電力一次設(shè)備故障診斷與處理技術(shù)的研究

蓋世誠(chéng)

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司超高壓分公司 四川 成都 610000)

提升電力應(yīng)用的品質(zhì)，以確保其積極作用得到充分發(fā)揮，已成為相關(guān)從業(yè)人員和社會(huì)廣泛關(guān)注的議題。其中，電力一次設(shè)備是整個(gè)電力系統(tǒng)的重要組成部分，一旦出現(xiàn)故障將導(dǎo)致大量安全事故。為了實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行模式，必須加強(qiáng)電力一次設(shè)備的檢修工作，并定期進(jìn)行電力設(shè)備故障檢查，然而，從另一個(gè)視角來(lái)看，這也對(duì)現(xiàn)有的變電站狀態(tài)診斷系統(tǒng)提出了更為苛刻的要求，需要更加精細(xì)和高效的技術(shù)手段來(lái)應(yīng)對(duì)。

1 電力一次設(shè)備故障診斷研究動(dòng)態(tài)

1.1 基于專家系統(tǒng)的診斷方法

專家系統(tǒng)是一項(xiàng)不可或缺的研究方向，它為人工智能的蓬勃發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。本專家系統(tǒng)的診斷問(wèn)題提出了一種基于知識(shí)獲取技術(shù)的新方法——模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。將變電站電氣一次設(shè)備故障診斷領(lǐng)域中最先進(jìn)的理論與技術(shù)引入，實(shí)現(xiàn)了智能化的解決方案。它可以很好地解決變電站電氣設(shè)備智能診斷方面存在的諸多問(wèn)題，如故障定位困難、不易發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)信號(hào)以及缺乏有效的推理機(jī)制等。為了解決傳統(tǒng)故障診斷知識(shí)獲取方式存在的主觀性強(qiáng)、信息不完整等問(wèn)題，需要探索更加高效、全面的獲取途徑。基于以上分析，研究人員選擇了以專家系統(tǒng)為研究對(duì)象來(lái)構(gòu)建智能診斷系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是一個(gè)由大量規(guī)則組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，其中規(guī)則庫(kù)又包括了大量的概念和屬性描述，這使得知識(shí)表示較為困難。系統(tǒng)中還包括常見(jiàn)的各類變電設(shè)備故障模式及其發(fā)生機(jī)理，總結(jié)了影響其正常運(yùn)行的因素，為構(gòu)建智能電網(wǎng)提供必要的理論依據(jù)。相關(guān)學(xué)者提出一種系統(tǒng)推理機(jī)模型，旨在實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的智能化[1]。

1.2 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法

在診斷人工智能故障的模型中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)歷史悠久、被廣泛應(yīng)用的技術(shù)。其以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)代智能技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，尤其在電力系統(tǒng)故障診斷方面有著很高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的前景。當(dāng)前，專家系統(tǒng)已被廣泛運(yùn)用于多個(gè)領(lǐng)域，并取得了巨大進(jìn)展。該模型呈現(xiàn)出卓越的非線性映射能力，其自我學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力皆為其優(yōu)點(diǎn)所在。鑒于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)固有的局限性，其在某些故障的診斷方面表現(xiàn)不盡如人意。因此，如何將這兩者結(jié)合起來(lái)就成為一個(gè)重要問(wèn)題。在變壓器故障診斷領(lǐng)域，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用近年來(lái)得到了研究人員的深入探索，其所取得的顯著成果令人矚目。

