電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷摘要：綜述了電力設(shè)備診斷技術(shù)研究的現(xiàn)狀，包括在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，數(shù)字信號(hào)的遠(yuǎn)程傳送，頻譜分析、相關(guān)性和小波分析等數(shù)據(jù)處理方法，應(yīng)用模糊理論選取有效的故障信號(hào)特征量，應(yīng)用多傳感融合技術(shù)、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(hào)收集受傳感器可靠性、電磁場(chǎng)干擾、設(shè)備靈敏度等因素制約，自適應(yīng)能力不足，統(tǒng)一理論基礎(chǔ)缺乏等問題。最后展望了電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷智能化、數(shù)字化的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷；設(shè)備診斷技術(shù)；模糊理論電力系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷是近10年來(lái)發(fā)展較快的新技術(shù)，具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。在國(guó)內(nèi)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了十幾年，一些廠家已經(jīng)能生產(chǎn)各種檢測(cè)裝置。但是，目前狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的應(yīng)用還不普遍，還存在種種問題，包括一些認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。本文將從電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷內(nèi)容和任務(wù)的討論開始，對(duì)目前存在的問題和未來(lái)的發(fā)展提出看法。1.在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.1狀態(tài)監(jiān)測(cè)的概念在實(shí)際應(yīng)用中，有故障預(yù)報(bào)、故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)等幾個(gè)在內(nèi)容上相近但存在差別的概念。故障預(yù)報(bào)———根據(jù)故障征兆，對(duì)可能發(fā)生故障的時(shí)間、位置和程度進(jìn)行預(yù)測(cè)。故障診斷———根據(jù)故障特征，對(duì)已發(fā)生的故障進(jìn)行定位和對(duì)故障發(fā)展程度進(jìn)行判斷。狀態(tài)監(jiān)測(cè)———對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄、分類和評(píng)估，為設(shè)備維護(hù)、維修提供決策。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)1.2.1信號(hào)采集電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指在設(shè)備使用期內(nèi)連續(xù)不斷檢查和判斷設(shè)備狀態(tài)，預(yù)測(cè)設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)的系統(tǒng)。通常通過設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)量反映設(shè)備運(yùn)行情況，首先獲取診斷對(duì)象的狀態(tài)信息，采集電力設(shè)備的電壓、電流、頻率、局部放電量以及磁力線密度等信號(hào)（包括正常信號(hào)和異常信號(hào)）。針對(duì)不同的電力設(shè)備和任務(wù)要求其狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法也不同。變壓器故障主要由內(nèi)部絕緣老化造成，因而根據(jù)變壓器各種機(jī)械和電氣特性，采用局部放電、油中氣體分析、振動(dòng)分析、極化波譜、恢復(fù)電壓法等方法監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)。交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)發(fā)生故障的類型不同，故趨向于結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析等監(jiān)測(cè)電機(jī)的狀態(tài)。斷路器狀態(tài)的好壞的監(jiān)測(cè)主要采用跳閘輪廓法和振動(dòng)監(jiān)測(cè)法獲得斷路器的狀態(tài)信息。1.2.2數(shù)據(jù)傳送信號(hào)處理系統(tǒng)通常距監(jiān)測(cè)設(shè)備較遠(yuǎn)，因此，數(shù)據(jù)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、預(yù)處理和壓縮打包，再經(jīng)通信路徑傳輸?shù)教幚砜刂浦行?。通信設(shè)備現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力領(lǐng)域，光纖傳輸數(shù)字信號(hào)可較好地抑制干擾，保證信號(hào)質(zhì)量。1.2.3數(shù)據(jù)處理工控?cái)?shù)據(jù)處理中心收到通信線路傳輸來(lái)的狀態(tài)量數(shù)據(jù)包后，利用各種不同數(shù)學(xué)方法對(duì)數(shù)據(jù)解包處理。例如，頻譜分析將時(shí)域連續(xù)時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域不同頻率信號(hào)進(jìn)行分析；在時(shí)域中由2個(gè)信號(hào)之間相關(guān)性采用相關(guān)分析搜索另一個(gè)信號(hào)的處理數(shù)據(jù)；小波分析；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；人工智能。數(shù)字信息技術(shù)和智能技術(shù)應(yīng)用到電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理使電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)更加實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。故障診斷2.1故障信號(hào)特征量的選取信號(hào)處理技術(shù)的任務(wù)是在錯(cuò)綜復(fù)雜的信號(hào)中提取有用的信息量，精化設(shè)備運(yùn)行特征信息，以提高設(shè)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(gè)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(diǎn)問題之一。