500kV變電站高壓設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

邵偉洲

【摘 要】隨著電力系統(tǒng)和電力市場(chǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)變電站高壓設(shè)備檢修方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足新時(shí)期的需求，本文針對(duì)變電站高壓設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)進(jìn)行分析探討，并結(jié)合智能技術(shù)在變電站高壓設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用作了分析。

【關(guān)鍵詞】變電站;高壓設(shè)備;在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鄉(xiāng)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，這對(duì)保證變電站供電可靠性提出了越來(lái)越高的要求。

遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)作為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中一個(gè)重要的二次設(shè)備，其主要功能是在獲取變電站設(shè)備的電氣量數(shù)據(jù)同時(shí)，將數(shù)據(jù)送往遠(yuǎn)方的地調(diào)、省調(diào)等調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。如果遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)運(yùn)行異常，上送到調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息真實(shí)性無(wú)法得到可靠保證，并可能導(dǎo)致調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用模塊的分析和判斷產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果，導(dǎo)致調(diào)度產(chǎn)生錯(cuò)誤決策，發(fā)出錯(cuò)誤的控制和運(yùn)行命令，損害變電站的設(shè)備，對(duì)變電站安全生產(chǎn)產(chǎn)生危害。

2 變電站高壓設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)是掌握變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要手段。如何研制能夠真實(shí)、可靠地反映變電設(shè)備絕緣狀態(tài)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，20余年來(lái)一直是我國(guó)電力行業(yè)努力追求的方向。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)為數(shù)字測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，很多設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟。目前，國(guó)內(nèi)外變電設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在市場(chǎng)上包括具有單一監(jiān)測(cè)功能的系統(tǒng)和具有綜合在線(xiàn)監(jiān)測(cè)功能的系統(tǒng)兩類(lèi)。單一功能的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)對(duì)一類(lèi)設(shè)備單一或部分絕緣參數(shù)的監(jiān)測(cè)功能，如專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)測(cè)變壓器油的色譜裝置或?qū)ｉT(mén)用于監(jiān)測(cè)變壓器的局放裝置。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，各類(lèi)單一功能的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)趨向集成，各種變電設(shè)備的 監(jiān)測(cè)單元通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與上位機(jī)主機(jī)相連，監(jiān)測(cè)單元負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、初步分析，并將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控 上位機(jī)，主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，統(tǒng)一生成圖形、報(bào)表，并將數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.1功能設(shè)計(jì)

變電站高壓設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)包括如下的功能：

2.1.1數(shù)據(jù)采集功能：能夠在線(xiàn)自動(dòng)采集氧化鋅避雷器、電容性設(shè)備、斷路器及電力變壓器等設(shè)備狀態(tài)信息，并在系統(tǒng)一次主接線(xiàn)圖上實(shí)時(shí)顯示各電氣設(shè)備的電流、電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)和頻率等各種狀態(tài)信息;

2.1.2狀態(tài)診斷功能：根據(jù)采集到的高壓設(shè)備狀態(tài)信息，采用基于多信息融合技術(shù)（專(zhuān)家系統(tǒng)，遺傳算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，決策樹(shù)，聚類(lèi)分析，關(guān)聯(lián)規(guī)則等）的綜合故障診斷模型，對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)做出判斷，并評(píng)估出設(shè)備的剩余壽命;

2.1.3決策支持功能：對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)正在發(fā)生故障進(jìn)行分析，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行判斷，指出故障發(fā)生前的征兆、發(fā)生時(shí)的后果及發(fā)生后的措施總結(jié)，提出相關(guān)的預(yù)防故障發(fā)生、控制故障發(fā)展和消除故障的措施;

2.1.4報(bào)警功能：監(jiān)測(cè)到參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，如超過(guò)極限值、保護(hù)動(dòng)作，產(chǎn)生聲光報(bào)警;

2.1.5數(shù)據(jù)管理：提供包括避雷器、互感器、斷路器、變壓器等設(shè)備的狀態(tài)信息，提供系統(tǒng)設(shè)置（整定值輸入和修改），手工錄入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的功能，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用瀏覽器方式實(shí)現(xiàn)，查詢(xún)?cè)O(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)和設(shè)備工作狀態(tài)，并可對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算和判斷。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用先進(jìn)的分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)安裝在變電站內(nèi)部的采集裝置采集主要高壓設(shè)備的狀態(tài)信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到上級(jí)系統(tǒng)，便于及時(shí)方便地了解并掌握變電設(shè)備的健康狀態(tài)，系統(tǒng)包括幾個(gè)方面：變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)，斷路器監(jiān)測(cè)，容性設(shè)備監(jiān)測(cè)和避雷器監(jiān)測(cè)。

