變電站GIS組合電器設(shè)備的異常及故障處理研究

羅徽

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516001）

1 異常監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

1.1 傳感器技術(shù)及監(jiān)測(cè)方法

在變電站GIS組合電器設(shè)備的異常監(jiān)測(cè)與診斷中，傳感器技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。傳感器的選擇和應(yīng)用直接影響到異常監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。常見的傳感器技術(shù)及監(jiān)測(cè)方法有：（1）溫度傳感器。溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)GIS組合電器設(shè)備的溫度變化，旨在及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備的過熱或過冷情況，以避免潛在的故障。常見的溫度傳感器包括熱電偶和紅外線傳感器。熱電偶能夠測(cè)量設(shè)備表面的溫度，而紅外線傳感器可以無接觸地測(cè)量設(shè)備內(nèi)部的溫度分布。（2）壓力傳感器。壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)GIS組合電器設(shè)備內(nèi)部的壓力變化，以確保設(shè)備正常工作。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的壓力異常，如過高或過低，以便采取相應(yīng)的措施。壓力傳感器通常采用電容式或壓阻式傳感器。（3）氣體傳感器。氣體傳感器用于檢測(cè)GIS組合電器設(shè)備中的氣體組分和濃度。它們能夠檢測(cè)異常氣體的產(chǎn)生，如硫化氫（H2S）、二氧化硫（SO2）等，這些氣體可能是設(shè)備故障或絕緣性能下降的指標(biāo)。常見的氣體傳感器包括紅外線氣體傳感器和電化學(xué)傳感器。（4）振動(dòng)傳感器。振動(dòng)傳感器用于監(jiān)測(cè)GIS組合電器設(shè)備的振動(dòng)情況。通過檢測(cè)設(shè)備的振動(dòng)頻率、幅值和變化趨勢(shì)，可以判斷設(shè)備是否存在異常情況，如松動(dòng)、磨損或機(jī)械故障。常見的振動(dòng)傳感器包括加速度傳感器和速度傳感器。

1.2 異常診斷算法與模型

在變電站GIS組合電器設(shè)備的異常監(jiān)測(cè)與診斷中，異常診斷算法與模型的應(yīng)用對(duì)于準(zhǔn)確判斷設(shè)備異常狀態(tài)至關(guān)重要。常見的異常診斷算法與模型有：（1）機(jī)器學(xué)習(xí)算法。機(jī)器學(xué)習(xí)算法在異常診斷中具有廣泛的應(yīng)用。通過訓(xùn)練模型并利用大量的數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠?qū)W習(xí)設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)的特征，并能夠在發(fā)生異常時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷。常用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括支持向量機(jī)（SVM）、隨機(jī)森林（Random Forest）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Neural Network）等。這些算法通過對(duì)設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和模式識(shí)別，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)異常狀態(tài)的自動(dòng)識(shí)別。（2）基于規(guī)則的診斷模型?；谝?guī)則的診斷模型使用一系列預(yù)定義的規(guī)則來判斷設(shè)備是否存在異常。這些規(guī)則基于專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，通過設(shè)定一系列判據(jù)和閾值來進(jìn)行診斷。例如，設(shè)定溫度超過一定閾值時(shí)判斷為異常狀態(tài)，或者根據(jù)壓力的變化率來判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況?；谝?guī)則的診斷模型具有解釋性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于復(fù)雜的異常情況可能存在局限性。（3）統(tǒng)計(jì)分析方法。統(tǒng)計(jì)分析方法通過對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析，識(shí)別出與正常狀態(tài)有明顯差異的異常情況。常用的統(tǒng)計(jì)分析方法包括均值、方差、相關(guān)系數(shù)等。通過比較設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)與歷史數(shù)據(jù)或正常范圍，可以判斷設(shè)備是否存在異常。統(tǒng)計(jì)分析方法可以有效地識(shí)別設(shè)備的常見故障模式，并能夠提供一定的預(yù)警能力。

