基于電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用的故障診斷研究分析

何志斌

摘要：電力大數(shù)據(jù)技術(shù)是指采用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、加工、存儲(chǔ)以及分析。電力大數(shù)據(jù)涉及到電力系統(tǒng)的各個(gè)角落，包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用戶(hù)等各個(gè)用電環(huán)節(jié)，電力系統(tǒng)不缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。故障診斷技術(shù)自電力系統(tǒng)誕生以來(lái)就一直是電力人員持續(xù)關(guān)注的問(wèn)題，由傳統(tǒng)的人工診斷到專(zhuān)家診斷都始終停留在依靠人工經(jīng)驗(yàn)處理分析的階段，在大數(shù)據(jù)時(shí)代，如何處理電網(wǎng)數(shù)據(jù)從而對(duì)電力設(shè)備的工作情況進(jìn)行分析診斷，是智能電網(wǎng)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

關(guān)鍵詞：電力大數(shù)據(jù);故障診斷;大數(shù)據(jù)應(yīng)用;電力系統(tǒng)

1大數(shù)據(jù)的發(fā)展概述

1.1大數(shù)據(jù)定義

大數(shù)據(jù)是指由數(shù)量眾多、類(lèi)型紛雜而結(jié)構(gòu)繁復(fù)的數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)集合，利用云計(jì)算對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，最終得到的數(shù)據(jù)集合能夠成為一種非常寶貴的資源。各個(gè)領(lǐng)域有效應(yīng)用大數(shù)據(jù)能夠形成豐富多樣的數(shù)據(jù)成果，決策力和洞察力在大數(shù)據(jù)的幫助下將得到極大地提升，數(shù)據(jù)資源的利用率也將不斷提高。大數(shù)據(jù)就是在海量數(shù)據(jù)中挖掘和利用有利用價(jià)值的數(shù)據(jù)資源，通過(guò)數(shù)據(jù)資源的整合與處理來(lái)推動(dòng)科技的發(fā)展，促使某個(gè)行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，同時(shí)也能夠進(jìn)一步獲得更具有價(jià)值的數(shù)據(jù)資源，這也形成良性循環(huán)。

1.2大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)成

大數(shù)據(jù)技術(shù)主要由數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化及分布式計(jì)算等四種技術(shù)構(gòu)成，大數(shù)據(jù)需要處理的數(shù)據(jù)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)能夠承載和處理的份額，而如何將海量的數(shù)據(jù)收集并進(jìn)行處理也成為大數(shù)據(jù)技術(shù)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理能夠?qū)⒓婋s眾多的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和梳理，從中提取最有價(jià)值的部分;數(shù)據(jù)分析技術(shù)則能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，有效應(yīng)對(duì)不同數(shù)據(jù)的使用需求;可視化技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，用更加直觀的方式呈現(xiàn)和表達(dá)數(shù)據(jù);普通計(jì)算機(jī)已經(jīng)無(wú)法處理如此眾多的數(shù)據(jù)，而分布式計(jì)算架構(gòu)能夠有效解決這個(gè)問(wèn)題。社會(huì)發(fā)展及社會(huì)生產(chǎn)的需要使得大數(shù)據(jù)技術(shù)革命以前所未有的姿態(tài)發(fā)展和進(jìn)步，智能故障診斷依托大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)入了全新階段。

2案例分析

2019年7月，110kV變電站10kV1M、2甲M母線失壓，損失負(fù)荷4.6MW。經(jīng)檢查，110kV變電站#1主變變低501開(kāi)關(guān)柜發(fā)生故障著火。該開(kāi)關(guān)柜額定電壓為12kV，額定電流4000A，型號(hào)KYN28-12，故障發(fā)生后，迅速結(jié)合電力大數(shù)據(jù)平臺(tái)及時(shí)調(diào)出運(yùn)行、試驗(yàn)、檢修、設(shè)備廠家、調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃等相關(guān)生產(chǎn)單位的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)判斷找出故障原因。

