電力系統設備狀態監測與故障診斷技術

江蘇潤和智融科技有限公司 姚 剛

通過對電力設備狀態進行監測和科學合理的診斷，可以降低相關設備的運行與維護成本，使整個系統的運行更加安全。本文對電力設備狀態監測和相關的故障診斷的實際應用情況進行了闡述。

在對整個電力系統進行監測和故障診斷的過程中，對于具體設備和系統的綜合分析與常規測試都十分重要，有效保障這兩點就可以及時的消除相關的安全隱患，使電力系統可以穩定運行。另外，可以通過引入計算機技術、信息技術與人工智能技術，以便更好地對檢測到的故障進行具體判斷，分析其影響因素和可能造成的事故結果，尋找故障原因之間的內在規律，探索更加有效的故障診斷技術與狀態監測系統。

1 狀態監測與故障診斷的必要性

為了保證電力系統安全運行，需要對整個系統的設備狀態進行嚴密的監測并需要擁有良好的故障診斷技術。在電力設備的具體運行過程中，難以避免的會由于各種外部因素和內部因素的影響出現相關故障；同時，由于電力系統的長期運行，建設材料難以避免的會由于電熱氣候等原因出現老化，一旦電力系統發生故障，有可能造成的后果就是區域性的停電，嚴重時甚至有可能引起大規模停電，造成非常重大的損失。為了避免相關故障的發生，電力企業必須能夠有效地對整體設備和相關系統進行狀態監測，同時對可能發生的故障進行正確診斷。

按照傳統的檢測方式，相關工作人員需要對整個電力系統的裝置及運行狀態數據進行記錄，對相關參數進行控制，分析采集得到的數據與狀態進行評估，最后得到檢驗結果。整個狀態監測與故障分析的基本步驟都是首先進行數據采集與分析，根據分析的結果進行設備的特征提取，完成對整體狀態的評估。通過這些步驟，可以有效地對整個系統運行數據進行收集和資料積累；通過詳細的數據記錄，建立起科學的分析模板，可以及時發現并處理可能存在的問題，確保整個系統的安全運行，防止故障發生；最后，通過相關的監測與控制，完成對設備的測評和結果的有效分析，達到預測系統出現工作異常的目的。

2 狀態監測

2.1 狀態檢測具體應用

狀態監測主要適用于對電力系統主設備運行狀況的檢測，眾多絕緣故障、機械故障等一系列故障的發生機理還未能研究明確，要保證對主設備故障的有效監測是有一定技術難度的。相比較在線監測而言，通過人工打開主設備機蓋進行檢修是具有更好的定位性，更容易明確故障發生的位置與原因。

根據狀態監測獲得和積累到的原始數據，可以實現對設備運行狀態進行分類管理。運用新技術改變原有的管理方式，對存在故障隱患的設備進行及時的檢修，同時還可以減少人力物力的浪費，降低了管理維修成本，也保證了設備運行的安全性。

2.2 在線狀態監測核心技術

在進行在線狀態監測的過程中，主要包括三個方面的技術即信號收集、數據傳輸和信息處理，通過對這三項技術不斷的革新，達到有效監測整個電力系統的最終目的。

進行狀態監測的第一步，就是對整個系統運行過程中的各類信號和數據進行有效完善的收集。在整個電力系統的監測過程中，主要收集的數據包括電流電壓頻率、局部放電量、磁感線密度信號等方面。目前來說，常用的收集方法包括定時抽樣和一次性采樣。

當前信息化技術發展飛速，并且在電力系統領域得到廣泛的應用，通過光纜和數字信號可以排除其他干擾，可以迅捷的獲得到真實的信息。

在有效采集數據之后，還需要進行數據的傳輸，但實際上在數據傳輸的過程中極易受到周圍環境的干擾。由于具體的傳輸時間和距離要求不同，可以通過對相關信號進行壓縮處理再進行傳輸，提高傳輸速率，增強數據傳輸的實時性。由于無線信息傳輸技術的發展，其已經可以進行大數據的迅速傳遞，通過不斷優化相關數據傳輸技術，縮短了數據傳輸的時間，提高了檢測系統工作的可靠性。

