電力一次設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究

楊熠鑫

國網(wǎng)寧夏電力公司銀川供電公司變電檢修室

電力工業(yè)的發(fā)展方向是智能電網(wǎng)，而智能電網(wǎng)的起步引領(lǐng)電力系統(tǒng)向著更高速、高效、安全以及資源優(yōu)化配置的方向發(fā)展。監(jiān)控系統(tǒng)的實施保證了電力系統(tǒng)的安全，如何更好的開發(fā)、利用監(jiān)控系統(tǒng)，優(yōu)化一次設(shè)備的安全監(jiān)控成為以后電力系統(tǒng)實踐的發(fā)展方向。實施對電力設(shè)備和電力系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)測，就可以及時發(fā)現(xiàn)早期故障的征兆，以便于維護人員采取有效的監(jiān)測手段并加以維護，將安全隱患扼殺在萌芽狀態(tài)，從而避免惡性事故的發(fā)生。

1 電力一次設(shè)備智能化

科技時代發(fā)展步伐的不斷加快，帶動了這個時代的文明。生活中處處都滲透著科學(xué)技術(shù)，科學(xué)信息不停的更新?lián)Q代。比如多媒體的普及，電網(wǎng)功能的不斷強大，電腦的一代代更新，手機功能的不斷強大等等。如今，人們形象的將這個時代稱為電力時代，是因為電力系統(tǒng)方面的發(fā)展更為突出?，F(xiàn)代生活離不開電力資源，電力系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也在不斷的更新、轉(zhuǎn)型。電力一次設(shè)備智能化的廣泛應(yīng)用就是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型成功的一個具體實例，通過改革，改變原有的不足，提高生產(chǎn)效率，促進了生產(chǎn)力的發(fā)展。

所謂一次設(shè)備是指發(fā)、輸、配電的主系統(tǒng)上所使用的設(shè)備。如發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線、電力電纜和輸電線路等。與傳統(tǒng)的電氣設(shè)備不同，傳統(tǒng)電器設(shè)備的制作形式在保護、控制和計量上都是由一些獨立的配件來完成的，用戶所需的配電產(chǎn)品以及每個配件彼此之間的功能與鏈接也是通過此種形式來完成的。一次設(shè)備可稱為一次回路或者一次接線系統(tǒng)，在控制、保護和計量上是一個整體，直接完成發(fā)電、輸電和配電任務(wù)，直接用于生產(chǎn)。例如一體化電源，以直流電源為核心，與其他電源（直流電源、電力用交流不間斷電源（UPS）和電力用逆變電源（INV）、通信用直流變換電源（DC/DC））所構(gòu)成的組合體，構(gòu)成的一體化電源設(shè)備。整體模塊具有監(jiān)控功能，且不依賴總監(jiān)控單元獨立工作，具備人機對話功能，支持與總監(jiān)控單元通信、接收并執(zhí)行監(jiān)控裝置的指令，并具有短路保護的功能等等。

一次設(shè)備智能化是電力設(shè)備轉(zhuǎn)型的重要標(biāo)志之一。一次設(shè)備智能化采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，將狀態(tài)監(jiān)測、實時保護、通訊信息等技術(shù)融為一體，滿足整個電網(wǎng)電力流、信息流一體化需求。智能化一次設(shè)備利用自身的優(yōu)勢，診斷自身的運行狀態(tài)，通過先進的監(jiān)測系統(tǒng)識別故障，并對故障分析，通過自動化控制設(shè)備排除故障。但是智能一次設(shè)備還處于初步發(fā)展階段，還未能夠與二次設(shè)備很好的融合，檢測設(shè)備還處于試驗階段，因此需要開發(fā)一次設(shè)備的綜合管理系統(tǒng)，才能保障電力企業(yè)的質(zhì)量，提高一次性設(shè)備的智能化水平。