2.3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件是在Windows xp下采用了 Visual c++6.0 程序編程進(jìn)行開(kāi)發(fā)，診斷數(shù)據(jù)來(lái)源是歷史數(shù)據(jù)與在線(xiàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，挖掘出各種關(guān)聯(lián)關(guān)系、聚類(lèi)關(guān)系和決策樹(shù)規(guī)則，然后再利用這些規(guī)則對(duì)在線(xiàn)采集數(shù)據(jù)（各個(gè)保護(hù)測(cè)量單元的模擬量、開(kāi)關(guān)量、保護(hù)動(dòng)作、電度量等信息）進(jìn)行綜合分析判斷，從而準(zhǔn)確評(píng)估了變電站設(shè)備的運(yùn)行狀況。為了完成監(jiān)測(cè)及診斷任務(wù)，系統(tǒng)軟件分為主控程序、通信服務(wù)程序、數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)庫(kù)處理程序、分析判斷程序等幾部分，其中主控程序與數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)硬件及上級(jí)調(diào)度通訊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電氣設(shè)備的巡檢任務(wù)，完成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集任務(wù)，并把站內(nèi)的各種裝置所提供的數(shù)據(jù)信息，按照需要?dú)w整成 CDT 規(guī)約的通訊報(bào)文，在上級(jí)調(diào)度需要時(shí)上傳，通過(guò)設(shè)置監(jiān)測(cè)警戒值，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)和模糊理論判斷故障類(lèi)型，一旦監(jiān)測(cè)到設(shè)備的數(shù)據(jù)超過(guò)警戒值時(shí)，程序立即通過(guò)聲光報(bào)警的形式通知值班人員及時(shí)處理;Visual C++利用ODBC 提供的接口訪問(wèn)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)包括監(jiān)測(cè)診斷數(shù)據(jù)庫(kù)及輔助數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)測(cè)診斷數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存放監(jiān)測(cè)診斷結(jié)果，方便查詢(xún)和制定檢修策略，輔助數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存放高壓設(shè)備的通用參數(shù)以及下位機(jī)的各監(jiān)測(cè)參數(shù)（如：設(shè)備的名稱(chēng)、型號(hào)，報(bào)警限值等）;服務(wù)程序包括實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)管理（查詢(xún)、播入、刪除、修改、權(quán)限控制等），波形打印等功能，通過(guò)使用 VC 語(yǔ)言控制 Excel 完成數(shù)據(jù)從SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)讀取到 ExceL，完成波形打印功能;分析程序主要是以傅立葉變換為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)所采集的數(shù)字化波形按照監(jiān)測(cè)結(jié)果要求進(jìn)行波形處理，根據(jù)設(shè)置的各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，分析診斷出結(jié)果并傳輸給主控程序，在 VC 中采用樹(shù)形控件存放各層次需要監(jiān)測(cè)的參量，層次清晰，現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備狀態(tài)的顯示，實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)的顯示，方便所轉(zhuǎn)換需監(jiān)測(cè)參數(shù)，各參數(shù)實(shí)時(shí)變化情況，達(dá)到了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的目的。

3 故障診斷

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的目的是為了故障診斷，將綜合智能技術(shù)應(yīng)用到變電站高壓設(shè)備檢測(cè)中，其主要包括4個(gè)層次。

3.1在線(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理：由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)在采集過(guò)程中，收到外部干擾，比如：電磁干擾，強(qiáng)噪聲干擾等，使得數(shù)據(jù)存在虛假點(diǎn)，因此，必須剔除虛假點(diǎn)，常用剔除虛假點(diǎn)的方法有：53H法和一階差分法，系統(tǒng)利用53H法結(jié)合曲線(xiàn)擬合法剔除虛假點(diǎn)。

3.2征兆集的提取：對(duì)征兆集進(jìn)行提取，常見(jiàn)的方法有時(shí)間序列分析法，概率統(tǒng)計(jì)法，相對(duì)比較法和趨勢(shì)分析法，綜合考慮到數(shù)據(jù)的隨機(jī)誤差和動(dòng)態(tài)特性的影響，采用了時(shí)間序列分析法和相對(duì)比較法。

3.3故障類(lèi)型的確定：常見(jiàn)的方法有自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、節(jié)約覆蓋集理論和模糊數(shù)學(xué)，由于在故障診斷中同時(shí)存隨機(jī)性和模糊性，使用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決這個(gè)難題;

3.4決策層：決策層是故障診斷的最底層，利用基于Web的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，根據(jù)診斷結(jié)果，采用所掌握的關(guān)于設(shè)備的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理判斷，判斷電力設(shè)備是否能繼續(xù)正常運(yùn)行，從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮檢修時(shí)間和周期等。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電力運(yùn)行安全性問(wèn)題也逐漸引起了人們的關(guān)注，特別是將現(xiàn)代化的電子信息技術(shù)應(yīng)用于變電站設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程以后，能夠?yàn)樽冸娬驹O(shè)備的安全運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。目前變電站設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)已經(jīng)越來(lái)越向著數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）