配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評估方法探討

【摘要】文中對配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評估框架進(jìn)行構(gòu)建，分析配電網(wǎng)狀態(tài)評估的特征，并對配電網(wǎng)中重要設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行描述，提出設(shè)備狀態(tài)量評估標(biāo)準(zhǔn)和配網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評估方法，為配電網(wǎng)狀態(tài)維修決策提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】狀態(tài)評估；配電網(wǎng)；維修決策；在線監(jiān)測

1.引言

傳統(tǒng)的定期檢修不但影響供電的連續(xù)性，而且容易因突發(fā)故障檢修不及時造成停電事故。狀態(tài)檢修便是在這樣的背景下提出。狀態(tài)檢修即根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)安排檢修計劃，使得檢修更加合理。設(shè)備狀態(tài)評估作為聯(lián)系狀態(tài)檢修兩個主要部分——信息處理與決策的橋梁，如何使用設(shè)備檢測的各項(xiàng)數(shù)據(jù)對設(shè)備當(dāng)前所處狀態(tài)做出即時、準(zhǔn)確、符合下一步?jīng)Q策要求的綜合評價在整個狀態(tài)檢修工作中顯得尤為重要。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，直接與電力用戶聯(lián)系，配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行與廣大人民群眾息息相關(guān)。然而配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行過程中面臨的不確定性因素很多，因此，配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的部分。對配電設(shè)備合理地安排檢修計劃是提高配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行可靠性的非常重要的措施。配電網(wǎng)設(shè)備種類繁多，數(shù)量龐大，要對配電網(wǎng)中設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的狀態(tài)評估存在許多困難，然而隨著在線監(jiān)測技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，使得對龐大的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行狀態(tài)評估成為可能。本文對配電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)評估方法進(jìn)行探討，希望能對配電網(wǎng)狀態(tài)評估技術(shù)的發(fā)展提供幫助。

2.配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評估框架

現(xiàn)有的DMS系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、配網(wǎng)GIS系統(tǒng)等均含有部分設(shè)備的狀態(tài)信息，為便于狀態(tài)信息的采集、查詢、分析、統(tǒng)計，需建立配電網(wǎng)狀態(tài)信息平臺。狀態(tài)信息平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用IEC61850通信協(xié)議。配電網(wǎng)狀態(tài)評估和輔助維修決策平臺旨在建立一個規(guī)范的變電設(shè)備狀態(tài)評估方法體系，針對不同的數(shù)據(jù)類型，采用不同的狀態(tài)評估方案，使?fàn)顟B(tài)評估的結(jié)果更加合理。圖1給出了配電網(wǎng)狀態(tài)評估系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)圖。

配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評估需要包含以下幾個過程：1）狀態(tài)信息獲取，包括設(shè)備制造信息、投運(yùn)前信息、運(yùn)行中信息如檢修信息、帶電檢測信息以及在線監(jiān)測信息等；2）狀態(tài)信息管理，由于狀態(tài)信息繁多冗雜，需要對這些信息進(jìn)一步進(jìn)行分類整理，提取滿足當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的狀態(tài)信息作為狀態(tài)評估指標(biāo)依據(jù)；3）評估算法，根據(jù)整理所得數(shù)據(jù)，針對不同設(shè)備采取相應(yīng)的評估算法，以獲得正確的評估結(jié)果；4）評估結(jié)果驗(yàn)證，利用長期收集的案例組成的知識庫，驗(yàn)證評估結(jié)果的正確性。具體的配電網(wǎng)設(shè)備評估系統(tǒng)框圖如圖2所示。

根據(jù)配電網(wǎng)本身的特性，對配電網(wǎng)實(shí)施狀態(tài)評估的過程有以下兩個特點(diǎn)：

（1）配電網(wǎng)設(shè)備種類繁多，數(shù)量龐大，分散面廣。設(shè)備的型號、規(guī)格、容量和數(shù)量也隨著用戶及負(fù)荷的不同而變化。同一類型設(shè)備的故障率因安裝和使用情況的差異而有所不同。因此，配電網(wǎng)設(shè)備和元件的特性數(shù)據(jù)和原始參數(shù)必須通過長期的、連續(xù)的統(tǒng)計才能反映其真實(shí)規(guī)律。

（2）要優(yōu)先對配電網(wǎng)中最主要，發(fā)生故障最能對系統(tǒng)供電可靠性造成重大損失的設(shè)備實(shí)施狀態(tài)評估，要分清主次抓重點(diǎn)，逐步實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)評估。

3.配電網(wǎng)主要設(shè)備的狀態(tài)信息

配電網(wǎng)中最主要的設(shè)備有變壓器、開關(guān)柜、配線電路、避雷器、容性設(shè)備和電氣接地裝置等。龐大的狀態(tài)信息中，設(shè)備的制造信息、投運(yùn)前信息的統(tǒng)計和整理均較為完善；定期檢修由于在國內(nèi)已實(shí)行多年，其信息也比較完整，也具有比較統(tǒng)一的數(shù)據(jù)報告，比如預(yù)防性試驗(yàn)報告等，這里不作詳細(xì)描述。本文主要介紹不同設(shè)備應(yīng)用最為廣泛的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。