2 電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的研究與發(fā)展

電氣設(shè)備實施在線監(jiān)測的目的在于能夠及時的發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，發(fā)現(xiàn)早期征兆，以便維護人員對設(shè)備進行維護，將事故扼殺在萌芽狀態(tài)，避免惡性事故的發(fā)生。隨著電力系統(tǒng)市場化，節(jié)約電力成本。減低檢修費用越來越受到企業(yè)的重視。早期的規(guī)程已經(jīng)完全不能滿足現(xiàn)實的需要。針對現(xiàn)實的電力設(shè)備情況，建立一次設(shè)備在線監(jiān)測與狀態(tài)監(jiān)測制度，是電力系統(tǒng)運用先進技術(shù)，企業(yè)走向科學(xué)化的重要改革。

據(jù)調(diào)查，設(shè)備施行實時狀態(tài)監(jiān)測和診斷，可以使設(shè)備的故障率減低75%，大大降低了設(shè)備的維修費用，具有顯著的經(jīng)濟效益。近年來，傳感器技術(shù)逐步發(fā)展，信息技術(shù)日益成熟，在電力設(shè)備智能化研究上有巨大的推動作用。如建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)，組成高智能化的電力設(shè)備在線監(jiān)控系統(tǒng)。由此可見，店里一次設(shè)備的在線監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)跨入了智能化新時代。

電氣設(shè)備在線監(jiān)測通過實時提取故障的特征信號，分析信號的特征值，為故障診斷打下基礎(chǔ)，正確的故障診斷為狀態(tài)維修提供了檢修依據(jù)。在線監(jiān)測的目的是通過測量在運設(shè)備的健康狀況，識別其現(xiàn)有的和即將出現(xiàn)的缺陷，分析、預(yù)計檢修的時間，以有效地減少設(shè)備損壞。

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，計算機技術(shù)，人工智能技術(shù)，電力電子技術(shù)為電力系統(tǒng)設(shè)備的在線監(jiān)測提供了堅實的技術(shù)支持，高速CPU 集合人工智能技術(shù)（專家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，云技術(shù)，模糊邏輯理論等）將用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障實時診斷。這就要求電力企業(yè)在追求經(jīng)濟效益的同時，根據(jù)自身的情況，逐步將產(chǎn)品更新?lián)Q代，運用先進的科學(xué)技術(shù)促進供電系統(tǒng)和電力設(shè)備的不斷提高。

例如專家系統(tǒng)智能檢測系統(tǒng)，電力系統(tǒng)故障診斷一方面由于缺乏數(shù)學(xué)模型，常規(guī)軟件無法實現(xiàn)；另一方面由于檢測到的數(shù)據(jù)部分較容易從測量、規(guī)程和人員的經(jīng)驗中獲得，且判斷得出的結(jié)論數(shù)目或待定原因有限，因此可以采用專家系統(tǒng)技術(shù)來實現(xiàn)。

另一方面，隨著通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)，寬帶數(shù)字通訊技術(shù)等將基于Internet 平臺融入電力設(shè)備故障診斷與在線監(jiān)測系統(tǒng)中。在監(jiān)測工程中，設(shè)備診斷技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實施采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過接口傳輸數(shù)據(jù)和人交換界面，實時將系統(tǒng)狀態(tài)展現(xiàn)在人面前，并實現(xiàn)對電力設(shè)備做出故障診斷很及時維修。通過互聯(lián)網(wǎng)，還可實現(xiàn)遠程監(jiān)測，實現(xiàn)全國范圍連網(wǎng)和數(shù)據(jù)共享.時間上達到數(shù)據(jù)同步，空間上實現(xiàn)遠程協(xié)作，在時間和空間上大大提高了工作效率，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3 電力一次設(shè)備在線監(jiān)測對堅強智能電網(wǎng)的作用

