電力系統設備狀態監測與故障診斷

摘要：本文對電力設備診斷及技術研究的現狀進行了闡述，應用多傳感融合技術、特征空間矢量、最大隸屬度原則、模糊理論選取有效的故障信號特征量等分析方法診斷故障。并表明作者對電力設備狀態監測與故障診斷智能化、數字化的發展方向的預期。

關鍵詞：電力系統 狀態監測 故障診斷

0 引言

在國內電力系統設備狀態監測與故障診斷技術的實際應用中，雖然某些廠家能夠生產出各種檢測裝置。但是，現在在實際的應用中還是有局限的，在進行狀態監測以及診斷某些故障時，還是做的不夠完美，在某些問題的分析上缺乏透徹的分析。本文主要是從電力系統設備狀態監測與故障診斷內容和任務方面展開研究，關于其在以后的發展空間進行了進一步的探討，同時針對其目前的不足提出了一些建設性的意見，從內容上來講主要有狀態監測與故障診斷，以此來保證電力系統安全、經濟、穩定運行。

1 狀態監測與故障診斷技術的含義

電氣設備故障是由于設備的某些劣化積累到一定程度后所產生的。特別是大多為有機材料制成的電氣設備絕緣介質，在外界因素作用下容易發生老化。組成電力系統的基本元件是電氣設備，局部或廣大范圍的停電會因它的失效而產生，必將導致巨大的經濟損失，并造成不良的社會影響。

為了特殊的目的而進行的注視、觀察與校核即為監測。設備的狀態監測就是通過使用各種傳感器，運用各種測量手段，來檢測一些物理、化學量，他們能夠反映設備的運行狀態，監測是為了使我們能夠知道設備是在正常運行，還是出現了某些的異常。設備的“故障診斷”是指根據狀態監測，設備故障的嚴重程度及類型、部位都需要專家用所得到的各測量值、運算處理結果所提供的信息后結合掌握的有關設備的知識和經驗進行推理判斷，并根據此判斷提出維修處理設備的建議。簡單的說就是特征量收集后的分析判斷過程是故障診斷，狀態監測是特征量的收集過程。

2 在線狀態監測系統

2.1 狀態監測的概念和任務

故障預報、故障診斷和狀態監測等幾個內容雖然相近，但在實際應用中卻存在差別。所采用的很多方法都是一樣的，在內容上它們沒有嚴格的界限，在線檢測和數據分析工作都要進行，而且防患于未然是它的最終目標。而在任務方面卻有所相同，這里加以區分，以確保能進一步明確狀態監測的任務。

故障預報就是預測設備可能出現的各種故障，具體來講要預測故障發生的時間、位置及程度。故障診斷是針對已經發生的各種故障而言的，是對這些故障進行診斷，首先要找出故障的特征，然后做出正確的定位，而且還要分析故障程度，最后進行診斷。

狀態監測包含如下工作內容：

①建立設備運行的歷史檔案，為設備的運行情況積累資料和數據。

②判斷設備運行狀態是異常還是處于正常應根據已出現的故障特征或征兆、歷史檔案、運行狀態等級，并判斷故障的程度和性質。

③應對設備運行狀態進行評估并分類。狀態檢修的實施在一定的標準形成后便可提供依據。在進行狀態監測評估時，要體現出對設備異常狀態的預測以及以后可能發生的某種變化的估計，同時還可以創造一些更有利的條件，使這種評估達到最高的水平。

2.2 狀態監測的關鍵技術

2.2.1 信號采集

電力設備在線監測系統，其作用主要是持續的檢查設備的運行情況，預測設備狀態發展趨勢的系統。通常我們是在了解設備的運行狀態的情況下，更清楚的認識設備的運行，因此，我們首先要了解電力設備的電壓、頻率、局部放電量等信號，在此基礎上工作人員才能更準確的掌握設備是否在正常運行，或者是否出現了某些異常狀況，以此對對象的狀態信息進行診斷。采用不同的信號采集方法應根據表征設備狀態量的各種信號的不同特性而定，有如下幾種常用的采樣方法：

①一次性采樣就是每次只采集一個足夠的數據，然后處理所需長度的信號樣本。

②采樣時要遵循之前制定的周期。

③可從設備產生的隨機故障表現的信號自動采樣。

④特殊采樣方式包括轉速跟蹤、峰值采樣等。

監測方法因電力設備和任務要求的不同所采用的狀態也不相同。

2.2.2 數據傳送

在傳輸過程中通常由于信號處理系統距監測設備較遠，所以數據易受干擾且容易損失，受周圍環境因素的影響較大。首先，應對數據進行模數轉換，經過預處理后壓縮打包，而后傳輸到處理控制中心。光纖傳輸數字信號能較好地保證信號的質量，因為它能抑制干擾，所以電力領域目前已廣泛應用通信設備。

