電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術探討

1、學術探討電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術探討薛善成 朱杰 江蘇省電力公司徐州賈汪供電公司 221000在我國電網(wǎng)高速發(fā)展的今天，電力系統(tǒng)的狀態(tài)檢測與故障診斷是保障電力系統(tǒng)有效運行技術保障，是整個電網(wǎng)運營中不可缺少的部分。我國的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術已經(jīng)發(fā)展了十幾年，一些廠家已經(jīng)能生產(chǎn)各種檢測裝置。但是，目前狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的應用還不普遍，還存在種種問題，包括一些認識上的誤區(qū)。1、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的概念電氣設備在運行中受到電、熱、機械、環(huán)境等各種因素的作用，其性能逐漸劣化，最終導致故障。特別是電氣設備中的絕緣介質(zhì)，大多為有機材料，如礦物油、絕緣紙、各種有機合成材料等，容易在外界因素作用下

2、發(fā)生老化。電氣設備是組成電力系統(tǒng)的基本元件，一旦失效，必將引起局部甚至廣大地區(qū)的停電，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。設備的狀態(tài)監(jiān)測是利用各種傳感器和測量手段對反映設備運行狀態(tài)的物理、化學量進行檢測，其目的是為了判明設備是否處于正常狀態(tài)。設備的“故障診斷”是指這樣的過程：根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所得到的各測量值及其運算處理結果所提供的信息，采用所掌握的關于設備的知識和經(jīng)驗，進行推理判斷，找出設備故障的類型、部位及嚴重程度，從而提出對設備的維修處理建議。簡言之，“狀態(tài)監(jiān)測”是特征量的收集過程，而“故障診斷”是特征量收集后的分析判斷過程。無論采用哪種方法，推理過程都可分為歸納推理和演繹推理。一個完整的認識過程應

3、包括歸納推理和演繹推理兩個階段。歸納推理階段為樣本學習過程，而狀態(tài)分類過程就是演繹推理。因此，分類的知識不會超過樣本提供的范圍，樣本提供的知識又稱為先驗知識。在專家系統(tǒng)中，這種先驗知識由知識庫組成。知識庫的知識來源是一個問題。雖然，從理論上可以通過很多渠道獲得知識，但在實際操作過程中建立專家知識庫是很難的。其基本原因在于設備狀態(tài)監(jiān)測分類問題不同于文字識別之類的分類問題。文字識別的樣本不成問題，而對一臺具體設備的狀態(tài)監(jiān)測分類問題，除正常狀態(tài)樣本容易得到外，完整的故障狀態(tài)樣本一般得不到。因此，首先可以做到的事情只能是識別正常和非正常狀態(tài)。3、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術在國內(nèi)外發(fā)展概況最早開始對狀態(tài)監(jiān)測

4、與故障診斷技術進行研究的是美國，從1967年開始；其次是日本，此后各發(fā)達國家都很重視。但直到7080年代，隨著傳感、計算機、光纖等高新技術的發(fā)展與應用，設備在線診斷技術才真正得到迅速發(fā)展。我國對狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的研究始于1979年，80年代以來，隨著高新技術的發(fā)展與應用，我國的電氣設備在線診斷技術也得到了迅猛發(fā)展。目前我國電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的理論研究和國外是同步發(fā)展的，處于幾乎相同的水平。2、狀態(tài)監(jiān)測的關鍵技術傳感器、計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析是狀態(tài)監(jiān)測的三個基本組成部分。其中，傳感器技術和數(shù)據(jù)分析技術是狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)所特有的關鍵技術，以下將分別加以說明。2.1 傳感器技術狀

5、態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)輸入的信號包括電、熱、聲、振動等物理量，還有油、氣體經(jīng)化學分析得到的分解物含量，各種來源的信號都要通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號。傳感器是監(jiān)測系統(tǒng)的輸入端，直接影響監(jiān)測系統(tǒng)的精度和準確性，也是控制和測量技術的難點和瓶頸。國產(chǎn)傳感器的性能和質(zhì)量與國際先進水平相比還有差距。傳感器作為一個裝置，由變換元件、單片機系統(tǒng)和通信接口等組成。2.2 數(shù)據(jù)分析技術在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)分析的任務是從采集到的數(shù)據(jù)中得到設備運行的有關信息。數(shù)據(jù)分析過程分為數(shù)據(jù)預處理、特征提取、狀態(tài)分類和處理決策等4個部分。數(shù)據(jù)預處理包括數(shù)據(jù)選取、消除噪聲等前期處理過程。特征提取是指采用數(shù)理統(tǒng)計、信號處理(FFT、小波分析、分形

6、和混沌)等方法提取信號的特征。狀態(tài)分類和處理決策是數(shù)據(jù)分析的核心部分，也是難度較大的部分。其中，處理決策是得出最后結論，例如確定設備是否存在故障，存在何種故障，故障部位和程度等，以及確定是否進行檢查和維修。很多情況還需要人工處理，計算機只能對少數(shù)故障進行分析和決策。因為涉及設備的具體問題，準確結論完全依據(jù)對設備故障機理的了解和經(jīng)驗的積累，這是一個復雜的過程，一般很難通過建?；蚍抡鎭斫鉀Q。狀態(tài)分類是一個模式識別問題。例如，一個一維的狀態(tài)分類問題，設x為特征指數(shù)，x0為特征指數(shù)的閾值，則：x<x0為正常狀態(tài)；x>x0為故障狀態(tài)。對于多維問題，特征指數(shù)不止1個，狀態(tài)分類在多維空間中不是一

7、個簡單的區(qū)域劃分問題。這個過程一般都采用了人工智能技術，如模式識別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊數(shù)學、專家系統(tǒng)等。4、電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的發(fā)展趨勢4.1電力系統(tǒng)監(jiān)測與前沿性技術成果緊密結合電力系統(tǒng)監(jiān)測將計算機技術、通訊技術、人工智能技術、電力電子技術與設備診斷技術結合，使診斷技術不斷提高。4.2由以單臺設備為目標的在線監(jiān)測向整體監(jiān)測延伸設備的狀態(tài)由多種參數(shù)綜合決定，故障維修不再局限某一設備，而是同時考慮整個電網(wǎng)設備的運行以及電力供求關系的調(diào)整。與集中式監(jiān)測系統(tǒng)相比，從設備附近采集和處理數(shù)據(jù)的分布式多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)可以節(jié)省信號電纜，降低監(jiān)測量，提高了監(jiān)測的可靠性，同時還可以做到資源共享。4.3設備狀態(tài)的遠程監(jiān)測和網(wǎng)絡化的跟蹤分布式系統(tǒng)的發(fā)展以及通信技術在電力系統(tǒng)的廣泛應用，使設備診斷技術與計算機網(wǎng)絡技術結合，采集設備的狀態(tài)參數(shù)后可遠程傳送數(shù)據(jù)，遠程協(xié)作診斷。4.4狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和集成如在分布式的監(jiān)控系統(tǒng)中將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與繼電保護有機結合。5結語狀態(tài)監(jiān)測是從傳統(tǒng)管理模式過渡到狀態(tài)檢修的技術支持。狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的概念存在差別，狀態(tài)監(jiān)測更適合電力系統(tǒng)設備運行和維修的管理現(xiàn)狀。狀態(tài)監(jiān)測的關鍵技術是傳感器、計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)分析。目前，國內(nèi)的變電站和發(fā)電廠已具備實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測技術的初步條件。狀態(tài)監(jiān)測技術在現(xiàn)場的實施和推廣，有一個