1.3 基于模糊邏輯的診斷方法

模糊診斷模型是一種新的知識(shí)表示方法，其采用基于模糊集理論的知識(shí)表示及推理技術(shù)，提出一種新型的智能故障診斷方法——模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法。通過(guò)對(duì)輸入信息進(jìn)行深入分析和精細(xì)加工，以獲得精準(zhǔn)的診斷結(jié)果，該方法具備高度的適應(yīng)性和容錯(cuò)性，因此成為當(dāng)前人工智能領(lǐng)域備受矚目的研究熱點(diǎn)。目前，基于模糊邏輯系統(tǒng)的電力系統(tǒng)故障檢測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。針對(duì)模糊邏輯系統(tǒng)，我們構(gòu)建了一種智能故障診斷模型，以提高其可靠性和準(zhǔn)確性[2]。該診斷模型主要利用模糊集理論作為基本框架，采用基于規(guī)則推理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)故障模式及其發(fā)生機(jī)理等方面的識(shí)別。通過(guò)運(yùn)用模糊邏輯，得以將那些錯(cuò)綜復(fù)雜的非線性難題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的線性形式，從而更加易于理解和掌握。在變壓器故障診斷過(guò)程中，由于影響其準(zhǔn)確性和快速性的關(guān)鍵因素之一就是故障征兆與故障原因間存在著一定程度上的模糊化現(xiàn)象。因此，由于電力變壓器運(yùn)行環(huán)境較為特殊，其內(nèi)部各部分存在著許多不確定性因素。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析方法難以捕捉電力變壓器故障表象和機(jī)理之間的模糊性規(guī)律，而運(yùn)用模糊邏輯則可有針對(duì)性地解決這種模糊關(guān)系，為變壓器故障診斷提供了一種高效的解決方案。模糊邏輯系統(tǒng)是一種具有很強(qiáng)魯棒性的推理模型，它在處理不確定性信息時(shí)可以得到比精確數(shù)學(xué)更為滿意的結(jié)果。模糊邏輯系統(tǒng)是一個(gè)由眾多相互關(guān)聯(lián)、相互影響的規(guī)則所構(gòu)成的知識(shí)庫(kù)，通過(guò)對(duì)這些規(guī)則進(jìn)行推理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的描述為目的。在實(shí)際應(yīng)用中，利用模糊邏輯系統(tǒng)可以很好地識(shí)別出電力系統(tǒng)各種運(yùn)行方式下的復(fù)雜情況，從而使人們更有效地管理電力系統(tǒng)，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。

1.4 其他診斷方法

除了前述幾種典型故障診斷方法外，還有一些變壓器故障診斷方法，它們以色譜數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，巧妙地融合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)理論，從而實(shí)現(xiàn)了高精度的故障診斷；另外，在這個(gè)過(guò)程中，傳統(tǒng)的故障診斷模型因受到各種不確定因素的影響，無(wú)法充分發(fā)揮其診斷和診斷功能[3]。因此，提出了一種將粗糙集與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相融合的混合故障診斷方法，旨在提高故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。利用基因多點(diǎn)交叉遺傳算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行優(yōu)化，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力一次設(shè)備故障的高精度檢測(cè)。

2 電力部分一次設(shè)備故障誘因

電流互感器的運(yùn)行故障問(wèn)題可能由多種因素引起，包括但不限于內(nèi)部結(jié)構(gòu)故障、水汽侵入、密封效果不佳以及維護(hù)措施不到位等。具體的故障誘發(fā)原因可見(jiàn)表1；而電壓互感器的運(yùn)行故障問(wèn)題則可能是由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)絕緣支架性能不佳、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理以及密封性能較差等因素所致，表2 中詳細(xì)列出了電壓互感器常見(jiàn)故障與誘因。

表1 電流互感器常見(jiàn)故障及誘因

表2 電壓互感器常見(jiàn)故障及誘因

3 故障診斷步驟

3.1 信號(hào)監(jiān)測(cè)獲取

獲取信號(hào)是進(jìn)行故障診斷的根本，必須先根據(jù)機(jī)械設(shè)備工作特性對(duì)其監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采集到包含機(jī)械設(shè)備工作狀態(tài)在內(nèi)的各種信號(hào)，從而為下一步的發(fā)展提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 特征提取

特征提取是一個(gè)從一般向特殊發(fā)展的過(guò)程。它是指從機(jī)械設(shè)備監(jiān)測(cè)信號(hào)出發(fā)，經(jīng)過(guò)某種信號(hào)處理和分析方法來(lái)計(jì)算和提取能有效應(yīng)對(duì)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的各種信息。這種特征信息完整，沒(méi)有冗余。

3.3 狀態(tài)識(shí)別

根據(jù)前一步所獲得的特征信息利用一定的模式識(shí)別方法對(duì)機(jī)械設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別并檢測(cè)出有無(wú)故障。

