電力系統(tǒng)故障

電力系統(tǒng)故障設(shè)備不能按照預(yù)期的指標(biāo)進(jìn)行工作的一種狀態(tài)01電力背景故障特征排除方法產(chǎn)生原因常見問(wèn)題處理過(guò)程目錄030502040607處理原則發(fā)展現(xiàn)狀未來(lái)展望分析方法人工智能目錄0901108010基本信息電力系統(tǒng)故障是指設(shè)備不能按照預(yù)期的指標(biāo)進(jìn)行工作的一種狀態(tài)，也就是說(shuō)設(shè)備未達(dá)到其應(yīng)該達(dá)到的功能，其故障有以下幾種：發(fā)電機(jī)組故障、輸電線路故障、變電所故障、母線故障等。電力背景電力背景電力是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是重要的支柱產(chǎn)業(yè)。它與國(guó)家的興盛和人民的安康有著密切的關(guān)系，因此，電力系統(tǒng)必須是安全可靠的。

電的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步都對(duì)電的運(yùn)行提出了更高的要求，加強(qiáng)對(duì)電故障的診斷處理顯得尤為重要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、絡(luò)技術(shù)等的發(fā)展，采用更為先進(jìn)的智能技術(shù)來(lái)改善故障診斷系統(tǒng)的性能，具有重要的研究?jī)r(jià)值和實(shí)際意義。

產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、變壓器、母線、輸配電線路及用電設(shè)備組成。各電氣元件及系統(tǒng)通常處于正常運(yùn)行狀態(tài)，但也可能出現(xiàn)故障或異常運(yùn)行狀態(tài)。隨著電力系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，故障產(chǎn)生不可避免。而在整個(gè)電力生產(chǎn)過(guò)程中，最常發(fā)生、危險(xiǎn)最嚴(yán)重的故障是短路故障。短路故障發(fā)生的原因有電氣設(shè)備絕緣材料老化或機(jī)械損傷，雷擊引起過(guò)電壓,自然災(zāi)害引起桿塔倒地或斷線，鳥獸跨接導(dǎo)線引起短路、運(yùn)行人員誤操作等，給電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來(lái)了一些新的問(wèn)題。

故障特征故障特征電力系統(tǒng)故障特征指反映故障征兆的信號(hào)經(jīng)過(guò)加工處理后所得的反映設(shè)備與系統(tǒng)的故障種類、部位與程度的綜合量。電力系統(tǒng)故障的基本特征有:①電流增大，即連接短路點(diǎn)與電源的電氣設(shè)備中的電流增大。②電壓下降，即故障點(diǎn)四周電氣設(shè)備上的電壓降低，而且距故障點(diǎn)的電氣距離越近，電壓下降越嚴(yán)重,甚至降為零。③線路始端電壓，電流間的相位差將發(fā)生變化。④線路始端電壓與電流間的比值，即測(cè)量阻抗將發(fā)生變化。

