變電站設(shè)備安全運(yùn)行中的診斷技術(shù)

文/吳宏偉 張曉軼

1 診斷技術(shù)在變電站設(shè)備運(yùn)維中的應(yīng)用意義

近年來(lái)，在我國(guó)電力體制改革不斷深化的推動(dòng)下，電力系統(tǒng)的規(guī)模隨之進(jìn)一步擴(kuò)大，各種電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，它的運(yùn)行穩(wěn)定與否直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，為確保變電站可靠運(yùn)行，必須對(duì)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作予以重視。然而，由于變電站內(nèi)的設(shè)備工作環(huán)境比較惡劣，加之需要長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行，從而增大了故障的發(fā)生幾率，如果在運(yùn)維過(guò)程中經(jīng)常進(jìn)行停電檢修，則會(huì)對(duì)正常供電造成影響，為解決這一問(wèn)題，在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)被提出，并在變電站設(shè)備運(yùn)維中得到了推廣應(yīng)用。通過(guò)對(duì)變電站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患問(wèn)題，通過(guò)故障診斷技術(shù)，可以快速找出故障成因，為設(shè)備維護(hù)與檢修提供依據(jù)，由此除了能夠降低變電站設(shè)備的故障發(fā)生幾率，延長(zhǎng)其使用壽命之外，還能提高供電可靠性。由此可見，在變電站設(shè)備運(yùn)行維護(hù)中，對(duì)故障診斷技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 變電站設(shè)備運(yùn)行維護(hù)中診斷技術(shù)的應(yīng)用

從故障診斷技術(shù)的總體應(yīng)用情況上看，相關(guān)的診斷設(shè)備及軟件種類較多，從具體的功能來(lái)看，一種診斷設(shè)備只能針對(duì)某個(gè)故障問(wèn)題，如斷路器故障診斷裝置，該診斷設(shè)備僅能夠?qū)嗦菲鞯母鞣N故障問(wèn)題進(jìn)行診斷，由于診斷設(shè)備的功能單一，而變電站內(nèi)的電氣設(shè)備種類較多，若是為每一種設(shè)備配備一套相應(yīng)的診斷裝置，會(huì)導(dǎo)致成本增大，不利于經(jīng)濟(jì)效益的提高。為增強(qiáng)變電站設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)效率，并降低投資成本，本文提出一種故障診斷專家系統(tǒng)，下面對(duì)該系統(tǒng)在變電站設(shè)備運(yùn)維中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文所提出的故障診斷專家系統(tǒng)依托診斷技術(shù)的相關(guān)理論，以傳感器和數(shù)據(jù)采集技術(shù)為依托，整個(gè)系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

故障專家診斷系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)站內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，建立故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)可以供設(shè)備單獨(dú)的診斷系統(tǒng)使用。由于數(shù)據(jù)是雙向傳輸，所以任意的設(shè)備診斷系統(tǒng)可對(duì)站內(nèi)的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行利用。在變電站中，設(shè)備所處的位置、功能及運(yùn)行情況均不相同，為提高故障診斷效率，在專家系統(tǒng)下設(shè)置了單獨(dú)設(shè)備的診斷系統(tǒng)，診斷過(guò)程的主要依據(jù)來(lái)自于站內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在這一前提下，故障診斷的準(zhǔn)確性得到大幅度提升。

圖1：變電站設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 變壓器故障診斷子系統(tǒng)

針對(duì)變電站內(nèi)最為重要的設(shè)備變壓器，提出故障診斷子系統(tǒng)，具體的建立過(guò)程如下：

（1）從站內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)當(dāng)中選取與變壓器故障有關(guān)的樣本，為確保故障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，在樣本的選取上本著多而全的原則，然后將選好的樣本帶入到預(yù)先建立好的故障樹當(dāng)中，并完成概率統(tǒng)計(jì)，同時(shí)，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果，即概率值作為診斷條件的隸屬度；

（2）對(duì)故障樹進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，據(jù)此構(gòu)建起一個(gè)相對(duì)完善的故障診斷規(guī)則庫(kù)；

（3）確立模糊推理規(guī)則，建立變壓器故障診斷專家子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)變壓器的相關(guān)故障進(jìn)行判斷。

2.2.2 斷路器故障診斷子系統(tǒng)

對(duì)斷路器進(jìn)行故障診斷時(shí)，需要綜合利用相關(guān)信息，斷路器故障診斷子系統(tǒng)的建立過(guò)程如下：

（1）對(duì)站內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中與斷路器振動(dòng)有關(guān)的信息進(jìn)行提取，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)對(duì)斷路器進(jìn)行故障診斷，同時(shí)對(duì)該診斷結(jié)果進(jìn)行編碼，假定被診斷的故障為1，未被診斷的故障為0，由此可以獲得一個(gè)數(shù)列，即[01......0]，在這個(gè)數(shù)列當(dāng)中，第i個(gè)元素是第i種故障由振動(dòng)信號(hào)診斷得出的結(jié)果。對(duì)各種診斷結(jié)果進(jìn)行編碼，可得到一個(gè)初始診斷結(jié)果數(shù)列，即A=[01......0]，用A中各項(xiàng)乘以自身的可信度，便可獲得一個(gè)隸屬度矩陣。

（2）將特征量帶入到專家系統(tǒng)當(dāng)中，便可得出斷路器的故障診斷結(jié)果。

2.2.3 其它設(shè)備的故障診斷

在變電站內(nèi)除了變壓器和斷路器這兩類重要的電氣設(shè)備之外，還存在很多設(shè)備，如母線、避雷器、電容器等等，利用故障專家診斷系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)站內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析，便可對(duì)這些設(shè)備的故障狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷。對(duì)于復(fù)雜程度較高的電氣設(shè)備，如GIS等，可將變壓器子系統(tǒng)作為模板，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行改變，即可作為GIS的故障診斷子系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

本文所提出的故障診斷專家系統(tǒng)具有如下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：因該系統(tǒng)采用的判斷依據(jù)為站內(nèi)的歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而使得系統(tǒng)對(duì)故障的判斷更加精準(zhǔn)；該系統(tǒng)以專家系統(tǒng)為核心，依托變電站內(nèi)現(xiàn)有的硬件設(shè)備，只需要額外配備較少的裝置，由此不但大幅度提升了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，而且不需要投入過(guò)多的成本。

3 結(jié)論

綜上所述，變電站設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，為確保站內(nèi)電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，可對(duì)診斷技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，基于診斷技術(shù)的相關(guān)理論構(gòu)建一套故障診斷專家系統(tǒng)，以此來(lái)對(duì)變電站內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行故障檢測(cè)。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)在故障診斷方面的準(zhǔn)確性較高，具有一定的推廣使用價(jià)值。

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