淺析電力系統設備狀態監測的概念及現狀

劉灝

（廣東電網有限責任公司惠州供電局，廣東 惠州 516001）

電力行業已經成為當前我國社會整體生產以及生活的關鍵所在，其對于社會整體的發展起著不可取代的作用。要想使得電力供應實現穩定、健康、持久的運行，那么就務必要做好電力系統設備狀態監測技術的研究，而這一技術的研究已經成為當前電力行業發展的首要問題。電力系統設備狀態監測技術對于整體的電力行業起著至關重要的影響，首先，電氣設備是各個電力企業進行生產過程中所必須使用的，而狀態監測技術能夠有效地監測此類電氣設備在運行的過程中是否出現異常的情況，以確保企業整體的穩定運行，對于電力企業來說，各類設備繁多，種類多樣，任何一個設備出現了問題，都會導致大面積的停電，從而為電力企業以及社會帶來巨大的損失。其次，電力設備在日常運行過程中難免會出現磨損、老化、異常等情況，而這些都需要企業投入一定的資金成本，做好檢修的工作，又因為電力供應的特殊性，因此這些電氣設備是一直處于運行的過程中，那么，一旦出現問題，便只能斷電檢修，這對于整體企業來說是一個較大的損失，不僅僅會影響企業的生產效率，并且還會影響社會的生產生活，從而對電力行業的整體發展造成影響。

1 電力系統設備狀態監測的概念

1.1 電力系統設備狀態監測的概念

電力系統設備狀態監測，是指在電力電氣設備整體的運行中，對設備相關內部的數據進行實時有效的監測，通過對數據的進行監測，以此來提取設備可能出現的故障以及出現故障的表現，對于設備整體的運行狀態進行有效監測的一項技術。使用此類監測技術可以對設備的運行狀態進行有效的探測，一旦當設備出現異常時，能夠快速地通知相關人員，對于可能出現的異常問題以及相關的問題隱患進行快速的排查，從而減少電力系統設備在實際運行過程中出現安全事故的情況，為設備穩定、健康地運行提供有效的助力。在對電力設備進行狀態監測的過程中，通過對設備整體或某一關鍵部位的相關特征開發具有特殊用途的設備，并且利用數據采集以及詳細分析的方式，對設備在將來運行時可能出現的狀態進行有效的預測。電力系統設備狀態監測主要是對設備電力系統設備在日常工作中進行檢測與維護，對可能出現的問題進行提前預知，在傳統的電力系統設備檢修的過程當中，總是以計劃周期來進行固定的檢測維修，這種傳統的方式與電力系統設備狀態監測技術相比比較死板，只有在特定的時間才能夠對電氣設備的整體狀態進行檢測維護，排除可能出現的問題，但是在計劃檢修的空余時間中，設備在這個階段也可能會出現其他的隱患問題，一旦在這一間隔內出現了相關問題，那么就會使得電力設備的運轉停滯，從而影響電力設備整體的運行，因此傳統的電力設備檢測技術并無法滿足電力系統整體穩定地運行要求狀態，電力系統設備狀態監測技術剛好能夠滿足這一要求，極大地提高了靈活性，可以說，并沒有任何的計劃周期進行檢測，而是在無時無刻地進行檢測，一旦設備出現了異常的問題，檢測技術能夠快速有效地發出預警，并且對相關人員指出發生問題的設備具體的情況，使用這種監測技術，相關人員可以快速地趕赴問題設備處進行檢修，將這種狀態監測技術應用至電力系統設備中，可以有效地提高設備運行的效率，減少甚至是完全避免設備出現故障停止生產的情況，從而更好地提高電力系統整體穩定、運行，推動電力系統健康穩定的發展。

1.2 監測系統的主要組成

為了實現電力設備實時有效的檢測以及相關故障的預警，最重要的就是要對監測的對象建立一個科學合理的物理模型，并且利用這個物理模型來進一步分析出相對應的特征量，以此為電力設備的故障預警以及檢修提供有效的根據，從整體層面來看，狀態監測系統的主要組成部分可以分為4部分。

