李佳宣 鄒蘭青 楊明祥 殷商瑩 賀 皎

（1.國網(wǎng)物資有限公司 2.國網(wǎng)甘肅物資事業(yè)部）

0 引言

電力組合電器設(shè)備故障診斷技術(shù)的研究，是升級電力系統(tǒng)的重要內(nèi)容。尤其是科學技術(shù)的迅速發(fā)展與組合電氣設(shè)備的普及，為智能電網(wǎng)的構(gòu)建給予支撐。作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成，組合電器設(shè)備關(guān)系著系統(tǒng)運行的安全與穩(wěn)定。組合電器設(shè)備在實際應(yīng)用中，不僅結(jié)構(gòu)非常緊湊，而且絕緣節(jié)點比較多，因此若出現(xiàn)故障，會直接干擾內(nèi)部運行安全。面對這種情況，必須做好組合電器設(shè)備故障診斷工作，科學選擇故障診斷技術(shù)，制定完善的診斷方案，科學排除組合電器設(shè)備故障風險，保障電力系統(tǒng)運行安全。

1 組合電器設(shè)備故障診斷技術(shù)分析

1.1 設(shè)備檢測技術(shù)

組合電器設(shè)備故障診斷中，設(shè)備監(jiān)測技術(shù)是重要組成與故障診斷的基礎(chǔ)。通過監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，可以及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)警潛在的故障。目前應(yīng)用最廣泛的檢測技術(shù)包括紅外檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)、振動檢測技術(shù)等［1］。實際監(jiān)測中，需根據(jù)現(xiàn)場告警情況選擇監(jiān)測技術(shù)。如紅外檢測技術(shù)的應(yīng)用，其核心在于紅外熱成像，應(yīng)用紅外線熱像儀對物體表面的紅外輻射進行捕捉，并顯示物體表面敷設(shè)能量密度的分布情況。仔細觀察紅外熱分布圖，測量所需位置或故障區(qū)域溫度，借此判斷故障具體位置、受損程度等，從而準確判斷缺油、受潮、松動、絕緣老化等問題。

1.2 故障分析技術(shù)

利用采集到的設(shè)備運行數(shù)據(jù)，對設(shè)備的故障模式和原因進行深入地分析。常用的故障分析方法包括模式識別、故障樹分析、專家系統(tǒng)等。整理故障檢測相關(guān)資料，選擇適配的故障分析技術(shù)，輔助技術(shù)人員明確故障情況，并鎖定故障發(fā)生位置。結(jié)合故障分析結(jié)果，對故障出現(xiàn)的影響進行評估，方便故障的后續(xù)解決［2］。

1.3 狀態(tài)評估技術(shù)

組合電器設(shè)備故障診斷中還涉及狀態(tài)評估技術(shù)，針對設(shè)備運行故障展開運行狀態(tài)評估，同時預(yù)測設(shè)備未來一段時間內(nèi)的運行狀態(tài)。目前常用的狀態(tài)評估技術(shù)，包括模糊集合評價、灰色關(guān)聯(lián)度評價、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價等［3］。利用狀態(tài)評估技術(shù)對設(shè)備健康狀態(tài)有更準確的認識，為后期故障預(yù)防工作開展提供參考。

1.4 預(yù)測與預(yù)防技術(shù)

預(yù)測與預(yù)防技術(shù)主要是通過對設(shè)備歷史數(shù)據(jù)的分析，預(yù)測設(shè)備未來可能出現(xiàn)的故障，并采取相應(yīng)的預(yù)防措施［4］。常用的預(yù)測與預(yù)防技術(shù)包括：基于數(shù)據(jù)挖掘的預(yù)測、基于機器學習的預(yù)測、基于仿真模擬的預(yù)測等。這些技術(shù)可以幫助技術(shù)人員提前發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

2 構(gòu)建組合電器設(shè)備故障診斷評估模型

通過對組合電器設(shè)備故障監(jiān)測技術(shù)的研究，對電力組合電器設(shè)備故障診斷與處理有更全面的認識。為更好的完成故障診斷處理，還需要構(gòu)建故障診斷評估模型，對設(shè)備檢測技術(shù)進行集中應(yīng)用，從而創(chuàng)新傳統(tǒng)故障監(jiān)測方法。以紅外線檢測技術(shù)為例，搭配圖像分類器，對紅外熱成像信息進行整理，并加入多尺度卷積，深層次挖掘紅外圖像中的信息。故障診斷評估模型（MobilеNеt）構(gòu)建中，信息分類非常關(guān)鍵，這期間應(yīng)用到分類函數(shù)，即Softmаx函數(shù)。表達式詳見式（1）.

式中，Ls為分類函數(shù)損失；f為分類處理中末端完全連接層，；fi為樣本（樣本共n個，類別為c個）；Wj為分類處理中末端完全連接層參數(shù)矩陣（即：W矩陣中包含j列）；WyTifi為第i個樣本處理中的目標邏輯；T為矩陣轉(zhuǎn)置；θyi為目標角；yi為預(yù)測輸出。經(jīng)過調(diào)整后得到式（2）。

式中，m參數(shù)屬于新變量，歸類為附加余量。通過m的加入為數(shù)據(jù)分類處理提供了距離條件，同時提高故障診斷預(yù)測率。再者歸一化方法的加入，W、f參數(shù)處理更科學，s參數(shù)調(diào)節(jié)功能增強。

