淺談?wù){(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下的變電站電氣設(shè)備故障診斷

賈永斌

（山西省河津市山西華澤鋁電有限公司，山西河津　043300）

淺談?wù){(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下的變電站電氣設(shè)備故障診斷

賈永斌

（山西省河津市山西華澤鋁電有限公司，山西河津043300）

變電站是電力系統(tǒng)的核心部分，對(duì)變電站的電氣設(shè)備進(jìn)行診斷可以及時(shí)提示設(shè)備劣化，判斷故障的發(fā)生，因此對(duì)變電站電氣設(shè)備進(jìn)行故障診斷和預(yù)防對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)只是監(jiān)測(cè)設(shè)備本身的數(shù)據(jù)，而且電氣設(shè)備自身往往存在離散性和多樣的運(yùn)行環(huán)境，這導(dǎo)致診斷結(jié)論總是不夠精確。在調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下電氣設(shè)備的故障診斷充分利用整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的故障診斷，很好的解決了這一問(wèn)題。本文簡(jiǎn)要介紹了調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)特點(diǎn)、分析了調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下的變電站電氣設(shè)備故障診斷方法和注意事項(xiàng)，可以為工作人員準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備存在的隱患，大大提高了電力設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。

調(diào)控一體自動(dòng)化變電站電氣設(shè)備故障診斷

變電站的電氣設(shè)備通常處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，而且經(jīng)常工作在惡劣的環(huán)境下，如風(fēng)、雨、雷、電、腐蝕氣體等，導(dǎo)致絕緣惡化，最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。并可能進(jìn)一步導(dǎo)致用戶(hù)端發(fā)生事故，造成無(wú)法估量的經(jīng)濟(jì)損失。調(diào)控一體自動(dòng)化化系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)就是在于“信息交互與共享”，因此，調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下的電氣設(shè)備故障診斷不受自身設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的限制，可以充分利用其他幾個(gè)相同類(lèi)型變電站的歷史和目前的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)和診斷，這就大大了提高故障診斷的準(zhǔn)確性。

1　調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)概述

調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)就是集監(jiān)視與控制，電網(wǎng)跳讀與運(yùn)行相結(jié)合的技術(shù)支持系統(tǒng)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的控制實(shí)際上是基于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)發(fā)電廠(chǎng)、變電站等電力設(shè)備進(jìn)行整合與控制的更高端的電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。因此，調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)同時(shí)擁有“協(xié)調(diào)”與“控制”功能。主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)國(guó)調(diào)、網(wǎng)調(diào)的一體化，提高駕馭大電網(wǎng)和大范圍優(yōu)化配置資源的能力，保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行。調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)首先具備調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的所有功能，包括監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、偶發(fā)事故分析、事故追憶、安全監(jiān)視等等，實(shí)現(xiàn)“監(jiān)視可視化、控制閉環(huán)化、數(shù)據(jù)平臺(tái)化、決策智能化”。

1.1調(diào)控一體自動(dòng)化設(shè)備構(gòu)成

調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成如圖1所示，主要包括：信息采集和執(zhí)行系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、信息處理和控制系統(tǒng)以及人機(jī)交互系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)相互配合，構(gòu)成整體系統(tǒng)。

信息采集和執(zhí)行是采集各種實(shí)時(shí)信息并上傳電網(wǎng)，即采集變電站電氣設(shè)備當(dāng)前狀況的監(jiān)測(cè)信息；同時(shí)可以接收和實(shí)施上級(jí)所發(fā)出的調(diào)控命令。

信息傳輸系統(tǒng)是調(diào)控一體化系統(tǒng)的信息來(lái)回交換的數(shù)據(jù)通道。

信息處理和控制是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它與高端性能計(jì)算機(jī)相連接，分析和處理電網(wǎng)的各種信息和數(shù)據(jù)，從而到達(dá)對(duì)電氣設(shè)備的自動(dòng)控制。

人機(jī)交互系統(tǒng)將電網(wǎng)的各類(lèi)信息予以處理，采用直觀(guān)、形象的方式告知調(diào)控人員；調(diào)控人員所發(fā)出的查詢(xún)、控制指令也通過(guò)該系統(tǒng)傳送給信息采集與執(zhí)行子系統(tǒng)。

人機(jī)交互系統(tǒng)是對(duì)各種電網(wǎng)的信息進(jìn)行處理，最后形象、直觀(guān)的展現(xiàn)在工作人員面前；同時(shí)工作人員查詢(xún)，控制指令也通過(guò)人機(jī)交互系統(tǒng)傳遞給信息采集和執(zhí)行系統(tǒng)。

1.2調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)主要特點(diǎn)