（1）傳感器。傳感器在這其中可以將設備所采集的物理量迅速地轉變為電信號，一個靈敏有效的傳感器能夠快速地對設備在實際運行過程中所出現的異常問題進行感知，從而將感知到的情況以瞬時的速度轉化為數據并且傳輸出去。在對傳感器進行選擇的時候需要準確地掌握電力設備狀態監測的相關要求，也就是快速性以及準確性，一般將其放置在在線監測的狀態監測系統中。

（2）數據獲取。主要在狀態監測系統中對傳感器所傳輸的信息進行有效的分析，將電信號進行再一步的處理，以此做好數據的對比。對于物理模型中的數據作為對比的標準，將所獲得的數據進行處理完后，與物理模型中的數據進行對比，獲得在設備運行過程中出現的異常情況。

（3）故障檢測。故障檢測通常是在前兩步運行完畢后，通過狀態監測系統和之前預設的物理模型中的正常數據進行比對，根據所設置的正常范圍以此來得到設備中的數據是否是屬于正常的范圍內，是否存在異常的情況，而這也就是對故障進行檢測，以此來保證數據整體的準確。

（4）故障判斷。故障判斷在整個狀態監測過程中是最后一步，同時也是最重要的一步，通過前三步的數據轉化、收集，數據檢測，對所出現的異常數據進行進一步的處理，一旦發現有潛在隱患的數據時，便迅速地發出相關的警告，并且根據所可能出現故障的不同，發出不同程度的警告信號，這樣可以快速對相關人員作出準確預警，相關人員在對設備檢修前做好相對應的準備，有效提高故障判斷的準確性以及檢修的效率。

這4個組成部分缺一不可，層層遞進，環環緊扣，共同組成了一個有效的電力系統設備狀態監測，如表1所示。

表1 電力系統設備狀態監測的任務、步驟及結果

2 電力系統設備狀態監測的現狀分析

2.1 當前現狀

當前，國內電力系統中對電力設備的狀態監測方式多種多樣，但是隨著當前社會生產以及生活對國內電力的需求不斷加大，電力系統的規模也在不斷地提高，設備也變得更多，在這種情況下，對于電力系統設備狀態整體的監測工作也提出了更高的標準，而這時，如果是仍然采用過去的狀態監測技術，那么針對當前所不斷擴大的電力系統必然無法較好滿足，因此要提高電力系統狀態監測技術的相關研究，來使監測技術不斷提高。在整個電力系統中，對設備進行狀態監測，最重要的就是通過對設備在運行過程中所產生的數據進行對比，以此得到設備是否出現了異常的情況。在傳統對電力系統設備狀態進行監測的過程中，主要是采用計劃性的周期進行巡檢，在當前電力系統設備不斷增多的情況下，規模也在不斷地提升，傳統的狀態監測的手段已經不能夠滿足當前的實際需要，尤其是在進行在對設備進行檢修的過程中，一般只能發現一些表面的問題，對一些安全隱患通常難以發現，只有當潛在隱患變成表面的嚴重問題時，才能夠有所感應。并且在使用傳統的狀態監測過程中，還有一個缺陷，就是需要在停電的狀態下進行，這樣與實際運行過程中所出現的隱患問題就會出現一定的差異，因此，在停電狀態下的結果就很難將設備的實際情況表現出來。

2.2 實際應用

（1）對電力變壓器的狀態進行監測，在對電力變壓器進行狀態監測的過程中，最關鍵的就是對變壓器的各個關鍵部位進行監測，尤其是有載調節器和繞組這兩個部分，作為變壓器中最關鍵同時也最容易出現異常的兩個組成，利用狀態監測的系統對變壓器中這兩部分的參數進行實時有效的監測，能夠快速地發現其組件是否出現了老化異常以及其他的問題，并且一旦當有載調節器出現了電氣或機械方面的問題時，能夠快速地進行預警。對于繞組經常出現的絕緣也能夠做好監控，以此確保電力變壓器保持有效的運轉，對于其運行的實際狀態電流、電壓等做好實施有效的監控。

