電力系統設備狀態監測與故障診斷技術分析

周仲軒

【摘 ?要】隨著電力建設的飛速發展，輸電線路主網架的可靠性指標要求日益提高，“提高供電可靠性，確保主網安全運行”是電網發展的根本要求。架空送電線路點多而廣，常年累月運行于荒郊野外，經受著狂風暴雨、雷電、霜霧、冰雪等惡劣環境、自然滅害的侵蝕和考驗，受到鳥類和化上、礦產企業排放物的污染和一些外力破壞，線路跳閘常有發生。本文分析了電力系統的狀態監測的意義，以及狀態監測的關鍵技術和故障診斷的相關問題，以減少因檢修而造成的怠工問題出現。

【關鍵詞】狀態監測;狀態檢修;故障診斷

一、電力系統狀態監測的意義

第一、進行設備運行的歷史檔案的建立，從而使設備運行中所發生的情況中出現的資料和數據得到積累，以備后用。

第二、判斷設備運行狀態的正常與否，并對設備故障的性質和程度進行判斷。判斷的主要依據為以前所建立的歷史檔案，包括設備運行狀態的等級、從前出現此種故障的過程中顯示的特征等。

第三、為了能夠在實施狀態檢修時為檢修工作提供必要的依據，必須評估設備的運行狀態，同時分析這些狀態，分類評估，從而形成一定的評估標準。狀態檢測的評估的主要內容包括：評估設備運行狀態、估計這杯異常狀態、預測設備故障狀態的未來變化。將這些內容都納入評估的體系之中主要為提供一定的條件來進行評估，從而不斷地健全、完善評估監測。

綜上所述，設備的運行資料可以在狀態監測過程中不斷的被積累、完善、健全，突破了過去的管理體制的束縛，并對管理體制進行了完善。因而，筆者認為，在現代電力系統設備管理中，狀態監測系統有著不可忽視的作用。

二、狀態監測的關鍵技術的研究

第一、在信號采集方面

所謂電力設備的在線監測系統，其功能是持續地對設備的狀態進行檢查和判斷，并對設備狀態的發展趨勢進行預測;系統運行的時間為設備的使用期，也就是說，只要設備還在進行使用就必須對其進行監測。

診斷對象的狀態信息的獲取是設備運行狀態量反映設備運行情況中首要完成的任務，信息的內容除了包括電力設備的電壓、電流、頻率、局部放電量外，還包括磁力線的密度情況以及正常信號和故障信號。通常，信號的采集方法會隨著表征設備狀態量的信號的特性的不同而改變。信號采樣主要有以下幾種方法：

1、每次所采集的信號的樣本的長度為處理一個足夠數據所需要的長度，我們將這種采樣稱為一次性采樣。

2、采樣的時間為事先規定的好的，且采樣頻率為一個整定的周期，簡單地說就是定時采樣。

3、自動采樣，采樣發生的時間為隨機的，采樣以故障時信號突變為手段。

4、特殊采樣，采樣方式根據所診斷的故障的要求不同而不同，例如轉速跟蹤采樣、峰值采樣等。

第二、數據傳送

信號處理系統通常距監測設備較遠，因此，數據在傳輸過程中易受干擾、易損失及相移（受環境因素影響較大），需先對數據進行模數轉換、預處理和壓縮打包，再經通信路徑傳輸到處理控制中心。通信設備現已廣泛應用于電力領域，光纖傳輸數字信號可較好地抑制干擾，保證信號質量。

第三、數據處理

工控數據處理中心收到通信線路傳輸來的狀態量數據包后，利用各種不同數學方法對數據解包處理。例如，頻譜分析將時域連續時間信號轉變為頻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據;小波分析;神經網絡;人工智能。數字信息技術和智能技術應用到電力設備監測系統的數據處理使電力設備在線監測更加實時準確。

三、故障診斷的建議

第一、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據按照一定的準則加以分析和綜合的數據處理過程。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關系，利用融合技術“求同去異”可提高電力設備狀態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。

第二、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。

第三、針對電力設備的固有特性以及在線監測狀態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，將狀態信號與模糊數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、神經網絡等方法診斷故障。

四、合理地組織查找線路故障

故障的查找歸根結底還要通過人來完成。但由于事故的突發性決定了召集到的巡視人員的數量和業務素質很難滿足事故巡視的要求，這就牽涉到人員的分上和組織問題。事故巡視前，應將故障數據、分析定性結果、現場情況及巡視重點向全體人員進行詳細的交代，每個巡視人員都要做到心中有數，將業務素質過硬、經驗豐富和細心的分在重點地段。雙人巡線時可以合理搭配，避免因巡視人員的業務素質和經驗的問題漏過故障點;對于惡劣天氣、偏遠僻靜難走等地段應該安排雙人巡視。事故巡視小等同于正常巡視，必須有非常嚴格的紀律作保障。要求巡線人員必須到位而不能因為不能到位而漏過仟何一個可疑點，對于沒有到位人員應進行相應的處罰。

結語

在最近十年的電力系統的發展過程中，設備的狀態監測技術和故障診斷技術作為一個新技術，持續著突飛猛進的發展趨勢。無論是從發展前景方面看還是從應用前景方面看，都呈現著良好的發展勢頭。雖然，在我國這兩個技術的發展的時間也持續了相當一段時間，并且已經有各種檢測裝置投入生產和使用的過程中，然而，還沒有普及對狀態監測和故障診斷技術的使用，并且無論在技術的認識方面還是使用過程中都存在著一些不可忽視的問題。我們應該繼續大力探索研究這項技術，提高電力系統的穩定性和效率。

參考文獻：

[1] 白同群.輸電線路故障的查找[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2009，（05）.

[2] 周永成.如何提高輸電線路故障查找的成功率[J].科技創新導報，2009，（19）.

[3] 孫毅衛.電力系統變電站實時故障診斷技術研究[J].中國高新技術企業，2008，（01）.

[4] 謝云昊.輸電線路故障的查找[J].農村電氣化，2005，（05）.

（作者單位：國網山西省電力公司汾陽市供電公司）