3.1 變壓器

變壓器的功能是將某一電壓等級轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率相同的另一電壓等級，是配電網(wǎng)中最主要的設(shè)備之一。變壓器分為許多種類型，我國的配電變壓器主要為油浸式變壓器，主要由鐵芯和繞組構(gòu)成，并放置在裝有變壓器油的油箱內(nèi)。變壓器的在線監(jiān)測狀態(tài)信息主要包含以下幾種：

（1）變壓器油中溶解氣體監(jiān)測。絕緣油在熱和電的作用下，會分解出H2、CO、CO2以及多種低分子烴類氣體，當(dāng)充油電氣設(shè)備存在內(nèi)部故障是，會產(chǎn)生的氣體種類、氣體的含量和氣體產(chǎn)氣率均不相同[1]，即不同的故障類型有著不同的特征氣體。油中溶解氣體的在線監(jiān)測技術(shù)已相當(dāng)成熟，其在線監(jiān)測原理可參考文獻(xiàn)[2]。

（2）局部放電監(jiān)測。局部放電是造成高壓電器設(shè)備最終發(fā)生絕緣擊穿的主要原因，變壓器內(nèi)部的局部放電產(chǎn)生、發(fā)展直至擊穿需要一定的時間，因此局部放電監(jiān)測應(yīng)以破壞性放電監(jiān)測為主。變壓器局部放電在線監(jiān)測主要方法有超聲波法、電脈沖法、超高頻法、光測法等[3]。

（3）變壓器繞組變形監(jiān)測。繞組是發(fā)生故障較多的部件之一，變壓器在承受短路沖擊后繞組容易發(fā)生機(jī)械變形。繞組變形的在線監(jiān)測通常通過監(jiān)測變壓器短路電抗實(shí)現(xiàn)，具有實(shí)時、判據(jù)明確等特點(diǎn)。

（4）熱點(diǎn)溫度監(jiān)測。對98℃以上，140℃以下的低溫過熱，油中不能分解出可燃?xì)怏w和糠醛，因此無法用氣相和液相色譜法來分析，而這種溫度又會影響變壓器的壽命，因此測量繞組的熱點(diǎn)溫度是十分必要的。

3.2 容性設(shè)備

容性設(shè)備包含耦合電容器、電容式套管、電容式電壓互感器和電流互感器等。容性設(shè)備在線監(jiān)測示意測量在相電壓作用下流過絕緣介質(zhì)的電流為基礎(chǔ)的，目前常用的方法有不平衡補(bǔ)償法、電橋法、過零檢測法、數(shù)字波形分析法等[4]。通過檢測流過絕緣介質(zhì)的電流以及電流與相電壓之間的相角差，可以獲得介質(zhì)損耗角正切以及電容量等信息。

3.3 配電線路

電力線路按結(jié)構(gòu)可分為架空線路和電纜線路兩大類。架空線路由導(dǎo)線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等構(gòu)成。電纜線路由導(dǎo)線、絕緣層、包護(hù)層等構(gòu)成。架空線路的導(dǎo)線和避雷線都架設(shè)在空中，要承受自重、風(fēng)力、冰雪荷載等機(jī)械力的作用和空氣中有害氣體的侵蝕，同時還受溫度變化的影響，運(yùn)行條件相當(dāng)惡劣。由于配電網(wǎng)絡(luò)線路現(xiàn)場狀況復(fù)雜，難以做到全面的在線監(jiān)測，大部分線路仍以巡查檢修為主。配電架空線路的在線監(jiān)測主要為10kV架空線路的在線監(jiān)測，昆明供電局安裝的架空線路在線監(jiān)測裝置能夠?qū)崿F(xiàn)線路負(fù)荷檢測、單相接地故障和相間短路故障監(jiān)測、過負(fù)荷報警、缺相運(yùn)行報警等功能[5]。

電纜線路的造價比架空線路高，雖然檢修電纜線路費(fèi)工耗時，但電纜線路不需在地面上假設(shè)桿塔，占地面積少，供電可靠性高，安全性高。目前電力電纜在線監(jiān)測技術(shù)使用最廣泛的是接電線電流在線監(jiān)測[6]，另外還有帶電檢測如電纜頭測溫、寬頻局放檢測等。