分布式結(jié)構(gòu)。調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)通常采用服務(wù)器——客戶(hù)端分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。服務(wù)器通常采用高性能計(jì)算機(jī)，用于管理網(wǎng)絡(luò)共享資源和網(wǎng)絡(luò)通信，并為客戶(hù)端提供數(shù)據(jù)等各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。客戶(hù)端本質(zhì)是具備網(wǎng)絡(luò)通信功能的計(jì)算機(jī)，它直接對(duì)特定的電氣設(shè)備擁有特定的人機(jī)交互界面和獨(dú)立的操作系統(tǒng)。客戶(hù)端與服務(wù)器、客戶(hù)端與其他客戶(hù)端之間可以進(jìn)行通信，可以資源共享。這種多個(gè)客戶(hù)端可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，即是所謂的分布式系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)交換和共享。每個(gè)客戶(hù)端控制自動(dòng)化系統(tǒng)可以與服務(wù)器實(shí)現(xiàn)相互之間的信息交換和共享，各個(gè)客戶(hù)端之間也可以共享信息和交換數(shù)據(jù)。這一特性使得調(diào)控一體化系統(tǒng)的整合可以全面，充分利用內(nèi)部服務(wù)器的信息，利用每個(gè)客戶(hù)端的信息和資源，協(xié)調(diào)完成統(tǒng)一任務(wù)，例如變電站中變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障的診斷。

圖1　調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

圖2　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖3　BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2　調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下的故障診斷

2.1調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下變壓器故障診斷分析方法

采用調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)變壓器故障診斷，不再受自身設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的限制，可以利用本站和其它變電站同一型號(hào)變壓器的當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)而大大改善變壓器故障診斷的準(zhǔn)確性。調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下的變壓器故障診斷實(shí)際上是給變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供，信息和數(shù)據(jù)的功能，使其能夠信息共享。它的另一個(gè)重要的功能是能夠利用變壓器故障診斷算法處理海量的數(shù)據(jù)，這是因?yàn)椋夯谡{(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)的變壓器故障診斷涉及本臺(tái)變壓器、同一變電站/其它變電站中的若干同型號(hào)的變壓器的歷史與當(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，堪稱(chēng)“海量”。

調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)的變壓器故障診斷算法包括初級(jí)與高級(jí)兩個(gè)層次。使用Q-N診斷規(guī)則和φ診斷規(guī)則的是初級(jí)算法，高級(jí)的算法是采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，處理本臺(tái)變壓器以及不同變電站的不同變電器的歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)，提出診斷規(guī)則，并做出準(zhǔn)確的診斷。BP根據(jù)樣本數(shù)據(jù)（包括有故障的和無(wú)故障的）的處理分析來(lái)得出相應(yīng)的診斷規(guī)則，并把這個(gè)“診斷規(guī)則”通知在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，這種超強(qiáng)的獲取診斷規(guī)則的能力，非常適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜變壓器的故障診斷。一般來(lái)說(shuō)，只要樣本數(shù)據(jù)是充分的，涵蓋了變壓器目前的運(yùn)行狀態(tài)，故障診斷結(jié)論是準(zhǔn)確，可靠的。

本文即應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變壓器故障進(jìn)行診斷，實(shí)際上就是確定放電幅值Q、頻次N、相位φ與變壓器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)（健康或故障）之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文所使用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括輸入層、中間層與輸出層，其中間層包括6個(gè)神經(jīng)元，輸出層僅含一個(gè)神經(jīng)元。其中，p為輸入向量，

p=（QNφ）T；

W1，W2為權(quán)矩陣；b1b2為偏置矩陣；

f1，f2分別為tansig與purelin型神經(jīng)元函數(shù)；

a1，a2為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層輸出，

a1=tansig（W1*p+b1），a2=purelin（W2*a1+b1），

a2即為變壓器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)（健康或故障）。圖2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)檢索本臺(tái)變壓器以及不同變電站的不同變電器的歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)，以之作為樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可確定權(quán)矩陣W1，W2及偏置矩陣b1，b2。之后，根據(jù)本臺(tái)變壓器當(dāng)前的局放數(shù)據(jù)——放電幅值Q、頻次N、相位φ，應(yīng)用上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可確定當(dāng)前的a2——變壓器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，有故障或者無(wú)故障。

2.2調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)容性設(shè)備故障診斷分析方法

容性設(shè)備包括耦合電容器、電容型電流互感器、電容型電壓互感器及主變壓器的電容型套管等，通過(guò)監(jiān)測(cè)容性設(shè)備的電容量、三相不平衡電流及介質(zhì)損耗系數(shù)，在不同的時(shí)間內(nèi)分析這些參數(shù)的變化趨勢(shì)，和絕緣特性的發(fā)展趨勢(shì)，并與橫向數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、相間數(shù)據(jù)作對(duì)比，根據(jù)監(jiān)測(cè)顯示結(jié)果，當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果超出正常范圍時(shí)設(shè)備存在故障。