1.3 異常監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用案例

異常監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在變電站GIS組合電器設(shè)備的異常診斷中扮演著重要角色，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)并提供及時(shí)的故障診斷和預(yù)警。以某供電局為應(yīng)用案例，在傳感器技術(shù)方面，該供電局采用了多種類型的傳感器來監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度、壓力、氣體等參數(shù)。通過熱電偶、壓力傳感器、紅外線氣體傳感器等多種傳感器的聯(lián)合應(yīng)用，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。在異常診斷算法與模型方面，該供電局采用了機(jī)器學(xué)習(xí)算法和基于規(guī)則的診斷模型相結(jié)合的方法。機(jī)器學(xué)習(xí)算法通過對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)設(shè)備的正常運(yùn)行模式，并在發(fā)生異常時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷。同時(shí)，基于規(guī)則的診斷模型根據(jù)專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)制定了一系列判據(jù)和閾值，能夠?qū)ΤＲ姷漠惓Ｇ闆r進(jìn)行快速判斷。在異常監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用方面，該供電局建立了完善的數(shù)據(jù)采集和分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站GIS組合電器設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷。通過數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)和分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，并提供相應(yīng)的預(yù)警信息和處理建議。這為運(yùn)維人員提供了重要的決策依據(jù)，幫助他們及時(shí)采取相應(yīng)的維修和處理措施，提高了設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率。

2 故障預(yù)測(cè)與預(yù)警策略

2.1 故障特征提取與分析

在變電站GIS組合電器設(shè)備的異常及故障處理研究中，故障特征提取與分析是關(guān)鍵步驟之一。常用的故障特征是電流信號(hào)的頻譜分析。通過對(duì)設(shè)備電流信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可以提取出頻譜特征，如諧波分量和峰值頻率，用于判斷設(shè)備是否存在異常。表1展示了某變電站GIS組合電器設(shè)備電流信號(hào)的頻譜分析結(jié)果。

表1

表2 溫度和氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

通過對(duì)電流信號(hào)的頻譜分析，可以得到具體的頻率和對(duì)應(yīng)的幅值。以上表格展示了在變電站GIS組合電器設(shè)備異常監(jiān)測(cè)中進(jìn)行的電流信號(hào)頻譜分析結(jié)果。頻率表示電流信號(hào)中存在的頻率成分，而電流幅值表示該頻率成分的幅度大小。

溫度和氣體濃度等參數(shù)也是常用的故障特征。通過對(duì)這些參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備溫度異常和氣體濃度異常等故障情況。表格2展示了某變電站GIS組合電器設(shè)備溫度和氣體濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

通過對(duì)這些故障特征的提取與分析，可以建立設(shè)備的故障特征數(shù)據(jù)庫(kù)，用于比對(duì)和判斷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中的異常情況?；谶@些特征數(shù)據(jù)，可以采用各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法和模型進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和診斷。

2.2 故障預(yù)測(cè)模型與方法

故障預(yù)測(cè)是變電站GIS組合電器設(shè)備異常與故障處理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在故障預(yù)測(cè)中，統(tǒng)計(jì)模型是基于歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行故障預(yù)測(cè)，常用的統(tǒng)計(jì)方法包括時(shí)間序列分析、回歸分析、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等。這些模型可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)和模式來預(yù)測(cè)設(shè)備未來的故障情況。

機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以利用大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，從而能夠識(shí)別出潛在的故障模式。常用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法包括支持向量機(jī)（SVM）、決策樹、隨機(jī)森林等。這些模型可以根據(jù)輸入的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分類和預(yù)測(cè)。此外，深度學(xué)習(xí)模型是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，它具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)和識(shí)別能力。深度學(xué)習(xí)模型如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）可以自動(dòng)提取數(shù)據(jù)中的特征，并進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和分類。