在進行數據收集和數據傳輸之后，還需要保證數據得到正確的處理。在數據處理中心接收到相關設備的狀態數據后，運用合理的數據處理方式進行狀態量分析和數據信號轉換，采集而來的數字信號可以轉化為多種形式，增強了數據的可讀性，也增加了設備監測的精確性。運用相關智能技術和大數據技術，可以達到自動對數據信號進行處理和比對，優化了整個監測數據處理流程，使得數據處理過程更加的標準化和規范化。

3 故障診斷

狀態監測與故障診斷在內容上是十分相近的，都需要對設備工作數據進行相關的收集與分析，尋找其可能存在的故障問題。但是狀態監測與故障診斷仍存在一定區別，故障診斷要求能夠對已經發生的故障進行有效的定位分析和判斷，分析故障發生的程度和可能帶來的后果；狀態監測則是對設備運行狀態數據進行詳細記錄，建立數據庫，對收集到的數據進行分類和評估，運用這些數據為設備日常維護和故障檢修工作提供經驗和資料。

4 狀態監測與故障診斷的工業實際應用

4.1 設備故障及特點

在整個電力系統中，設備中的故障類型十分多樣，因此需要采取的狀態監測方法存在一定的差異。

根據具體故障發展速度的快慢，可以將故障分為瞬變故障和緩變故障。

緩變故障的發生發展相對較為緩慢，絕緣故障、冷卻系統故障和機械故障等都屬于緩變故障類型。對于這類故障，可以通過監測和診斷對故障征兆進行有效的發現和定位，了解故障發展的速度和當前的故障程度，采取相關有效措施，防止故障繼續擴大。廣電故障是監測和診斷系統最主要的監控對象。瞬變故障的發展時間很短，要求繼電保護裝置必須在10ms～20ms之間的時間段內，對這類故障進行迅速處理，防止損失繼續擴大和發展。這類故障主要依靠繼電保護減少危害，其有可能是由緩變故障發展而來，但單純依靠監測和診斷技術，并不能完全避免這類故障帶來的損失及影響。

4.2 絕緣故障

絕緣故障是電力系統中最常見的故障之一，眾多的故障產生都是與絕緣有著直接或間接的關系，絕緣的壽命對于設備的使用情況是非常關鍵的，表現在多個用電參數上，包括受力、受熱、噪聲等眾多方面。該種故障發生與原有絕緣結構的設計布置、周圍環境氣候變化情況都有重要關系，具體的形成原因十分復雜多樣。由于電力系統線路的復雜性，要對設備出現的絕緣故障進行有效快速的定位，本身就存在較大困難，運用局部發油由色譜分析和超聲檢測等重要技術，可以達到對絕緣故障進行監測的目的，但相關技術仍需不斷改進。

5 計算機技術與狀態監測系統的結合

目前來說傳感技術、信息技術和數據庫分析技術已經成為了狀態監測的關鍵技術支撐。

將傳感器通過局域網進行有效連接，建立線上數據庫和分析系統，可以達到對整個電力系統進行狀態監測，協助故障診斷的進行。不斷發展的傳感器技術，可以對電信號溫度變化、聲音信號和振動等具體情況進行收集，并將其轉化為電信號進行更好的傳輸，傳感器的靈敏度和精度對整個監測工作而言是非常重要的。傳感器的主要設備結構如圖1所示。

圖1 傳感器的主要設備結構

運用數據庫可以達到對數據的有效分析和提取的目的，其包括的幾個主要環節如圖2所示。

圖2 數據庫分析主要環節

結束語：對電力系統進行故障診斷和狀態監測，本身技術要求較高，操作內容繁雜，而其診斷與監測結果對于電力系統能否安全穩定的工作是非常關鍵的。同時，對電力系統的故障診斷技術也需要不斷的提升。目前而言，傳感器技術、計算機技術、信息技術和數據庫分析技術都得到了較大的發展，國內的變電站和發電廠已經能夠進行狀態監測，同時擁有了較為完善的故障診斷體系。