本文對(duì)容性設(shè)備故障進(jìn)行診斷也是應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上就是在初級(jí)算法（橫向比較法、綜合橫向比較法、縱向比較法與帶電與停電數(shù)據(jù)換算比較法）的基礎(chǔ)之上，引入充分的樣本數(shù)據(jù)來(lái)鍛煉BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而確定當(dāng)前的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)參數(shù)（介質(zhì)損耗角、電容量等）與容性設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)（有故障或無(wú)故障）之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文所使用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括輸入層、中間層與輸出層，其中間層包括6個(gè)神經(jīng)元，輸出層僅含一個(gè)神經(jīng)元。其中，p為輸入向量，對(duì)應(yīng)于橫向比較法、綜合橫向比較法、縱向比較法與帶電與停電數(shù)據(jù)換算比較法，p的含義略有不同，以橫向比較法為例，

p=［tan（δX-δN）CX/CN］T；

W1，W2為權(quán)矩陣；

b1，b2為偏置矩陣；

f1，f2分別為tansig與purelin型神經(jīng)元函數(shù)；

a1，a2為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層輸出，a1=tansig（W*p+b1），2a=purelin（W2*a1+b1），a2即為容性設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)（健康或故障）。

檢索本臺(tái)變壓器以及不同變電站的不同變電器的歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)，以之作為樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可確定權(quán)矩陣W1，W2及偏置矩陣b1，b2。之后，根據(jù)本臺(tái)容性設(shè)備當(dāng)前的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如tan（δX-δN）CX/CN，應(yīng)用上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可確定當(dāng)前的a2——容性設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，有故障或者無(wú)故障。

3　變電站電氣設(shè)備故障診斷及其管理的注意事項(xiàng)

（1）倒閘操作應(yīng)在同一系統(tǒng)中進(jìn)行，不能同時(shí)進(jìn)行2項(xiàng)及以上的倒閘操縱，避免數(shù)據(jù)采集混亂破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）對(duì)變電站倒閘操作，應(yīng)提高工作人員的業(yè)務(wù)技能、管理水平和責(zé)任感，每個(gè)命令的執(zhí)行需要專(zhuān)人監(jiān)督，以確定每一次的正確并做好調(diào)度記錄。當(dāng)執(zhí)行調(diào)度命令時(shí)，還要復(fù)頌雙重編號(hào)。以避免誤操作導(dǎo)致設(shè)備損壞或人身事故。（3）調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)同樣需要高標(biāo)準(zhǔn)的管理，要貫徹執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作制度，明確各級(jí)管理責(zé)任，從點(diǎn)檢、操作、維護(hù)等方面建立剛性的執(zhí)行機(jī)制，做好各類(lèi)臺(tái)帳、記錄，按照“四不放過(guò)”原則對(duì)各類(lèi)故障及異常進(jìn)行認(rèn)真分析，并針對(duì)變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)從安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，提高各方面管理水平，保證電氣系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

4　結(jié)語(yǔ)

調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下的變電站電氣設(shè)備故障診斷，每個(gè)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)和圖形通信連接成一個(gè)整體，使變電站的電氣設(shè)備形成分布式監(jiān)控和診斷系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的狀態(tài)綜合分析，同時(shí)便于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理。變電站的監(jiān)測(cè)診斷局域網(wǎng)還可進(jìn)一步通過(guò)廣域網(wǎng)和地區(qū)性電業(yè)主管部門(mén)連接，形成輸變電設(shè)備區(qū)域性分布式監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)。調(diào)控一體自動(dòng)化系統(tǒng)下的變電站電氣設(shè)備故障診斷，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，避免突發(fā)性事故，使設(shè)備從定期檢修過(guò)渡到狀態(tài)檢修，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了故障診斷率，并能時(shí)時(shí)刻刻診斷設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，以保證設(shè)備的安全運(yùn)行，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了可靠保證。有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外高度重視并努力推廣變電站電氣設(shè)備故障診斷模式。

［1］劉黎，何文林，劉巖等.輸變電設(shè)備狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)分析軟件設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2011，（8）：27-32.

［2］童曉陽(yáng)，張廣春，鄒思軼等.變壓器絕緣遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的Web實(shí)現(xiàn)［J］.高電壓技術(shù)，2002，（12）：29-31.

［3］尹克伸，遲忠君，王晉昌.基于相對(duì)值比較法的電容型設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)［J］.電氣技術(shù)，2009，30（1）：91-94.