2.2.3 處理數據

在通信線路的協助下，數據處理中心可以接受到狀態量數據包，之后會很快的在不同的數學方法的幫助下解包處理這些數據。搜索另一個信號可以在時域中由兩個信號之間相關性采用相關分析的處理數據；小波分析；人工智能。數字信息技術的廣泛應用，以及智能技術的應用，都對電力設備在線監測系統的數據處理時的實時性和準確性起到了良好的作用。

3 故障診斷

3.1 選取故障信號特征量

將有用的信息量從錯綜復雜的信號中提取出來，這就是信號處理技術要完成的工作，當設備運行時提供的信息更加精細的時候，設備進行診斷就會表現出更佳的靈敏度。一個故障特征量可能不僅僅是由于某一種故障狀態引起的，但是通常情況下，許多的故障特征量反映的是同一種故障，因此，我們要解決的一個困難就是如何爭取的選擇故障特征量。常因特征量選取不恰當，而在識別運行中電力設備的故障狀態和正常狀態時出現誤診或漏診，正常狀態和故障狀態的特征參量有交叉的部分，這樣可能會出現不正確的判斷，即故障特征量中具有模糊性。所以我們要選擇典型的而且是行之有效的故障特征參量。

3.2 故障診斷

因為電力設備故障種類很多，而且同一故障可能會通過多種故障狀態表現出來，介紹以下的幾種診斷方法：

①某種故障不同的故障表象需利用多傳感技術和信息融合處理技術來診斷。從多側面、多角度，多傳感技術利用多個傳感器觀測同一對象，然后針對同一故障的多個表現特征進行選擇故障反映靈敏度高的狀態信息量，通過這種方法進行故障診斷能夠最大限度的保障故障診斷的全面性。

通過信息融合技術能夠將來自多傳感器的數據在某些要求的規范下對數據進行分析處理。盡管同一設備故障可能會存在不一樣的反應，但是他們之間不一樣的特征空間是有著某種聯系的，我們應當找出其共同點，排除不同點，然后再利用融合技術進行分析，這樣電力設備狀態檢測和故障診斷的準確性便能得到提高。可是，這種診斷方法由于還不完善的信息融合基本理論，因此還需進行進一步的研究，使其更加完善。

②故障特征量基于特征空間矢量的故障診斷方法，可通過對故障誤差的學習實時修正。這種方法多用于具有慢時變性和不確定性的復雜對象的故障診斷。

③模糊理論中的最大隸屬度原則診斷故障原因在線監測狀態信息量不足導致的不確定性時和針對電力設備的固有特性時可以加以考慮采用，來判斷故障類型，故障的隨機性和模糊性問題須將狀態信號與模糊數學方法結合起來分析。

除以上方法，也可以結合人工智能、神經網絡等方法診斷故障。

3.3 信息技術和故障診斷分析技術

故障診斷分析具體來講就是分析出現電力設備故障的物理過程、化學過程和故障的因果關系過程。我們通過歸納整理出現的很多設備狀態特征量、降維等，再采用模糊識別、專家系統等識別技術，正確判斷故障特征參數，最終找到故障發生的原因、位置、性質等。可以通過局域網傳輸設備診斷信息對趨于數字化和網絡化的電力設備的故障進行診斷，有需要時也可以進行遠程診斷，這樣就能夠更好地完成對設備狀態的檢測，同時還能夠實現故障診斷信息的異地傳輸。關于技術裝備上面，我們還可以使用一種新的設備，即虛擬診斷儀器，某些診斷系統在客戶端上設有報警系統，設備可充分運用網絡技術的傳輸功能，使數據成功上傳，這樣就能夠使獲得的信號達到實時性的效果。

4 結語

在實際工作中，目前狀態在線監測依然表現出了很多的不足。但是也表現出了一些優點，實現了從傳統管理模式向狀態檢修的轉變。狀態監測和故障診斷不是一樣的，二者是有差別的，從電力系統設備運行角度來分析，再參考維修管理現狀，狀態監測方法在實際的應用中更受歡迎。國內的變電站和發電廠在實現狀態監測方面目前都已具備技術的初步條件。在智能化理論（如神經網絡和專家系統）的基礎上，隨著傳感器技術和信息技術的日益成熟，電力設備狀態監測與故障診斷日后也必將會進入一個智能化的時代。

參考文獻：

[1]陳維榮，宋永華，孫錦鑫.電力系統設備狀態監測的概念及現狀[J].電網技術.200，2／1(11)：12-17.

[2]周龍，文遠芳，詹瓊華，電氣設備故障特征參量有效性的模糊判據研究[J].電網技術，1998，22(2)：51-54.

[3]張春霞，電力設備狀態監測與故障診斷[Jl.武漢工業學院學報，2004，23(1)：6-10.