2.3 預(yù)警策略與應(yīng)對(duì)措施

為了及時(shí)應(yīng)對(duì)變電站GIS組合電器設(shè)備的故障和異常情況，制定有效的預(yù)警策略和相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施至關(guān)重要。首先，根據(jù)設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)范圍，設(shè)定相應(yīng)的閾值。當(dāng)監(jiān)測(cè)到設(shè)備參數(shù)超出閾值范圍時(shí)，發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示可能存在異?；驖撛诠收稀４藭r(shí)，可以進(jìn)行設(shè)備檢修、維護(hù)或更換。其次，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵參數(shù)，判斷設(shè)備是否存在異常。例如，通過監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度、壓力、濕度等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常變化或超過安全范圍時(shí)，即可發(fā)出預(yù)警信號(hào)并采取相應(yīng)的措施。另外，利用建立的故障預(yù)測(cè)模型，根據(jù)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)和特征，預(yù)測(cè)設(shè)備可能發(fā)生的故障。當(dāng)模型預(yù)測(cè)到潛在故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警，以便進(jìn)行相應(yīng)的維修和處理。

3 故障處理與維修技術(shù)

3.1 故障排查和定位技術(shù)

在變電站GIS組合電器設(shè)備的異常與故障處理過程中，準(zhǔn)確地排查和定位故障點(diǎn)是解決問題的關(guān)鍵。通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的觀察和檢查，查找可能存在的異常情況，例如，燒焦、腐蝕、松動(dòng)等?，F(xiàn)場(chǎng)巡檢可幫助確定故障的大致范圍，并指導(dǎo)后續(xù)的排查工作。也可利用電氣測(cè)試儀器對(duì)電氣參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，如電壓、電流、電阻等，以確定設(shè)備是否正常工作。電氣測(cè)試可以幫助排除電氣元件故障，并進(jìn)一步縮小故障范圍。此外，使用紅外熱像儀檢測(cè)設(shè)備表面的溫度分布，可以快速發(fā)現(xiàn)可能存在的過熱點(diǎn)。過熱可能是電氣故障的先兆，紅外熱像技術(shù)可用于定位故障點(diǎn)，指導(dǎo)后續(xù)的修復(fù)工作。振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)，不僅能夠分析振動(dòng)的頻率、幅值和相位等特征，還可以判斷設(shè)備是否存在故障，如松動(dòng)、磨損、不平衡等。振動(dòng)分析可用于確定故障位置和類型，以便進(jìn)行進(jìn)一步的維修和處理。

3.2 維修方案和措施

根據(jù)故障的性質(zhì)和嚴(yán)重程度，制定詳細(xì)的維修計(jì)劃。該計(jì)劃應(yīng)包括維修的時(shí)間安排、所需的人力和物力資源、維修步驟和操作指導(dǎo)等內(nèi)容。維修計(jì)劃的制定有助于組織和管理維修工作，提高工作效率。及時(shí)準(zhǔn)備維修計(jì)劃確定所需的備件和工具，備件的準(zhǔn)備應(yīng)充分考慮設(shè)備的特殊性和供應(yīng)周期，確保在維修過程中能夠及時(shí)更換損壞的部件。在進(jìn)行維修工作前，必須確保工作環(huán)境的安全性。采取必要的安全措施，如戴好個(gè)人防護(hù)裝備、切斷設(shè)備的電源、設(shè)置防護(hù)欄桿等，以防止意外事故的發(fā)生。此外，根據(jù)故障的具體情況，采取相應(yīng)的修復(fù)措施。修復(fù)工作可能涉及更換損壞的元件、修復(fù)電路連接、調(diào)整設(shè)備參數(shù)等。在進(jìn)行修復(fù)工作時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程和技術(shù)要求進(jìn)行，確保修復(fù)的質(zhì)量和可靠性。對(duì)維修過程進(jìn)行記錄和分析，包括故障描述、維修措施、所用材料和工時(shí)等信息。維修記錄有助于后續(xù)的故障分析和預(yù)防措施的制定，提高設(shè)備的可靠性和維護(hù)效果。維修工作需要由具備相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的維修人員進(jìn)行，并嚴(yán)格按照規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)操作。

