電力設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

電力設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷摘要：綜述了電力設備診斷技術研究的現(xiàn)狀，包括在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據采集，數(shù)字信號的遠程傳送，頻譜分析、相關性和小波分析等數(shù)據處理方法，應用模糊理論選取有效的故障信號特征量，應用多傳感融合技術、特征空間矢量、最大隸屬度原則等分析方法診斷故障。指出故障診斷存在信號收集受傳感器可靠性、電磁場干擾、設備靈敏度等因素制約，自適應能力不足，統(tǒng)一理論基礎缺乏等問題。最后展望了電力設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷智能化、數(shù)字化的發(fā)展方向。關鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷；設備診斷技術；模糊理論電力系統(tǒng)設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是近10年來發(fā)展較快的新技術，具有良好的發(fā)展和應用前景。在國內，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術已經發(fā)展了十幾年，一些廠家已經能生產各種檢測裝置。但是，目前狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的應用還不普遍，還存在種種問題，包括一些認識上的誤區(qū)。本文將從電力系統(tǒng)設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷內容和任務的討論開始，對目前存在的問題和未來的發(fā)展提出看法。1.在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)1.1狀態(tài)監(jiān)測的概念在實際應用中，有故障預報、故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測等幾個在內容上相近但存在差別的概念。故障預報———根據故障征兆，對可能發(fā)生故障的時間、位置和程度進行預測。故障診斷———根據故障特征，對已發(fā)生的故障進行定位和對故障發(fā)展程度進行判斷。狀態(tài)監(jiān)測———對設備的運行狀態(tài)進行記錄、分類和評估，為設備維護、維修提供決策。狀態(tài)監(jiān)測的關鍵技術1.2.1信號采集電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)是指在設備使用期內連續(xù)不斷檢查和判斷設備狀態(tài)，預測設備狀態(tài)發(fā)展趨勢的系統(tǒng)。通常通過設備運行狀態(tài)量反映設備運行情況，首先獲取診斷對象的狀態(tài)信息，采集電力設備的電壓、電流、頻率、局部放電量以及磁力線密度等信號（包括正常信號和異常信號）。針對不同的電力設備和任務要求其狀態(tài)監(jiān)測方法也不同。變壓器故障主要由內部絕緣老化造成，因而根據變壓器各種機械和電氣特性，采用局部放電、油中氣體分析、振動分析、極化波譜、恢復電壓法等方法監(jiān)測其運行狀態(tài)。交流旋轉電機發(fā)生故障的類型不同，故趨向于結合神經網絡、小波分析等監(jiān)測電機的狀態(tài)。斷路器狀態(tài)的好壞的監(jiān)測主要采用跳閘輪廓法和振動監(jiān)測法獲得斷路器的狀態(tài)信息。1.2.2數(shù)據傳送信號處理系統(tǒng)通常距監(jiān)測設備較遠，因此，數(shù)據在傳輸過程中易受干擾、易損失及相移（受環(huán)境因素影響較大），需先對數(shù)據進行模數(shù)轉換、預處理和壓縮打包，再經通信路徑傳輸?shù)教幚砜刂浦行?。通信設備現(xiàn)已廣泛應用于電力領域，光纖傳輸數(shù)字信號可較好地抑制干擾，保證信號質量。1.2.3數(shù)據處理工控數(shù)據處理中心收到通信線路傳輸來的狀態(tài)量數(shù)據包后，利用各種不同數(shù)學方法對數(shù)據解包處理。例如，頻譜分析將時域連續(xù)時間信號轉變?yōu)轭l域不同頻率信號進行分析；在時域中由2個信號之間相關性采用相關分析搜索另一個信號的處理數(shù)據；小波分析；神經網絡；人工智能。數(shù)字信息技術和智能技術應用到電力設備監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據處理使電力設備在線監(jiān)測更加實時準確。故障診斷2.1故障信號特征量的選取信號處理技術的任務是在錯綜復雜的信號中提取有用的信息量，精化設備運行特征信息，以提高設備診斷的靈敏度。