隨著電力網(wǎng)絡(luò)與電力市場以及用戶之間的關(guān)系愈加緊密，電能質(zhì)量水平的不斷提高，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)以及控制措施難以滿足諸多需求。目前，我國形成了以特高壓為骨干網(wǎng)架和以各級電網(wǎng)為分區(qū)的中國特色電網(wǎng)，結(jié)合風(fēng)力發(fā)電，水力發(fā)電、太陽能發(fā)電、燃料電池發(fā)電等可再生能源的發(fā)電技術(shù)。也是目前的發(fā)展現(xiàn)狀推動我國需要更堅強的電網(wǎng)運行，為此我國提出了發(fā)展堅強智能電網(wǎng)的構(gòu)想，對傳統(tǒng)電網(wǎng)進行改革，對傳統(tǒng)電網(wǎng)升級換代，發(fā)展新的控制思路，使電網(wǎng)運行更加穩(wěn)定，同時也為中國電力市場打下堅實的基礎(chǔ)。

目前，大電網(wǎng)的安全防護已與涉及自然和社會因素的災(zāi)害防護緊密相連，因此大電網(wǎng)的安全防護受到了美國白宮科技政策辦公室和美國國內(nèi)安全部的重視。美國政府已于2007年通過了《能源獨立和安全法規(guī)（EnergyIndependenceandSecur 檢修yAct）》，有專門一章就是智能電網(wǎng)。

在輸電的每個元件（如開關(guān)、變壓器等）、每個變電站和發(fā)電廠中皆設(shè)置一個具有堅強的操作系統(tǒng)獨立的處理器（processor），也可用作獨立的代理器（agent），在這些處理器或代理器之間能進行雙向快速通信，從而形成一個巨大的分布式平臺。每個代理器必須與相應(yīng)元部件的傳感器連接，以評估其運行狀況，并用高速寬帶光纖通信系統(tǒng)將傳感器的數(shù)據(jù)傳送到其他處理器（代理器），各處的代理器既是獨立動作的，又是彼此通信互連的，可以進行協(xié)調(diào)控制。

4 系統(tǒng)應(yīng)用實踐價值

統(tǒng)一應(yīng)用系統(tǒng)監(jiān)控平臺的實施，對強化運維手段、降低故障發(fā)生的幾率、規(guī)范管理流程等方面帶來重要的現(xiàn)實意義和價值。

從時間來看價值。提供實際數(shù)據(jù)，節(jié)省定位問題層面的時間；關(guān)聯(lián)相關(guān)數(shù)據(jù)，節(jié)省挖掘問題根源的時間；提供專家建議，節(jié)省找尋解決方案的時間。

從問題發(fā)生前后來看價值。問題發(fā)生前，提供性能下降預(yù)警功能，提早讓檢修人員處理，防止問題擴大化，以免造成重大故障和經(jīng)濟損失；問題發(fā)生后，提供詳細分析與判斷，發(fā)現(xiàn)引起性能瓶頸的原因、加快性能問題的修復(fù)，把檢修人員從煩瑣的問題查找中解放出來。

從企業(yè)流程來看的價值。對于技術(shù)管理層面的人來說，提供檢視“性能報告”，可以時時掌握應(yīng)用性能狀況；對操作人員和數(shù)據(jù)庫管理員來說，透過工具分析報告內(nèi)的問題點，提高效率和能力。

5 電力一次設(shè)備在線監(jiān)測的發(fā)展趨勢

在國家智能電網(wǎng)建設(shè)的過程中，一次設(shè)備智能化有很大的發(fā)展空間，而目前的工程還處于二次設(shè)備的智能化，在以后的研究中，隨著一次設(shè)備智能化，提高建模技術(shù)、智能評估技術(shù)、一體化集成技術(shù)的發(fā)展，在自主研發(fā)的基礎(chǔ)上吸取先進技術(shù)和經(jīng)驗，一次設(shè)備必定有很大發(fā)展。今后，電力系統(tǒng)會加大檢測系統(tǒng)的建設(shè)，加大在線監(jiān)測技術(shù)的研究，通過運行中經(jīng)驗的不斷積累，將使電力設(shè)備實現(xiàn)完全智能化。