變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究

武曉強(qiáng)?李建軍?柴?琳

國網(wǎng)河南省電力公司偃師市供電公司

變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究

武曉強(qiáng)?李建軍?柴?琳

國網(wǎng)河南省電力公司偃師市供電公司

變電站是實(shí)現(xiàn)電能集中分配與電壓電流變換的場所，在輸配電系統(tǒng)中具有極其重要的地位。因此當(dāng)變電站發(fā)生故障時(shí)，需要相關(guān)運(yùn)行人員快速準(zhǔn)確地定位故障區(qū)域，識(shí)別真正的故障元件并將其隔離，從而快速恢復(fù)非故障區(qū)域的正常運(yùn)行?；诖?，本文將著重分析探討變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

變電站；設(shè)備；狀態(tài)監(jiān)測

1、變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 硬件系統(tǒng)

在紅外測量單元中，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)發(fā)射相應(yīng)的能量，經(jīng)過系統(tǒng)的收集和處理分析后，會(huì)將紅外輻射信息輸送到探測器中，之后通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，輸送到處理器中，同時(shí)經(jīng)過系統(tǒng)的放大、補(bǔ)償以及線性化處理后，將信息傳送到中央處理器。

激光系統(tǒng)具有集中性，可以運(yùn)用紅外探測器測量遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，在測量的過程中，可以精確的定位中心點(diǎn)，通過前置放大器、濾波器、積分器以及線性化電路來實(shí)現(xiàn)對信號(hào)的處理，將激光輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)。

中央處理器是系統(tǒng)的核心組成部分，微處理器的運(yùn)用中，主要采用PC/104模塊，具有體積小、功能強(qiáng)以及功率低等特點(diǎn)，顯示器采用真彩平板，具有較高的使用性能。通過硬件系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ)。

1.2 軟件系統(tǒng)

在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要包括記錄和診斷系統(tǒng)，記錄系統(tǒng)是于處理器進(jìn)行通信的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ)，將相關(guān)數(shù)據(jù)輸送到數(shù)據(jù)庫中。專家系統(tǒng)是對數(shù)據(jù)的分析和推理，制定出診斷功能，從而制定科學(xué)的維修計(jì)劃。

專家系統(tǒng)主要由知識(shí)庫和規(guī)則庫組成，其結(jié)構(gòu)形式由BNF表示，規(guī)則庫是通過故障樹的方式來進(jìn)行表示，可以表達(dá)相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)。

數(shù)據(jù)庫主要包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫組成部分，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫是用來診斷的信息，靜態(tài)數(shù)據(jù)庫是專家推理信息，通過兩個(gè)數(shù)據(jù)庫的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

在軟件設(shè)計(jì)中，專家軟件時(shí)通過混合推理的方式來進(jìn)行診斷，其主要包括在線診斷及離線診斷兩種形式，在線診斷方式是通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)間處理分析，最終實(shí)現(xiàn)對故障的診斷，離線診斷方式是利用人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)對故障的診斷。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)是系統(tǒng)的重要組成部分，兩者共同構(gòu)成了系統(tǒng)的監(jiān)測與診斷功能。

2、智能變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

2.1 智能變電站狀態(tài)監(jiān)測由站控層設(shè)備、間隔層設(shè)備、過程層設(shè)備組成。過程層設(shè)備負(fù)責(zé)直接采集一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，主要由各種傳感器設(shè)備組成；間隔層設(shè)備負(fù)責(zé)按間隔對設(shè)備匯集過程層設(shè)備采集的狀態(tài)信息并做初步診斷分析，將采集數(shù)據(jù)及診斷結(jié)果按變電站設(shè)備在線監(jiān)測II借口規(guī)范組織并上傳至站控層設(shè)備，主要包含各種一次設(shè)備智能組件和監(jiān)測IED；站控層設(shè)備負(fù)責(zé)匯集全站在線監(jiān)測數(shù)據(jù)及初步診斷結(jié)果，對站內(nèi)各一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合診斷分析，給出檢修建議，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結(jié)果進(jìn)行機(jī)組展示和歷史數(shù)據(jù)保存，供遠(yuǎn)方主站調(diào)用。目前廣泛采用的在線監(jiān)測技術(shù)主要有：變壓器油中溶解氣體監(jiān)測；變壓器特高頻局部放電監(jiān)測；變壓器鐵芯接地電流監(jiān)測；GIS特高頻局部放電監(jiān)測；金屬氧化物避雷器絕緣監(jiān)測；斷路器機(jī)械特性監(jiān)測；SF6微水密度監(jiān)測。