在識(shí)別運(yùn)行中的電力設(shè)備的故障狀態(tài)和正常狀態(tài)時(shí)，常因特征量選取不恰當(dāng)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(duì)電力設(shè)備故障的多樣性以及一個(gè)故障多種征兆，介紹幾種診斷方法:）利用多傳感技術(shù)和信息融合處理技術(shù)診斷某種故障不同的故障表象。多傳感技術(shù)利用多個(gè)傳感器從多側(cè)面、多角度觀測(cè)同一對(duì)象，即針對(duì)同一故障的多種故障表征，多層次多領(lǐng)域（時(shí)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(shù)是將來(lái)自多傳感器的數(shù)據(jù)按照一定的準(zhǔn)則加以分析和綜合的數(shù)據(jù)處理過程。因同一設(shè)備故障在不同特征空間的不同反映之間存在著內(nèi)在的關(guān)聯(lián)關(guān)系，利用融合技術(shù)“求同去異”可提高電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷的準(zhǔn)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(duì)故障誤差的學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)修正故障特征量。這種診斷方法具有一定的自適應(yīng)能力，適合于具有不確定性和慢時(shí)變性的復(fù)雜對(duì)象的故障診斷。其實(shí)質(zhì)是將每次的故障征兆矢量作為原先驗(yàn)征兆矢量集中的一個(gè)新的先驗(yàn)征兆矢量，并根據(jù)自適應(yīng)算法修正故障特征矢量。故障先驗(yàn)征兆矢量不確定時(shí)，則需要人工判斷第一次故障。）針對(duì)電力設(shè)備的固有特性以及在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)信息量不足導(dǎo)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(hào)與模糊數(shù)學(xué)方法結(jié)合起來(lái)分析故障的隨機(jī)性和模糊性問題。除了上述方法外，還可以結(jié)合人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法診斷故障。故障診斷分析技術(shù)與信息技術(shù)故障診斷分析是分析導(dǎo)致電力設(shè)備發(fā)生故障的物理過程、化學(xué)過程和故障的因果關(guān)系。其步驟為:先對(duì)大量錯(cuò)綜復(fù)雜的設(shè)備狀態(tài)特征量歸納整理、降維等簡(jiǎn)化再采用識(shí)別技術(shù)（如模糊識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)理方法、專家系統(tǒng)等）識(shí)別出故障特征參數(shù)，最后判定故障的性質(zhì)、類別、程度、部位和原因。電力設(shè)備故障診斷技術(shù)趨于數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，通過局域網(wǎng)傳輸設(shè)備診斷信息，甚至遠(yuǎn)程診斷，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷信息的異地傳輸，診斷精度也有所提高。在技術(shù)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(bào)警系統(tǒng)。設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)上傳數(shù)據(jù)可保證信號(hào)的實(shí)時(shí)性。結(jié)語(yǔ)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)目前還未達(dá)到完善、可靠的程度，尚存在以下問題:）信號(hào)收集上受傳感器可靠性和現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾和設(shè)備靈敏度等因素影響；）在并發(fā)診斷能力、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力、大量數(shù)據(jù)的處理、管理能力方面不夠完善；）理論上缺乏系統(tǒng)的知識(shí)體系、概念體系。電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):）電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與前沿性技術(shù)成果緊密結(jié)合，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、電力電子技術(shù)與設(shè)備診斷技術(shù)結(jié)合，使診斷技術(shù)不斷提高。）由以單臺(tái)設(shè)備為目標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)向整體監(jiān)測(cè)延伸。設(shè)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(shè)備，而是同時(shí)考慮整個(gè)電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行以及電力供求關(guān)系的調(diào)整。從設(shè)備附近采集和處理數(shù)據(jù)的分布式多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，可以節(jié)省信號(hào)電纜，降低監(jiān)測(cè)量，提高了監(jiān)測(cè)的可靠性同時(shí)還可以做到資源共享。）設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化的跟蹤。分布式系統(tǒng)的發(fā)展以及通信技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使設(shè)備診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，采集設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)后可遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程協(xié)作診斷。）狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)和集成。如在分布式的監(jiān)控系統(tǒng)中將狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與繼電保護(hù)有機(jī)結(jié)合。隨著傳感器技術(shù)和信息技術(shù)的日益成熟，在智能化理論（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上結(jié)合信號(hào)采集、數(shù)據(jù)分析為主的計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷將進(jìn)入智能化的新時(shí)代。參考文獻(xiàn)：[1]李常喜.電力設(shè)備診斷技術(shù)概論[M].北京:水利電力出版社，1994.[2]陳維榮，宋永華