3.4 故障診斷

確定故障狀態(tài)后，根據(jù)不同故障狀態(tài)信息進(jìn)一步分析故障特征，判斷并預(yù)測(cè)故障種類、程度、趨勢(shì)。

3.5 決策干預(yù)

根據(jù)故障類型，程度及趨勢(shì)判斷結(jié)果并結(jié)合實(shí)際工程需要對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢修決策。機(jī)械設(shè)備的故障診斷流程見(jiàn)如圖1所示。

圖1 電力一次設(shè)備診斷流程

4 電力一次設(shè)備故障的診斷技術(shù)

4.1 微機(jī)保護(hù)裝置自檢技術(shù)

微型計(jì)算機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)通常由多個(gè)部分構(gòu)成，其中包括模擬量采集、微機(jī)處理、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出、人機(jī)交互以及電源等。這些部分共同構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)。由于其功能不同，配置了相應(yīng)的硬件電路和軟件模塊，從而構(gòu)成保護(hù)裝置。為了確保設(shè)備的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須加強(qiáng)對(duì)其進(jìn)行全面檢修，并根據(jù)設(shè)備的具體情況制訂個(gè)性化的處理方案。為此，本文主要圍繞著基于單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)故障檢測(cè)與維護(hù)展開(kāi)論述，希望能給相關(guān)人員帶來(lái)一定啟發(fā)。

4.2 智能診斷技術(shù)

微機(jī)保護(hù)裝置作為一種智能裝置，不僅具備內(nèi)部元器件故障檢測(cè)的能力，還能夠偵測(cè)到外部二次回路中的若干異常情況。由于微機(jī)保護(hù)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，因此對(duì)其進(jìn)行故障診斷具有一定難度。由于其內(nèi)部構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜、功能多樣，因而容易受到各種外部因素的干擾，從而導(dǎo)致故障問(wèn)題的出現(xiàn)，進(jìn)而影響裝置的正常運(yùn)行和使用效果[4]。為了有效提高裝置運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，對(duì)其進(jìn)行故障診斷十分必要。在診斷裝置內(nèi)部元器件故障的過(guò)程中，存在多種特征，一旦發(fā)現(xiàn)故障元件，立即確定其位置并采取相應(yīng)的解決措施，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

4.3 二次系統(tǒng)帶電檢測(cè)技術(shù)

帶電作業(yè)方式在變電運(yùn)維工作當(dāng)中應(yīng)用較多，因?yàn)閹щ娮鳂I(yè)可以有效提高工作效率。目前，微機(jī)保護(hù)設(shè)備在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中被廣泛采用，它是由大量電子元件構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，具備卓越的抗干擾能力。當(dāng)發(fā)生一次或多次電壓跌落事故后，保護(hù)裝置可能產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象。高壓開(kāi)關(guān)柜帶載操作時(shí)由于母線短路或斷線，會(huì)使斷路器跳閘，此時(shí)可能出現(xiàn)一次和二次回路同時(shí)合分閘現(xiàn)象，從而引發(fā)保護(hù)裝置誤動(dòng)[5]。

4.4 電力系統(tǒng)中電力一次設(shè)備在線診斷技術(shù)

若能將一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)融入電力企業(yè)的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，將有助于為企業(yè)未來(lái)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為此，對(duì)于那些已經(jīng)使用了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)備而言，其內(nèi)部構(gòu)件存在著許多無(wú)法控制的安全隱患。加強(qiáng)對(duì)其使用壽命的控制和管理是必要的，以確保其在使用過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性。在具體應(yīng)用過(guò)程中，為了保證設(shè)備可以持續(xù)發(fā)揮出應(yīng)有的作用，就必須做好預(yù)防性維護(hù)措施。若發(fā)現(xiàn)某一部件或設(shè)備出現(xiàn)了衰老跡象，則需定期進(jìn)行更換以保持其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。自動(dòng)化操作在工作形式上呈現(xiàn)出最為顯著的特征，這一點(diǎn)毋庸置疑。在這種情況下，設(shè)備就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，而無(wú)須人工參與，這樣可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，即使在無(wú)人操作的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)各種設(shè)備的檢測(cè)任務(wù)。通過(guò)使用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行有效維護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，提高工作效率和安全性。這一措施在一定程度上降低了不必要的成本浪費(fèi)，從而確保了設(shè)備的高效運(yùn)行。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)中自動(dòng)化操作越來(lái)越受到人們關(guān)注，其主要應(yīng)用于對(duì)變電站二次系統(tǒng)進(jìn)行有效維護(hù)與檢修工作[6]。