2.2 狀態(tài)監(jiān)測綜合應(yīng)用服務(wù)器對外提供統(tǒng)一的基于IEC61850的通信接口，對各種在線監(jiān)測裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、分析、保存和診斷，并將信息上送到調(diào)度。綜合應(yīng)用服務(wù)器軟件主要功能包括使用IEC61850介入各類監(jiān)測數(shù)據(jù)；對變壓器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如氣體含量、局部放電、套管介質(zhì)損耗、鐵芯電流等進(jìn)行綜合狀態(tài)診斷；電流互感器、電壓互感器等設(shè)備的絕緣診斷；根據(jù)監(jiān)測的泄露電流，阻性電流等進(jìn)行狀態(tài)診斷；對監(jiān)測到的開斷電流、分合閘線圈電流、行程等進(jìn)行狀態(tài)診斷；提供各類數(shù)據(jù)查看、分析、診斷等。在新一代智能變電站中，綜合服務(wù)器除對一次設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測數(shù)據(jù)接收和處理外，還要接收過程層二次設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過SNMP接收過程層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，通過動(dòng)態(tài)記錄裝置接收保護(hù)裝置的狀態(tài)診斷結(jié)果等。

3、變電設(shè)備故障診斷技術(shù)

變電設(shè)備的故障診斷為電力系統(tǒng)維護(hù)人員提供了決策參考。但是，在工程實(shí)際應(yīng)用中，由于存在編碼不全、編碼邊界太絕對等不足，在沒有專家經(jīng)驗(yàn)保駕護(hù)航時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)失誤。目前，出現(xiàn)了多種以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的變電設(shè)備故障診斷方法，比如專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、決策樹、范例推理、聚類分析、粗糙集理論、支持向量機(jī)、灰色系統(tǒng)理論和克隆選擇算法等，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)診斷方法的不足。其中，專家系統(tǒng)可以充分利用專家學(xué)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行邏輯推理。這些技術(shù)的出現(xiàn)較好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)診斷方法的不足，提高了診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)的前提就是在線監(jiān)測技術(shù)。變電設(shè)備狀態(tài)檢修在我國的提出時(shí)間比較晚，相關(guān)研究應(yīng)用也沒有歐美國家成熟，但越來越多的學(xué)者、專家開始關(guān)注和研究此類課題。一些國內(nèi)大型發(fā)電廠也已經(jīng)比較全面地安裝了成套先進(jìn)的傳感器裝置，并結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成了一定規(guī)模的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。目前，該設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了先進(jìn)水平。近幾年，智能變電站的出現(xiàn)也為將來變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷提供了一些新的視角和思路。這表明了狀態(tài)檢修的發(fā)展方向。本文對此課題的探討也是基于目前現(xiàn)狀的分析，在今后的工作中，勢必還要對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)而不斷提高其服務(wù)水平。

4、結(jié)語

總而言之，隨著我國改革開放步伐逐漸加大，電力行業(yè)的快速進(jìn)步促進(jìn)了電網(wǎng)規(guī)模的增大，各地區(qū)電網(wǎng)的聯(lián)系更加密切。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜、區(qū)域間互聯(lián)愈加緊密，變電站故障處理對變電站狀態(tài)監(jiān)測提出了更髙的要求。這就使變電站的設(shè)各故障對輸配電系統(tǒng)造成很大影響，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重事故，在以后的實(shí)際工作中必須對其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究探討。

[1]張金江，郭創(chuàng)新，曹一家，孫旻，辛建波，錢維忠，楊健.變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及其IEC模型協(xié)調(diào)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，20：67-72.

[2]劉建鋒.基于虛擬儀器和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].華中科技大學(xué)，2008.