電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)探討

1、學(xué)術(shù)探討電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)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(guó)電網(wǎng)高速發(fā)展的今天，電力系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷是保障電力系統(tǒng)有效運(yùn)行技術(shù)保障，是整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)中不可缺少的部分。我國(guó)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)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(cè)裝置。但是，目前狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的應(yīng)用還不普遍，還存在種種問(wèn)題，包括一些認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。1、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的概念電氣設(shè)備在運(yùn)行中受到電、熱、機(jī)械、環(huán)境等各種因素的作用，其性能逐漸劣化，最終導(dǎo)致故障。特別是電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)，大多為有機(jī)材料，如礦物油、絕緣紙、各種有機(jī)合成材料等，容易在外界因素作用下

2、發(fā)生老化。電氣設(shè)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(jì)損失和社會(huì)影響。設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)是利用各種傳感器和測(cè)量手段對(duì)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的物理、化學(xué)量進(jìn)行檢測(cè)，其目的是為了判明設(shè)備是否處于正常狀態(tài)。設(shè)備的“故障診斷”是指這樣的過(guò)程：根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)所得到的各測(cè)量值及其運(yùn)算處理結(jié)果所提供的信息，采用所掌握的關(guān)于設(shè)備的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理判斷，找出設(shè)備故障的類型、部位及嚴(yán)重程度，從而提出對(duì)設(shè)備的維修處理建議。簡(jiǎn)言之，“狀態(tài)監(jiān)測(cè)”是特征量的收集過(guò)程，而“故障診斷”是特征量收集后的分析判斷過(guò)程。無(wú)論采用哪種方法，推理過(guò)程都可分為歸納推理和演繹推理。一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)過(guò)程應(yīng)

3、包括歸納推理和演繹推理兩個(gè)階段。歸納推理階段為樣本學(xué)習(xí)過(guò)程，而狀態(tài)分類過(guò)程就是演繹推理。因此，分類的知識(shí)不會(huì)超過(guò)樣本提供的范圍，樣本提供的知識(shí)又稱為先驗(yàn)知識(shí)。在專家系統(tǒng)中，這種先驗(yàn)知識(shí)由知識(shí)庫(kù)組成。知識(shí)庫(kù)的知識(shí)來(lái)源是一個(gè)問(wèn)題。雖然，從理論上可以通過(guò)很多渠道獲得知識(shí)，但在實(shí)際操作過(guò)程中建立專家知識(shí)庫(kù)是很難的。其基本原因在于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)分類問(wèn)題不同于文字識(shí)別之類的分類問(wèn)題。文字識(shí)別的樣本不成問(wèn)題，而對(duì)一臺(tái)具體設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)分類問(wèn)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(shí)別正常和非正常狀態(tài)。3、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況最早開(kāi)始對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

4、與故障診斷技術(shù)進(jìn)行研究的是美國(guó)，從1967年開(kāi)始；其次是日本，此后各發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視。但直到7080年代，隨著傳感、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，設(shè)備在線診斷技術(shù)才真正得到迅速發(fā)展。我國(guó)對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究始于1979年，80年代以來(lái)，隨著高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，我國(guó)的電氣設(shè)備在線診斷技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。目前我國(guó)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的理論研究和國(guó)外是同步發(fā)展的，處于幾乎相同的水平。2、狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析是狀態(tài)監(jiān)測(cè)的三個(gè)基本組成部分。其中，傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)是狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所特有的關(guān)鍵技術(shù)，以下將分別加以說(shuō)明。2.1 傳感器技術(shù)狀

5、態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸入的信號(hào)包括電、熱、聲、振動(dòng)等物理量，還有油、氣體經(jīng)化學(xué)分析得到的分解物含量，各種來(lái)源的信號(hào)都要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。傳感器是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸入端，直接影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度和準(zhǔn)確性，也是控制和測(cè)量技術(shù)的難點(diǎn)和瓶頸。國(guó)產(chǎn)傳感器的性能和質(zhì)量與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有差距。傳感器作為一個(gè)裝置，由變換元件、單片機(jī)系統(tǒng)和通信接口等組成。2.2 數(shù)據(jù)分析技術(shù)在狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)分析的任務(wù)是從采集到的數(shù)據(jù)中得到設(shè)備運(yùn)行的有關(guān)信息。數(shù)據(jù)分析過(guò)程分為數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、狀態(tài)分類和處理決策等4個(gè)部分。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)選取、消除噪聲等前期處理過(guò)程。特征提取是指采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信號(hào)處理(FFT、小波分析、分形

6、和混沌)等方法提取信號(hào)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(jié)論，例如確定設(shè)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(jìn)行檢查和維修。很多情況還需要人工處理，計(jì)算機(jī)只能對(duì)少數(shù)故障進(jìn)行分析和決策。因?yàn)樯婕霸O(shè)備的具體問(wèn)題，準(zhǔn)確結(jié)論完全依據(jù)對(duì)設(shè)備故障機(jī)理的了解和經(jīng)驗(yàn)的積累，這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，一般很難通過(guò)建?；蚍抡鎭?lái)解決。狀態(tài)分類是一個(gè)模式識(shí)別問(wèn)題。例如，一個(gè)一維的狀態(tài)分類問(wèn)題，設(shè)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(duì)于多維問(wèn)題，特征指數(shù)不止1個(gè)，狀態(tài)分類在多維空間中不是一

7、個(gè)簡(jiǎn)單的區(qū)域劃分問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程一般都采用了人工智能技術(shù)，如模式識(shí)別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、專家系統(tǒng)等。4、電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)4.1電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與前沿性技術(shù)成果緊密結(jié)合電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、人工智能技術(shù)、電力電子技術(shù)與設(shè)備診斷技術(shù)結(jié)合，使診斷技術(shù)不斷提高。4.2由以單臺(tái)設(shè)備為目標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)向整體監(jiān)測(cè)延伸設(shè)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(shè)備，而是同時(shí)考慮整個(gè)電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行以及電力供求關(guān)系的調(diào)整。與集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，從設(shè)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(cè)系統(tǒng)可以節(jié)省信號(hào)電纜，降低監(jiān)測(cè)量，提高了監(jiān)測(cè)的可靠性，同時(shí)還可以做到資源共享。4.3設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化的跟蹤分布式系統(tǒng)的發(fā)展以及通信技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使設(shè)備診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，采集設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)后可遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程協(xié)作診斷。4.4狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)與繼電保護(hù)有機(jī)結(jié)合。5結(jié)語(yǔ)狀態(tài)監(jiān)測(cè)是從傳統(tǒng)管理模式過(guò)渡到狀態(tài)檢修的技術(shù)支持。狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的概念存在差別，狀態(tài)監(jiān)測(cè)更適合電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行和維修的管理現(xiàn)狀。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)是傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)分析。目前，國(guó)內(nèi)的變電站和發(fā)電廠已具備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的初步條件。狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施和推廣，有一個(gè)