2.1故障前運(yùn)行情況

變電站#1主變帶10kV1M、2甲M、2乙M母線運(yùn)行，#3主變帶10kV3M母線運(yùn)行。#1主變101、501開(kāi)關(guān)合位;#2主變102開(kāi)關(guān)分位，502甲、502乙開(kāi)關(guān)合位，12000接地刀閘合位;#3主變103開(kāi)關(guān)，503開(kāi)關(guān)合位;10kV母聯(lián)500開(kāi)關(guān)合位，550開(kāi)關(guān)分位。跳閘經(jīng)過(guò)：16時(shí)06分41秒#1接地變高壓側(cè)零序過(guò)流1時(shí)限動(dòng)作跳開(kāi)500，隨后#1接地變高壓側(cè)零序過(guò)流2時(shí)限動(dòng)作跳開(kāi)#1主變10kV側(cè)501開(kāi)關(guān);16時(shí)06分45秒10kV550備自投動(dòng)作跳開(kāi)10kV502乙開(kāi)關(guān)，合上10kV母聯(lián)550開(kāi)關(guān)，10kV1M、2甲M母線失壓。48s時(shí)#1主變變高側(cè)后備動(dòng)作跳開(kāi)#1主變110kV側(cè)101開(kāi)關(guān)。故障發(fā)生時(shí)，#1主變變低B相電壓相對(duì)A、C相降低，且存在連續(xù)的#1接地變零序電流和連續(xù)的#1主變低壓側(cè)零序電壓，可以判斷此時(shí)發(fā)生了B相接地故障。

2.2外觀檢查及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

故障發(fā)生后，除了變低開(kāi)關(guān)已燒毀無(wú)法展開(kāi)針對(duì)性試驗(yàn)檢查，相鄰間隔開(kāi)關(guān)柜高壓試驗(yàn)都全部通過(guò)，不受變低開(kāi)關(guān)柜的故障影響。由于變低出現(xiàn)短路電流沖擊，屬于近區(qū)短路，對(duì)#1主變進(jìn)行短路故障后試驗(yàn)，包括變壓器油色譜、繞組變形、直流電阻、絕緣電阻試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)主變受損、繞組變形情況。上述試驗(yàn)項(xiàng)目主要是為了排除當(dāng)#1主變變低側(cè)10kV開(kāi)關(guān)柜發(fā)生故障時(shí)，故障電流會(huì)反向沖擊主變繞組，造成變壓器繞組匝間短路或繞組變形，對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)和出廠交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)，變壓器不受此次故障的影響，可隨時(shí)投入運(yùn)行。

3故障原因

3.1負(fù)荷電流和溫度監(jiān)測(cè)情況

通過(guò)電力大數(shù)據(jù)平臺(tái)查看PCS900（地調(diào)自動(dòng)化）系統(tǒng)110kV變電站#1主變、#2主變、#3主變變低開(kāi)關(guān)（A相）負(fù)荷電流。根據(jù)系統(tǒng)顯示，#1主變變低負(fù)荷電流遠(yuǎn)大于其他兩臺(tái)主變變低負(fù)荷電流，系統(tǒng)顯示7月18日當(dāng)天最高負(fù)荷電流為3433.69A（時(shí)間為14時(shí)40分）。另外，調(diào)取110kV變電站#1主變變低開(kāi)關(guān)負(fù)荷電流，該開(kāi)關(guān)柜近期保持較高的負(fù)荷水平，在當(dāng)天下午均有超3000A的負(fù)荷。