因一種故障常由若干故障特征量反映，而一個故障特征量又可能源于多種故障狀態(tài)，故障特征量的選取及提取是故障診斷中難點問題之一。在識別運行中的電力設備的故障狀態(tài)和正常狀態(tài)時，常因特征量選取不恰當而出現(xiàn)誤診或漏診，誤判的主要原因是正常狀態(tài)和故障狀態(tài)的特征參量存在交疊區(qū)域，即故障特征量存在著模糊性。所以需選取有代表性、有效的故障特征參量。故障診斷針對電力設備故障的多樣性以及一個故障多種征兆，介紹幾種診斷方法:）利用多傳感技術和信息融合處理技術診斷某種故障不同的故障表象。多傳感技術利用多個傳感器從多側面、多角度觀測同一對象，即針對同一故障的多種故障表征，多層次多領域（時域、空間域、頻域）采集不同的特征量，選擇故障反映靈敏度高的狀態(tài)信息量，從而較全面的分析診斷故障。信息融合技術是將來自多傳感器的數(shù)據按照一定的準則加以分析和綜合的數(shù)據處理過程。因同一設備故障在不同特征空間的不同反映之間存在著內在的關聯(lián)關系，利用融合技術“求同去異”可提高電力設備狀態(tài)檢測和故障診斷的準確性。但信息融合基本理論尚不完善，該診斷方法還有待研究。）基于特征空間矢量的故障診斷方法，可通過對故障誤差的學習實時修正故障特征量。這種診斷方法具有一定的自適應能力，適合于具有不確定性和慢時變性的復雜對象的故障診斷。其實質是將每次的故障征兆矢量作為原先驗征兆矢量集中的一個新的先驗征兆矢量，并根據自適應算法修正故障特征矢量。故障先驗征兆矢量不確定時，則需要人工判斷第一次故障。）針對電力設備的固有特性以及在線監(jiān)測狀態(tài)信息量不足導致的不確定性，可考慮采用模糊理論中的最大隸屬度原則診斷故障原因，判斷故障類型，將狀態(tài)信號與模糊數(shù)學方法結合起來分析故障的隨機性和模糊性問題。除了上述方法外，還可以結合人工智能、專家系統(tǒng)、神經網絡等方法診斷故障。故障診斷分析技術與信息技術故障診斷分析是分析導致電力設備發(fā)生故障的物理過程、化學過程和故障的因果關系。其步驟為:先對大量錯綜復雜的設備狀態(tài)特征量歸納整理、降維等簡化再采用識別技術（如模糊識別、神經網絡、數(shù)理方法、專家系統(tǒng)等）識別出故障特征參數(shù)，最后判定故障的性質、類別、程度、部位和原因。電力設備故障診斷技術趨于數(shù)字化和網絡化，通過局域網傳輸設備診斷信息，甚至遠程診斷，實現(xiàn)設備狀態(tài)檢測和故障診斷信息的異地傳輸，診斷精度也有所提高。在技術裝備上也出現(xiàn)了虛擬診斷儀器。有的診斷系統(tǒng)還在客戶端安裝報警系統(tǒng)。設備通過網絡及時上傳數(shù)據可保證信號的實時性。結語狀態(tài)在線監(jiān)測目前還未達到完善、可靠的程度，尚存在以下問題:）信號收集上受傳感器可靠性和現(xiàn)場電磁干擾和設備靈敏度等因素影響；）在并發(fā)診斷能力、自學習和自適應能力、大量數(shù)據的處理、管理能力方面不夠完善；）理論上缺乏系統(tǒng)的知識體系、概念體系。電力設備在線監(jiān)測與診斷技術發(fā)展趨勢:）電力系統(tǒng)監(jiān)測與前沿性技術成果緊密結合，將計算機技術、通信技術、人工智能技術、電力電子技術與設備診斷技術結合，使診斷技術不斷提高。）由以單臺設備為目標的在線監(jiān)測向整體監(jiān)測延伸。設備的狀態(tài)由多種參數(shù)綜合決定，故障維修不再局限某一設備，而是同時考慮整個電網設備的運行以及電力供求關系的調整。從設備附近采集和處理數(shù)據的分布式多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)與集中式監(jiān)測系統(tǒng)相比，可以節(jié)省信號電纜，降低監(jiān)測量，提高了監(jiān)測的可靠性同時還可以做到資源共享。）設備狀態(tài)的遠程監(jiān)測和網絡化的跟蹤。分布式系統(tǒng)的發(fā)展以及通信技術在電力系統(tǒng)的廣泛應用，使設備診斷技術與計算機網絡技術結合，采集設備的狀態(tài)參數(shù)后可遠程傳送數(shù)據，遠程協(xié)作診斷。）狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)網和集成。如在分布式的監(jiān)控系統(tǒng)中將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與繼電保護有機結合。隨著傳感器技術和信息技術的日益成熟，在智能化理論（如神經網絡和專家系統(tǒng)）的基礎上結合信號采集、數(shù)據分析為主的計算機輔助監(jiān)測和診斷技術，電力設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷將進入智能化的新時代。參考文獻：[1]李常喜.電力設備診斷技術概論[M].北京:水利電力出版社，1994.[2]陳維榮，宋永華