500kV變電站高壓設備在線監測系統的應用研究

邵偉洲

【摘 要】隨著電力系統和電力市場的發展，傳統變電站高壓設備檢修方式已經不能滿足新時期的需求，本文針對變電站高壓設備狀態檢修技術進行分析探討，并結合智能技術在變電站高壓設備監測系統中的應用作了分析。

【關鍵詞】變電站;高壓設備;在線監測系統設計

1 引言

隨著社會經濟的發展，城鄉電網規模不斷擴大，電網結構日趨復雜，這對保證變電站供電可靠性提出了越來越高的要求。

遠動機作為變電站自動化系統中一個重要的二次設備，其主要功能是在獲取變電站設備的電氣量數據同時，將數據送往遠方的地調、省調等調度自動化系統。如果遠動機運行異常，上送到調度自動化系統的數據和信息真實性無法得到可靠保證，并可能導致調度自動化系統應用模塊的分析和判斷產生錯誤結果，導致調度產生錯誤決策，發出錯誤的控制和運行命令，損害變電站的設備，對變電站安全生產產生危害。

2 變電站高壓設備在線監測系統

在線監測技術是掌握變電設備運行狀態的重要手段。如何研制能夠真實、可靠地反映變電設備絕緣狀態的在線監測系統，20余年來一直是我國電力行業努力追求的方向。近年來，隨著計算機技術為數字測量技術的不斷發展，很多設備的在線監測技術已經逐漸走向成熟。目前，國內外變電設備在線監測系統在市場上包括具有單一監測功能的系統和具有綜合在線監測功能的系統兩類。單一功能的在線監測系統只能實現對一類設備單一或部分絕緣參數的監測功能，如專門用于監測變壓器油的色譜裝置或專門用于監測變壓器的局放裝置。隨著技術的不斷發展，各類單一功能的在線監測系統趨向集成，各種變電設備的 監測單元通過現場總線與上位機主機相連，監測單元負責數據采集、初步分析，并將數據上傳至監控 上位機，主機對數據進一步處理，統一生成圖形、報表，并將數據存人數據庫。

2.1功能設計

變電站高壓設備在線監測系統應包括如下的功能：

2.1.1數據采集功能：能夠在線自動采集氧化鋅避雷器、電容性設備、斷路器及電力變壓器等設備狀態信息，并在系統一次主接線圖上實時顯示各電氣設備的電流、電壓、開關狀態和頻率等各種狀態信息;

2.1.2狀態診斷功能：根據采集到的高壓設備狀態信息，采用基于多信息融合技術（專家系統，遺傳算法，神經網絡，決策樹，聚類分析，關聯規則等）的綜合故障診斷模型，對設備的工作狀態做出判斷，并評估出設備的剩余壽命;

2.1.3決策支持功能：對可能發生的故障進行預報，對正在發生故障進行分析，對已經發生的故障進行判斷，指出故障發生前的征兆、發生時的后果及發生后的措施總結，提出相關的預防故障發生、控制故障發展和消除故障的措施;

2.1.4報警功能：監測到參數出現異常時，如超過極限值、保護動作，產生聲光報警;

2.1.5數據管理：提供包括避雷器、互感器、斷路器、變壓器等設備的狀態信息，提供系統設置（整定值輸入和修改），手工錄入實驗數據的功能，在線監測系統采用瀏覽器方式實現，查詢設備相關數據和設備工作狀態，并可對設備數據進行分析、計算和判斷。

2.2系統結構設計

系統采用先進的分層分布式系統結構，通過安裝在變電站內部的采集裝置采集主要高壓設備的狀態信息，通過網絡傳送到上級系統，便于及時方便地了解并掌握變電設備的健康狀態，系統包括幾個方面：變壓器狀態監測，斷路器監測，容性設備監測和避雷器監測。

2.3軟件設計

系統軟件是在Windows xp下采用了 Visual c++6.0 程序編程進行開發，診斷數據來源是歷史數據與在線數據，通過對歷史數據進行數據挖掘，挖掘出各種關聯關系、聚類關系和決策樹規則，然后再利用這些規則對在線采集數據（各個保護測量單元的模擬量、開關量、保護動作、電度量等信息）進行綜合分析判斷，從而準確評估了變電站設備的運行狀況。為了完成監測及診斷任務，系統軟件分為主控程序、通信服務程序、數據采集程序、數據庫處理程序、分析判斷程序等幾部分，其中主控程序與數據庫、系統硬件及上級調度通訊進行通信，實現對高壓電氣設備的巡檢任務，完成現場信號采集任務，并把站內的各種裝置所提供的數據信息，按照需要歸整成 CDT 規約的通訊報文，在上級調度需要時上傳，通過設置監測警戒值，采用神經網絡結合專家系統和模糊理論判斷故障類型，一旦監測到設備的數據超過警戒值時，程序立即通過聲光報警的形式通知值班人員及時處理;Visual C++利用ODBC 提供的接口訪問后臺數據庫，后臺數據庫包括監測診斷數據庫及輔助數據庫，監測診斷數據庫用來存放監測診斷結果，方便查詢和制定檢修策略，輔助數據庫用來存放高壓設備的通用參數以及下位機的各監測參數（如：設備的名稱、型號，報警限值等）;服務程序包括實現數據庫的維護管理（查詢、播入、刪除、修改、權限控制等），波形打印等功能，通過使用 VC 語言控制 Excel 完成數據從SQL Server數據庫讀取到 ExceL，完成波形打印功能;分析程序主要是以傅立葉變換為數學基礎，對所采集的數字化波形按照監測結果要求進行波形處理，根據設置的各參數標準，分析診斷出結果并傳輸給主控程序，在 VC 中采用樹形控件存放各層次需要監測的參量，層次清晰，現對一次設備狀態的顯示，實時曲線和歷史曲線的顯示，方便所轉換需監測參數，各參數實時變化情況，達到了在線監測的目的。

3 故障診斷

在線監測的目的是為了故障診斷，將綜合智能技術應用到變電站高壓設備檢測中，其主要包括4個層次。

3.1在線數據的預處理：由于現場數據在采集過程中，收到外部干擾，比如：電磁干擾，強噪聲干擾等，使得數據存在虛假點，因此，必須剔除虛假點，常用剔除虛假點的方法有：53H法和一階差分法，系統利用53H法結合曲線擬合法剔除虛假點。

3.2征兆集的提?。簩φ髡准M行提取，常見的方法有時間序列分析法，概率統計法，相對比較法和趨勢分析法，綜合考慮到數據的隨機誤差和動態特性的影響，采用了時間序列分析法和相對比較法。

3.3故障類型的確定：常見的方法有自適應神經網絡、節約覆蓋集理論和模糊數學，由于在故障診斷中同時存隨機性和模糊性，使用自適應神經網絡解決這個難題;

3.4決策層：決策層是故障診斷的最底層，利用基于Web的故障診斷專家系統進行故障診斷，根據診斷結果，采用所掌握的關于設備的知識和經驗進行推理判斷，判斷電力設備是否能繼續正常運行，從經濟效益角度考慮檢修時間和周期等。

4 結束語

綜上所述，隨著我國電力系統的快速發展，電力運行安全性問題也逐漸引起了人們的關注，特別是將現代化的電子信息技術應用于變電站設備在線監測過程以后，能夠為變電站設備的安全運行奠定良好的基礎。目前變電站設備在線監測已經越來越向著數字化、智能化、自動化的方向發展。

參考文獻：

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（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）