3.2運(yùn)行專(zhuān)業(yè)溫度監(jiān)測(cè)情況

從電力大數(shù)據(jù)平臺(tái)調(diào)取故障前后的溫度數(shù)據(jù)，7月17日18時(shí)左右開(kāi)展通過(guò)501開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫，測(cè)得CT附近位置103℃（環(huán)境溫度29℃，負(fù)荷電流為2757A），成像模糊，無(wú)法準(zhǔn)確判斷發(fā)熱位置。7月18日11時(shí)左右進(jìn)行開(kāi)關(guān)柜復(fù)測(cè)，測(cè)得501開(kāi)關(guān)后柜面75.5℃，并通過(guò)柜后的測(cè)溫窗口測(cè)得下觸頭盒連接母排導(dǎo)體溫度為76℃（環(huán)境溫度為28℃，負(fù)荷電流為3340A）。根據(jù)DL/T664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，運(yùn)行專(zhuān)業(yè)連續(xù)兩日所測(cè)的部位發(fā)熱屬于電流致熱缺陷。由于紅外測(cè)溫部位采用測(cè)溫窗口檢測(cè)，視野有限，從已有紅外圖譜來(lái)看，該柜存在整體電流性發(fā)熱現(xiàn)象。同時(shí)兩次測(cè)溫時(shí)刻電流并非當(dāng)天最高負(fù)荷，在最高負(fù)荷下柜內(nèi)溫度會(huì)有所增加。值得注意的是，采用測(cè)溫窗測(cè)溫（非空氣直射），測(cè)試溫度由于窗口材料隔離會(huì)產(chǎn)生衰減，實(shí)際柜內(nèi)溫度應(yīng)該遠(yuǎn)高于測(cè)試溫度，存在重大發(fā)熱隱患。不排除溫度過(guò)高導(dǎo)致的絕緣性能下降。故障開(kāi)關(guān)柜采用的是風(fēng)冷散熱模式，（咨詢(xún)廠家）該柜內(nèi)安裝一臺(tái)功率為106W的風(fēng)機(jī)。根據(jù)故障當(dāng)天#1主變變低10kV開(kāi)關(guān)A相負(fù)荷電流運(yùn)行曲線可知，501開(kāi)關(guān)負(fù)荷電流在用電高峰期（14：00至16：00）平均電流為3300A，假設(shè)以真空斷路器（斷口間）主回路電阻采用交接試驗(yàn)電阻值（約14μΩ）計(jì)算發(fā)熱功率，發(fā)熱功率約為152.5W，發(fā)熱功率遠(yuǎn)大于風(fēng)機(jī)功率。通過(guò)調(diào)取電力大數(shù)據(jù)平臺(tái)中相關(guān)數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)解剖情況，綜合得出導(dǎo)致此次故障的原因包括：（1）導(dǎo)致此次故障是由于開(kāi)關(guān)柜B相真空泡拉桿存在絕緣隱患，發(fā)生B相高阻抗接地故障，導(dǎo)致501開(kāi)關(guān)跳閘，10kV1M、2乙M母線失壓。（2）產(chǎn)品載流量設(shè)計(jì)不足，額定電流為4000A，實(shí)際3300A左右就過(guò)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致產(chǎn)品重載下過(guò)流不足發(fā)熱嚴(yán)重。（3）結(jié)合調(diào)度負(fù)荷曲線可知，三臺(tái)主變的負(fù)荷之間的差異較大，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜承載的電流負(fù)荷不同。

4結(jié)語(yǔ)

本文采用將電力大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用于電力設(shè)備故障診斷與原因分析中，并對(duì)一起10kV開(kāi)關(guān)柜負(fù)荷電流異常導(dǎo)致的故障進(jìn)行了案例分析，證明采用該方法能夠得出比傳統(tǒng)分析方法在數(shù)據(jù)收集、分析判斷更加準(zhǔn)確的結(jié)論。同時(shí)基于電力大數(shù)據(jù)故障診斷系統(tǒng)可有助于企業(yè)在數(shù)據(jù)采集、處理、分析等方面能夠提供前所未有的技術(shù)支持。在已有的數(shù)據(jù)平臺(tái)上研究并開(kāi)發(fā)了用于電力設(shè)備故障診斷的應(yīng)用模塊，經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，基于電力大數(shù)據(jù)的電力設(shè)備故障診斷結(jié)果獲得了同行的一致認(rèn)可，能為電力人員在分析類(lèi)似問(wèn)題提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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