到電力企業(yè)的進一步支持[8]。其次，還需要結(jié)合先進的科研機構(gòu)的研究實力，對電力系統(tǒng)故障診斷的實用化進行加強研究。

通過對當前電力系統(tǒng)的實際發(fā)展情況、故障綜合信息的收集與整理得到充分的認識，以及故障診斷數(shù)據(jù)庫的建立、故障綜合信息的預處理等。同時，對區(qū)域的電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)建設，可以利用智能化的診斷方式，實現(xiàn)診斷范圍中的故障分析處理。并為檢修人員在找尋事故原因的過程中提供相應的幫助。

6 結(jié)語

總之，在對四案例系統(tǒng)故障診斷的過程中，要對電力系統(tǒng)的安全且穩(wěn)定運行進行保證，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，電力系統(tǒng)也面臨一定的機遇與挑戰(zhàn)，通過對不同的故障診斷技術(shù)研究，對電力系統(tǒng)故障做出準確的診斷，并提出有效的改進措施，經(jīng)過專業(yè)人員的總結(jié)，對故障診斷技術(shù)進行創(chuàng)新，在一定程度上對電力行業(yè)的發(fā)展提供基礎。