5 電力一次設(shè)備故障處理技術(shù)

5.1 電流電壓互感器故障處理技術(shù)

在實(shí)際工作中，由于受外界環(huán)境因素等的影響，會(huì)造成電流互感器產(chǎn)生不同程度的老化現(xiàn)象。紅外測(cè)溫法和超聲波測(cè)溫儀檢測(cè)法是被廣泛采用的兩種溫度測(cè)量方法。對(duì)于高壓熔斷器來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)槭艿綔囟冗^(guò)高或者過(guò)冷而發(fā)生燒損現(xiàn)象。如果檢測(cè)到了故障，則應(yīng)及時(shí)采取檢修方案予以處理。一旦發(fā)現(xiàn)電流互感器存在結(jié)構(gòu)性故障，必須立即實(shí)施負(fù)荷轉(zhuǎn)移措施，并立即終止電力供應(yīng)。

5.2 變壓器運(yùn)行故障處理技術(shù)

為了確保變壓器在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)短路問(wèn)題，必須進(jìn)行電路絕緣與油簡(jiǎn)化試驗(yàn)，以獲取最近變壓器的運(yùn)行狀況，目前，電氣試驗(yàn)、熱分析法和光學(xué)測(cè)量法這3 種檢測(cè)方法已成為廣泛采用的主流方法。通過(guò)上述3種方法可以有效地判斷出變壓器是否發(fā)生故障或者是有哪些部位發(fā)生了泄漏油現(xiàn)象。

5.3 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備故障處理技術(shù)

對(duì)于運(yùn)行中存在故障或者隱患的斷路器，要進(jìn)行定期檢修和維護(hù)，保證其正常工作狀態(tài)，防止因異常狀況造成事故。故障的發(fā)生源于斷路器的拒動(dòng)和誤動(dòng)，這兩個(gè)因素共同導(dǎo)致了故障的發(fā)生。拒動(dòng)即指斷路器不能正確地接通電源，也就是沒(méi)有斷開(kāi)電路，這是一種常見(jiàn)的斷路器故障形式。誤動(dòng)指的是在分閘和跳閘動(dòng)作中，由于接線老化、絕緣皮損壞以及導(dǎo)線安裝不合理等多種因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致故障的發(fā)生。如果對(duì)這兩種情況均沒(méi)有足夠重視，就會(huì)出現(xiàn)斷路器不能正常工作或者無(wú)法正確動(dòng)作的現(xiàn)象，從而給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。因此，在分析和處理不同類型的斷路器故障時(shí)，必須采用相應(yīng)的策略和方法，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。沖擊電流動(dòng)作及延時(shí)型斷路器沖擊電流動(dòng)作斷路器主要用于對(duì)線路中產(chǎn)生較大過(guò)電壓的設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

由于變電一次設(shè)備本身具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，其內(nèi)部包含著多種不同類型的元件與電路結(jié)構(gòu)等，這些都會(huì)影響到整個(gè)變電站運(yùn)行效率與質(zhì)量。在此背景下，需要對(duì)變電一次設(shè)備的運(yùn)行模式和管理方式進(jìn)行更深入的優(yōu)化。為此，要在分析現(xiàn)階段變電一次設(shè)備檢修現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，積極探究提高診斷準(zhǔn)確率的有效措施。電力一次設(shè)備的在線檢測(cè)需要一個(gè)實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)必須具備卓越的品質(zhì)和強(qiáng)大的穩(wěn)定性，能夠?qū)﹄娏σ淮卧O(shè)備的故障進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，并采取相應(yīng)技術(shù)手段，處理好電力一次設(shè)備的故障問(wèn)題。