（2）對發電機的狀態監測，狀態監測技術應用至發電機時，主要對其工作狀態進行檢測，最重要的就是四個關鍵的部分，在發電機中經常出現異常問題主要是電子繞組、轉子體、轉子繞組以及定子鐵芯，并且由于這四方面會出現各類各樣的故障，所導致的原因也各不相同，所涉及的內容也有所不同，所以在對其進行狀態監測的過程中，要根據具體出現故障的原因以及組件具體特性來選擇相對應的檢測方式。例如，在對轉子體進行異常檢測的過程中，由于其產生異常的原因是轉子離心力、大的負序暫態電流以及轉子不同心所導致的，所以在使用相關監測技術的時候，主要就是利用氣息磁密監測技術。再例如，定子鐵心深處經常出現故障，大部分原因是過熱所導致的，因此，在對電子鐵鋅進行檢測的時候，就需要使用熱檢測技術來做好實時的監控。

（3）對感應電動機的狀態監測，在對感應電動機進行狀態監測的時候，最主要的就是檢測定子、轉子、軸承以及氣息四個部分，是在感應電動機中最容易出現故障的部分，針對這四部分不同的情況采取的使用的監測技術主要可以分為振動監測以及電流監測。振動監測在具體的電力系統運行過程中，能夠準確地發現機械所存在的故障隱患，電流監測在實際的使用過程中，因為電流變化較小，由于相關技術的限制，因此并不能夠達到滿意的準確度。但是，隨著當前科技的不斷發展，電流監測技術也有了一定的進步，對感應電動機進行狀態監測的過程中，將模型以及人工智能引入其中，利用大量的數據可以使狀態監測系統準確地將設備中所出現的故障問題反饋出來，提高檢測的準確性。

（4）對高壓斷路器的狀態檢測，在整體的電力系統當中，高壓斷路器可以說在安全方面起著極為重要的作用，因此對其進行的狀態監測更是重中之重。對于高壓斷路器來說，其主要出現故障的原因一方面是機械故障，另一方面是電氣故障，從實際故障的情況統計來看，對于高壓電路器斷路器來說大部分的故障是由機械故障所造成的，所以在對高壓斷路器進行狀態監測技術應用的過程當中，需要著重注意好機械故障的檢測成效。當前，對于高壓斷路器的檢測主要有2個方面，一是機械壽命的在線監測；二是觸頭電壽命監測，其檢測的內容種類多樣，其最終目的都是為了保證高壓斷路器的穩定運行，一旦其出現了相關的異常隱患，能夠快速進行排除，以此來為電力系統整體的安全運行提供有效的保障。其電力系統設備狀態監測在當前的實際應用如圖1所示。

圖1 電力系統設備狀態監測當前的實際應用

3 結語

總的來說，電力系統設備狀態監測技術在電力系統整體的設備運行中發揮了較為重要的作用，能夠有效地幫助電力企業在實際的發電過程中快速地檢測出設備所出現的故障異常情況，并且對電力設備狀態監測技術所得到的異常數據進行有效的分析，從而得出電氣設備出現問題的原因，以此為依據進行進一步的故障排除以及解決。隨著當前計算機、人工智能等方面的快速發展，相信未來，此類先進的技術必然會在電力行業中進一步的應用，深層的融合，使得電力設備狀態監測技術整體朝著智能化、數據化、自動化的方向前進。因此，在當前不僅僅需要做好電力設備狀態監測技術的相關研究工作，對于整體的監測系統進行進一步的完善，同時，還要培養相關的技術人才，不斷地提高從業人員的自身素養，為電力行業整體安全穩定的發展提供更好的保障。