3.4 其它設(shè)備

如避雷器的泄漏電流、開關(guān)柜的溫度監(jiān)測等，這里不作詳細(xì)介紹。

4.配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評估算法

電氣設(shè)備狀態(tài)評估的算法多種多樣，最理想的狀態(tài)評估算法應(yīng)該能夠提供量化的評估結(jié)果，便于工作人員的審查和檢修決策的制定。文獻(xiàn)[7]針對農(nóng)村配網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評估作出探討，對不同的配網(wǎng)設(shè)備作出狀態(tài)評分，然而該文章缺點(diǎn)在于僅采用常規(guī)巡檢參數(shù)作為評估的狀態(tài)信息，缺乏實(shí)時性。本文也采用狀態(tài)評分方法，主要分為單一狀態(tài)量評分和綜合評分兩種。

4.1 單一狀態(tài)量評分

對于結(jié)構(gòu)簡單，故障狀態(tài)量明顯的配電網(wǎng)設(shè)備，單一的檢測方法所取得的數(shù)據(jù)往往便能獲得設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，比如容性設(shè)備的介質(zhì)損耗角正切、氧化鋅避雷器的泄漏電流、電纜的接地電流等，這些參數(shù)可采取單一狀態(tài)量評分法。計算公式如式（1）所示：

4.2 綜合評分

對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的配電設(shè)備，比如變壓器，單一的狀態(tài)量往往難以反映設(shè)備的總體狀態(tài)或者某個部件的運(yùn)行狀態(tài)，因而需要對多個狀態(tài)量進(jìn)行綜合。綜合評分首先也要根據(jù)式（1）對單一量進(jìn)行評分，并聯(lián)合多個能夠共同反映設(shè)備同一部件或同一故障形式的量作為綜合評分的狀態(tài)信息。比如繞組短路阻抗、繞組絕緣介損、繞組電容量和油中溶解氣體H2含量均能反映繞組故障，便可將這四個狀態(tài)量作為變壓器繞組的綜合評分狀態(tài)信息。綜合評分的計算公式如式（2）所示：

其中，xi為綜合量中的第i個單一狀態(tài)量的評分；wi為第i個單一量占綜合量評分的權(quán)重；m為該綜合量中單一量的個數(shù)；X為綜合評分值。綜合評分的關(guān)鍵在于單一量權(quán)重的確定，這同樣需要大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和學(xué)習(xí)過程。

根據(jù)設(shè)備的評分值判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并制定相應(yīng)的檢修策略。按照百分制，配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與評分值之間的關(guān)系如表1所示。

5.結(jié)束語

本文對配網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)評估方法進(jìn)行探討，提出配網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)評估框架和思路，對配電網(wǎng)重要設(shè)備的狀態(tài)信息和評估算法進(jìn)行介紹。然而本文僅僅是對配網(wǎng)狀態(tài)評估作出了一定的探索和實(shí)踐，許多問題仍需進(jìn)一步研究，比如在線監(jiān)測量的警示值、綜合量的各分量權(quán)重等需要大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、挖掘確定；評估結(jié)果需要根據(jù)已有案例對所采用的算法進(jìn)行驗(yàn)證等。

電力行業(yè)目前正經(jīng)歷著供銷體系的重大變革，即電力市場化運(yùn)營。無論發(fā)電公司還是電網(wǎng)都會在確?？煽啃郧疤嵯鲁浞挚紤]電力運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。配網(wǎng)設(shè)備的可靠性正是設(shè)備監(jiān)測與檢修的首要目的。配網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性則對設(shè)備檢修的合理性、經(jīng)濟(jì)性提出了更多的要求。準(zhǔn)確的狀態(tài)評估使得檢修計劃的制定更加合理，以減少維修過程造成的資源浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T7252-2001，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].

[2]王友元，廖瑞金，陳偉根等.基于油色譜分析的變壓器故障在線預(yù)測方法[J].重慶大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005， 28（7）：34-37.

[3]王東升，丁立健，于龍濱.變壓器局部放電在線監(jiān)測技術(shù)[J].東北電力技術(shù)，2007（3）：34-37.

[4]梁靜，申文棟.容性設(shè)備在線監(jiān)測方法綜述[J].電氣開關(guān)，2011（3）：13-17.

[5]葉亮.配電線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用[J].科技興電，2009（4）：39-40.

[6]羅華煜，關(guān)根志，易小羽.基于接地線電流發(fā)的電力電纜絕緣在線監(jiān)測[J].高電壓技術(shù)，2005，31（11）：63-65.

[7]李禾.農(nóng)網(wǎng)配電線路設(shè)備狀態(tài)評估方法的探討[J].重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2012，17（3）：74-76，94.

作者簡介：

王彤（1976—），男，助理工程師，主要從事電力城區(qū)配網(wǎng)線路的運(yùn)行檢修與搶修工作。

蘇柯（1982—），男，助理工程師，主要從事電力城區(qū)配網(wǎng)線路的運(yùn)行檢修與搶修工作。

張帆（1986—），男，助理工程師，主要從事電力城區(qū)配網(wǎng)線路的運(yùn)行檢修與搶修工作。

侯慧萍（1987—），女，助理工程師，主要從事電力城區(qū)配網(wǎng)線路的運(yùn)行檢修與搶修工作。