電氣設備的在線檢測

唐 笛 廖麗娟

(四川省電力公司資陽公司，四川 資陽 643100)

引言

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由絕緣在線監(jiān)測裝置、避雷器絕緣在線監(jiān)測裝置、斷路器在線監(jiān)測裝置組成，并涵蓋變電站主要電氣設備絕緣狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測，監(jiān)測參量多、功能齊全。

電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)是指在設備使用期內連續(xù)不斷檢查和判斷設備狀態(tài)，預測設備狀態(tài)發(fā)展趨勢的系統(tǒng)。系統(tǒng)通過工控機及系統(tǒng)集成軟件，對各監(jiān)控裝置的動態(tài)參數(shù)進行集成，建立變電站設備狀態(tài)綜合數(shù)據(jù)庫，自動生成設備狀態(tài)參數(shù)報表和變化趨勢曲線，對設備狀態(tài)的歷史參數(shù)進行“橫比”缺，趨勢分析和相對比較相結合，實現(xiàn)設備狀態(tài)的初步診斷，為專家診斷系統(tǒng)提供開放性平臺，通過網絡，現(xiàn)設備的遠程/現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)測、診斷和評估。

1.實施在線檢測的要求:

（1）采用在線監(jiān)測可以在運行中及時發(fā)現(xiàn)發(fā)展中的事故隱患，防患于未然。（2）逐步采用在線監(jiān)測以代替停電試驗，減少設備停電時間，節(jié)省試驗費用。（3）對老舊設備或已知有缺陷、有隱患的設備，用在線監(jiān)測隨時監(jiān)視其運行狀況，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時退出，最大限度地利用其剩余壽命。（4）可以使停運損失降低、事故檢修費用降低、設備停電試驗、檢修造成的人身和設備事故降低。(5)使得牽引變電所最終實現(xiàn)無人值守。

2、系統(tǒng)主要分為以下幾個步驟：

2.1、數(shù)據(jù)采樣

通常實際運行中的自動化系統(tǒng)已經采集了設備運行的狀態(tài)量，并反映出設備運行情況，該系統(tǒng)先要從中獲取診斷對象的狀態(tài)信息，包括正常與故障的信息量。根據(jù)表征設備狀態(tài)量的各種信號的不同特性而采用不同的信號采集方法，常用的采樣方法有：

每次采集一個足夠數(shù)據(jù)處理所需長度的信號樣本；

按事前整定的周期進行采樣；

利用發(fā)生隨機故障時的信號突變自動采樣

根據(jù)故障診斷的特殊要求采取轉速跟蹤采樣、峰值采樣等特殊采樣方式；

針對不同的電力設備和任務要求其狀態(tài)監(jiān)測方法不同。在變壓器各類故障中，最常見的就是繞組匝間短路。因而根據(jù)變壓器各種機械和電氣特性，采用局部放電、油中氣體分析、振動分析、極化波譜、恢復電壓法等方法監(jiān)測其運行狀態(tài)。交流旋轉電機發(fā)生故障的類型不同，故趨向于結合神經網絡、小波分析等監(jiān)測電機的狀態(tài)。斷路器狀態(tài)的好壞的監(jiān)測主要采用跳閘輪廓法和振動監(jiān)測法獲得斷路器的狀態(tài)信息。電力電纜只有充分研究清楚各種情況下測量端捕捉到的各個地方反射過來的行波，才能提取有用的暫態(tài)信號實現(xiàn)電力電纜單端在線故障測距。這就需要結合先進的數(shù)字處理技術，利用小波變換技術取長補短實現(xiàn)故障的在線采樣。

2.2、數(shù)據(jù)處理

首先將采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉換、預處理和壓縮打包，再經通信路徑傳輸?shù)教幚砜刂浦行?。通信設備現(xiàn)已廣泛應用于電力領域，光纖傳輸數(shù)字信號可較好地抑制干擾，保證信號質量。數(shù)據(jù)處理中心收到通信線路傳輸來的狀態(tài)量數(shù)據(jù)包后，利用各種不同數(shù)學方法對數(shù)據(jù)解包處理。數(shù)字信息技術和智能技術應用到電力設備監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理使電力設備在線監(jiān)測更加實時準確。

數(shù)據(jù)處理模塊都是基于DCOM技術設計的。DCOM支持多態(tài)性，允許通過一系列共用接口，采用相同的方法控制不同的對象。主框架可通過共用接口，采用相同的方法調用，不必編寫針對性的特定代碼。要采用共用接口描述數(shù)據(jù)處理模塊，先對數(shù)據(jù)對象有一個統(tǒng)一的描述。PEMDS中，數(shù)據(jù)對象是根據(jù)組織形式進行抽象的，并用接口形式加以描述，如圖。

數(shù)據(jù)根據(jù)其元素的維數(shù)分為1、2、3維數(shù)據(jù)等，每種數(shù)據(jù)都有描述它們的基本接口，如圖1

IVectorData是描述2維數(shù)據(jù)的基本接口，IMatrixData是描述3維數(shù)據(jù)的基本接口。為消除基本接口差異的影響以便統(tǒng)一處理，PEMDS引入了IDataContainer接口封裝基本數(shù)據(jù)接口。接口包含IDispatch類型的指針，指向不同類型的基本數(shù)據(jù)接口 ；并有附加信息用以描述數(shù)據(jù)的其它特性。引入接口屏蔽了基本數(shù)據(jù)接口的差異,但不能描述一組數(shù)據(jù)之間的關系。為此引入IPEMDSDataObject接口。該接口含有指向多個IDataContainer接口的指針，描述不同IDataContainer所包含數(shù)據(jù)之間相互關系的附加信息。