故障診斷評估模型構(gòu)建期間，還應(yīng)用到數(shù)據(jù)集增強技術(shù)。實際評估判斷期間，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合問題始終困擾技術(shù)人員。面對這種情況，以數(shù)據(jù)集增強技術(shù)，對故障數(shù)據(jù)展開預(yù)處理，從而為故障判斷評估模型賦予泛化能力。此外還擴大數(shù)據(jù)集空間，將模型魯棒性提升，針對性分析噪聲數(shù)據(jù)，提高故障診斷的準確性。

3 某電力組合電器設(shè)備故障診斷技術(shù)實際應(yīng)用

3.1 高壓套管設(shè)備信息介紹

750kV高抗產(chǎn)品型號：BKD-100000/750；高壓套管型號：BRDLW-800/800-4，出廠日期：2016年8月。高壓套管2016年8月通過全部出廠試驗，工頻試驗前后無局放，絕緣油性能良好，氣體組分未見異常，所有試驗結(jié)果符合標準及技術(shù)協(xié)議要求。

3.2 高壓套管運行異常

2020年05 月，對750千伏高壓電抗器檢修試驗時，發(fā)現(xiàn)A相數(shù)據(jù)氫氣，甲烷、乙炔、總烴超過注意值，B相、C相套管油樣未見異常。

3.3 高壓套管現(xiàn)場檢測實驗

接到異常告警信息后，2020年05月停電檢修，現(xiàn)場對750千伏高抗高壓套管A相取油樣，在緩慢擰松套管上部放氣塞時，即有油、氣沿放氣塞絲扣處不斷溢出，試驗人員立即將放氣塞關(guān)閉，并直接在其下部專用取樣閥處開展取樣，隨即在實驗室開展了油色譜離線分析工作，其油樣結(jié)果均顯示氫氣、甲烷、乙烷、乙炔、總烴含量超過注意值，其中氫氣數(shù)值超過設(shè)備量程，經(jīng)稀釋后結(jié)果詳見表1。

表1 套管油色譜數(shù)據(jù)

（1）色譜試驗數(shù)據(jù)情況

根據(jù)《DL/T 722-2014變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，由以上分析數(shù)據(jù)可知，三個判斷數(shù)據(jù)均超過規(guī)定值，判定為電弧放電。色譜實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常后，隨后開展了高抗本體及套管試驗，數(shù)據(jù)未見異常，但是發(fā)現(xiàn)套管末屏絕緣電阻，介損、電容量雖未超標，但與交接值相比，末屏絕緣電阻有顯著下降，末屏介損、電容量有輕微增長，末屏的絕緣強度呈明顯下降的趨勢。

（2）高壓套管異常現(xiàn)場處理

利用組合電器設(shè)備故障診斷技術(shù)組織實施高壓實驗，對套管壓力、油色譜等檢測結(jié)果進行整理，并得到該相套管內(nèi)部存在嚴重故障結(jié)論。隨后現(xiàn)場確定整體更換的處理方案，現(xiàn)場將該相套管擴建間隔C相高抗高壓套管更換至高抗A相處，并組織進行套管解體與高壓檢測實驗，數(shù)據(jù)詳見表2、表3。

表2 套管油色譜數(shù)據(jù)

表3 套管高壓試驗數(shù)據(jù)

拆解套管期間，發(fā)現(xiàn)頭部油枕內(nèi)外側(cè)無滲漏油、發(fā)熱、電弧等異常痕跡，油枕內(nèi)部有少量黑色雜質(zhì)和銀色金屬碎屑。底座密封狀態(tài)良好，部件表面無異物，但內(nèi)部存在少量黑色印記。繼續(xù)對未拆解的電容芯子進行拆解，在拆解至第144層電容屏時發(fā)現(xiàn)距離導管頂部6.7m處開始出現(xiàn)大量蠟狀物質(zhì)。距離導管頂部2.74m位置，拆解至141層電容屏時發(fā)現(xiàn)141層電容屏有環(huán)形斷屏現(xiàn)象，斷屏處有放電痕跡，并有炭狀物生成。繼續(xù)拆解，發(fā)現(xiàn)142、143層電容屏同樣出現(xiàn)斷屏，斷屏端口均在5-8mm之間，并伴有大量蠟狀物質(zhì)。3處斷屏集中在距離到電桿頂部251cm-274cm處。第一層電容屏距離導電桿頂端251cm，在電容屏末端有黑色放電痕跡。

3.4 梳理原因與提煉經(jīng)驗

（1）原因：套管制造工藝不良，電容芯體絕緣紙上端有35mm串層現(xiàn)象，下端亦有串層現(xiàn)象。表明電容屏繞制壓緊力不足，導致串層。電容屏在套管運行中發(fā)生位移滑動，造成電容屏未有效連接或出現(xiàn)撕裂斷屏，形成放電。

（2）經(jīng)驗：對套管進行壓力在線安裝及末屏引下改造，實時監(jiān)測套管運行狀態(tài)。對異常套管深入分析原因，給出特征氣體年增長量、絕對值等套管安全運行的閾值指導后續(xù)運維。

4 結(jié)束語

綜上所述，電力組合電器設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展離不開各種技術(shù)的綜合應(yīng)用。通過將各種技術(shù)有機地結(jié)合起來，可以實現(xiàn)電力組合電器設(shè)備故障診斷的全過程管理，包括故障的監(jiān)測、分析、評估、預(yù)測、預(yù)防以及信息的管理等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電力組合電器設(shè)備故障診斷技術(shù)也將不斷進步，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供更加可靠的支持。