4 系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)措施

4.1 設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)策略

定期要對(duì)GIS組合電器設(shè)備進(jìn)行巡檢和清潔，檢查設(shè)備的外觀、連接器、絕緣子等是否存在異?；蛭鄯x現(xiàn)象。定期清潔設(shè)備可以防止積塵、污垢等對(duì)設(shè)備性能的影響，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備表面的異常情況。還要對(duì)GIS組合電器設(shè)備中的關(guān)鍵部件，如斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器等進(jìn)行定期的檢修和更換。根據(jù)設(shè)備的使用壽命和廠家建議的更換周期，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行檢測(cè)、測(cè)試和評(píng)估，及時(shí)更換老化、損壞或性能下降的部件，以確保設(shè)備的可靠性和安全性。建立設(shè)備的維護(hù)記錄，記錄設(shè)備的巡檢、維修、更換情況等重要信息。通過對(duì)維護(hù)記錄的分析，可以了解設(shè)備的運(yùn)行狀況、故障頻率和維修周期等，從而制定更加科學(xué)合理的維護(hù)策略。同時(shí)，利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在問題和趨勢(shì)，提前采取相應(yīng)的維護(hù)措施。

4.2 更新和升級(jí)技術(shù)

引入先進(jìn)的監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)，如在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、紅外熱像儀、超聲波檢測(cè)等，可以實(shí)兼測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并進(jìn)行故障診斷。這些技術(shù)可以提高故障的檢測(cè)準(zhǔn)確性和速度，幫助運(yùn)維人員及時(shí)采取相應(yīng)的維修措施，避免設(shè)備故障對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響。采用智能化的控制與管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化操作和遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)維人員可以隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況，并進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和故障處理。智能化系統(tǒng)還可以提供數(shù)據(jù)分析和決策支持功能，幫助運(yùn)維人員優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)策略。通過對(duì)設(shè)備性能的優(yōu)化和能源管理的實(shí)施，可以降低設(shè)備的能耗和運(yùn)行成本。采用節(jié)能技術(shù)和智能控制策略，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和工作模式，提高設(shè)備的能效。同時(shí)，合理管理設(shè)備的能源消耗和維護(hù)成本，可達(dá)到降低整體運(yùn)營(yíng)成本的目的。

4.3 性能優(yōu)化和能源管理

在變電站GIS組合電器設(shè)備的異常及故障處理研究中，性能優(yōu)化和能源管理是關(guān)鍵的方面。通過采取適當(dāng)?shù)拇胧┖筒呗裕梢蕴岣咴O(shè)備的運(yùn)行效率，降低能源消耗，并減少對(duì)環(huán)境的影響。首先，設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)策略是性能優(yōu)化和能源管理的重要組成部分，定期的設(shè)備檢修、清潔和潤(rùn)滑可以保持設(shè)備的良好狀態(tài)，提高設(shè)備的可靠性和壽命。其次，采用先進(jìn)的維護(hù)管理系統(tǒng)，實(shí)施計(jì)劃性維護(hù)和預(yù)防性維護(hù)，可以降低設(shè)備故障率，減少停機(jī)時(shí)間，提高運(yùn)行效率。更新和升級(jí)技術(shù)也是性能優(yōu)化和能源管理的重要手段。引入先進(jìn)的控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如智能化監(jiān)控、自動(dòng)化調(diào)控和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等，可以實(shí)時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，提高運(yùn)行效率和可靠性。另外，通過合理的能源分配、負(fù)荷均衡和電能優(yōu)化控制，可以最大限度地提高能源利用效率，減少能源浪費(fèi)。同時(shí)，應(yīng)關(guān)注能源消耗的監(jiān)測(cè)和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決能源消耗異常和浪費(fèi)的問題，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)的能源管理和優(yōu)化。

5 結(jié)語

本研究對(duì)變電站GIS組合電器設(shè)備的異常及故障處理進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，并提出了一系列有效的解決方案和措施，為變電站GIS組合電器設(shè)備的異常及故障處理提供了重要的研究成果和指導(dǎo)意見。希望本研究的結(jié)果能夠?yàn)樽冸娬驹O(shè)備管理和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考，并促進(jìn)該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。