2.3、故障診斷

在線檢測系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)量很大，這就必須要有高速、可靠的采集及特征提取模塊和數(shù)據(jù)傳輸總線，發(fā)展趨勢是采用DSP技術和VXI總線技術。隨著信息技術和計算機網絡技術的發(fā)展，在以往單機監(jiān)測診斷系統(tǒng)和分布式監(jiān)測診斷與故障診斷系統(tǒng)基礎上，設備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的研究受到了國內外研究者的密切關注和重視?；诰W絡的電力關鍵設備遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是未來的發(fā)展方向。

設備狀態(tài)的遠程監(jiān)測和網絡化的跟蹤。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。

狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)網和集成。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。它包括一個以遠程監(jiān)測和故障診斷為核心的開放式、可視化的規(guī)范的操作平臺?；诰W絡的遠程設備監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的“神經中樞”，即設備故障診斷分析軟件包，是專家故障診斷層的功能核心；設備監(jiān)測分析的圖形化軟件環(huán)境為信息集成和業(yè)務集成提供優(yōu)秀直觀的人機界面，它采用Labview圖形化編程語言及虛擬技術，根據(jù)設備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，按照不同用戶的個性化要求，動態(tài)顯示設備的運行狀態(tài)以及診斷知識的表達。

隨著傳感器技術和信息技術的日益成熟，在智能化理論 (如神經網絡和專家系統(tǒng))的基礎上結合信號采集、數(shù)據(jù)分析為主的計算機輔助監(jiān)測和診斷技術，可預見電力設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷將進入智能化的新時代。

故障診斷主要包括四個步驟，即信號測取、特征提取、狀態(tài)診斷和狀態(tài)分析。在機械故障診斷的發(fā)展過程中，人們發(fā)現(xiàn)最重要、也是最困難的問題之一就是故障特征信號的特征提取。從某種意義上說，特征提取可以說是當前電力設備故障診斷研究中的瓶頸問題，它直接關系到故障診斷的準確性和故障早期預報的可靠性。為了解決特征提取這個關鍵問題，對于電力設備故障的特殊性，診斷方法就具有一定的特殊性。隨著電站發(fā)電容量的增大以及人工智能和計算機技術的迅猛發(fā)展，智能診斷方法在電力設備故障診斷中得到了廣泛的應用。目前應用較多的智能診斷方法是模糊診斷方法和規(guī)則診斷方法。

2.4、數(shù)據(jù)發(fā)布

數(shù)據(jù)進行故障診斷之后采用基于擴充的HTTP協(xié)議數(shù)據(jù)發(fā)布模型，服務器端按照HTTP請求方法的不同分為若干模塊，HTTP接受到請求報文后，按所請求的方法調用相應的處理模塊。由于所用協(xié)議是無狀態(tài)的，為了進一步提高這種發(fā)布方法的效率和性能，在客戶端建立了緩沖機制和歷史管理，這樣，用戶每次向前或者向后瀏覽，不會因同服務器端進行交互而造成性能損害。

3、在線檢測技術在電氣設備中的應用實例

3.1、變壓器

當變壓器繞組發(fā)生匝間短路，會使變壓器的負載鐵耗和空載損耗 均增加從而導致總損耗增加，而且對于匝間短路嚴重程度的不同，此增加損耗也不同，損耗會隨著短路匝數(shù)的增加而增大，具體的數(shù)值依賴于短路故障的嚴重程度以及過渡電阻大小等因素。

如果能夠檢測出變壓器功率損耗的變化，就基本上能夠確定出變壓器繞組是否正常以及故障的嚴重程度，這對電力變壓器繞組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供了一個非常有效的方法，對提高變壓器故障診斷的準確率非常有意義。所以可以利用變壓器各側的電壓、電流量，計算出變壓器的功率，進而得到其損耗的變化，同時，由于變壓器在運行過程中，由于負載電流的變化而導致負載損耗的變化，為了不影響判斷，可以剔除掉變壓器的負載損耗中的最基本的歐姆損耗。

變壓器繞組匝間故障后，其功率損耗的增大主要表現(xiàn)在故障相上，由于磁場耦合的關系，非故障相也應該有不同程度的增大，但是不如故障相那么明顯，因此可以利用這個特點來進行變壓器繞組在線監(jiān)測的初步定相，即計算變壓器原副方繞組的功率，利用功率差進行判斷。

3.2、電力電纜

電力電纜實施線檢與診斷的主要方法是直流分量法。交聯(lián)聚乙 烯絕緣電纜交流充電電流中的直流分量是這種電纜存在水樹的重要標志，并與電纜中的水樹長度、交流擊穿電壓和直流泄漏電流等絕緣判據(jù)有著良好的線性對應關系。因此通過對交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜中直流分量的在線檢測便能對其絕緣水樹老化程度進行診斷。當直流分量小于1nA時，良好；小于100nA時須密切注意，大于100 nA時，則可判斷為壞電纜。從而以此標準來對電力電纜進行在線絕緣檢測。

結論

在線監(jiān)測是集高電壓、測試、材料、計算機和通訊為一體的綜合性科學技術。它也是綜合自動化技術中必不可少的重要組成部分。隨著對變電所電氣設備在線監(jiān)測技術的認識和經驗的增加，電力系統(tǒng)安全運行的必不可少的監(jiān)測系統(tǒng)，它將發(fā)揮越來越重要的作用。

［1］徐大可.監(jiān)測變壓器繞組變形的短路電抗在線測量技術［D］.西安交通大學博士論文，2000.

［2］應順潮，盛昌達.電力工業(yè)推進維修改革的必要性［J］.中國電力，1998，31（4）：66-70.

［3］王乃慶.絕緣在線監(jiān)測技術的實用性、經濟性和可靠性［J］. 電網技術，1995，19（11）：54-56.