常見問(wèn)題常見問(wèn)題發(fā)電機(jī)組故障發(fā)電機(jī)組故障包括空載電壓太低或太高、穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率差、電壓表無(wú)指示、振動(dòng)大等。輸電線路故障輸電線路是電的基本組成部分，由于其分布范圍廣，常面臨各種復(fù)雜地理環(huán)境和氣候環(huán)境的影響，當(dāng)不利環(huán)境條件導(dǎo)致線路運(yùn)行故障時(shí)，就會(huì)直接影響線路的安全可靠運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐纱竺娣e停電事故。輸電線路的故障主要有雷擊跳閘故障、外力破壞故障、鳥害故障、線路覆冰及導(dǎo)線的斷股、損傷和閃絡(luò)燒傷故障等。變電所故障變電所是電力系統(tǒng)中對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換電壓、功率和匯集、分配電能的場(chǎng)所。變電所中有著不同電壓的配電裝置，電力變壓器，控制、保護(hù)、測(cè)量、信號(hào)和通信設(shè)施，以及二次回路電源等。按其用途可分為電力變電所和牽引變電所(電氣鐵路和電車用)。電力變電所又分為輸電變電所、配電變電所和變頻所。這些變電所按電壓等級(jí)又可分以為中壓變電所(60kV及以下)、高壓變電所(110～220kV)、超高壓變電所(330～765kV)和特高壓變電所(1000kV及以上)。按其在電力系統(tǒng)中的地位可分為樞紐變電所、中間變電所和終端變電所。變電所故障主要有下面四種：①直流系統(tǒng)接地及故障；②電容器的故障；③斷路器故障；④避雷器的故障。排除方法排除方法變電運(yùn)行是否正常關(guān)乎整個(gè)電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，但由于設(shè)備數(shù)量多且運(yùn)行復(fù)雜，導(dǎo)致了變電故障的頻繁發(fā)生，也給設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)工作造成了困難，及時(shí)排除故障可以保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。直流系統(tǒng)的接地故障直流系統(tǒng)的接地故障是電力系統(tǒng)在運(yùn)行中最容易遇見的故障類型，該故障多是由二次線磨損、絕緣老化、雨水侵入等原因造成直流極性端的對(duì)地絕緣性能降低而引發(fā)的。直流系統(tǒng)的接地故障一經(jīng)產(chǎn)生，變電工作人員必須立即停止站內(nèi)的二次回路、設(shè)備檢修等相關(guān)工作，并判明接地極性，再檢查系統(tǒng)的控制回路、信號(hào)回路、整流裝置等，及時(shí)排除故障。對(duì)直流系統(tǒng)的接地故障進(jìn)行查找，一般都是采用的拉路法。查找過(guò)程中，變電運(yùn)行工作人員應(yīng)該沉著冷靜，分清主次，根據(jù)先檢查信號(hào)照明后檢查操作保護(hù)的順序進(jìn)行，并堅(jiān)持先室外后室內(nèi)的原則，依照程序，逐步縮小排查范圍，直至確定故障所在。如果故障排查涉及到調(diào)度所轄的設(shè)備，要先跟調(diào)度匯報(bào)，經(jīng)當(dāng)班的調(diào)度員同意后方可開展工作。另外，在查找故障時(shí)，如果有取下熔斷器的必要，要嚴(yán)格按先拔正極熔斷器，再拔負(fù)極熔斷器這一順序進(jìn)行，恢復(fù)順序則恰恰相反。這樣做能夠防止寄生回路的影響，避免誤動(dòng)保護(hù)裝置而造成停電范圍的擴(kuò)大。處理過(guò)程處理過(guò)程電力系統(tǒng)故障處理過(guò)程就是從系統(tǒng)中確定分析的故障區(qū)域，盡可能地縮小范圍。然后，從被分析區(qū)域的某些檢測(cè)量中得到故障征兆信息，經(jīng)過(guò)對(duì)這些前期信息進(jìn)行分析處理，根據(jù)保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)，判斷故障發(fā)生的具體位置，進(jìn)而將故障元件與非故障絡(luò)進(jìn)行隔離，再采用實(shí)時(shí)結(jié)線的方法來(lái)識(shí)別故障前后的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，之后找出這兩個(gè)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的差異，便可以識(shí)別出故障發(fā)生區(qū)域的一些簡(jiǎn)單故障，甚至可以直接識(shí)別出發(fā)生故障的元件。處理原則處理原則①當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，當(dāng)值人員要迅速、準(zhǔn)確查明情況并快速做出記錄，報(bào)告上級(jí)和有關(guān)負(fù)責(zé)人員，迅速正確地執(zhí)行調(diào)度命令及運(yùn)行負(fù)責(zé)人的指示,按照有關(guān)規(guī)程規(guī)定正確處理；②迅速限制事故發(fā)展，消除根源，并解除事故對(duì)人身和設(shè)備的威脅；③用一切可能的方法讓設(shè)備能繼續(xù)運(yùn)行，以保證用戶和線路的供電正常；④對(duì)故障事故進(jìn)行分析時(shí)只允許與事故處理有關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)和工作人員留在控制室，在處理事故過(guò)程中要保持清醒的頭腦，應(yīng)當(dāng)隨時(shí)與上級(jí)調(diào)度保持緊密，隨時(shí)執(zhí)行命令。當(dāng)事故告一段落時(shí)，應(yīng)迅速向有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，事故處理完畢后，進(jìn)行總結(jié)，應(yīng)記錄事故發(fā)生的原因，處理過(guò)程及處理結(jié)果。經(jīng)常對(duì)職工進(jìn)行安全教育，提高值班人員處理事故的素質(zhì)。

分析方法分析方法電力系統(tǒng)是由生產(chǎn)、輸送、分配和消費(fèi)電能的發(fā)電機(jī)、變壓器、線路和用戶組成的，是將一次能源轉(zhuǎn)換成電能并輸送與分配至各用戶的一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)。由于電力系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中及人民生活中占著重要地位，因此電力系統(tǒng)故障分析方法的研究一直備受人們的重視。一般電力系統(tǒng)故障分析方法有以下三種:1)專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存貯，然后傳送到診斷運(yùn)行中心,在這里由專家系統(tǒng)進(jìn)行處理、分析和診斷,最后將診斷結(jié)果和處理建議自動(dòng)地反饋回運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)。具有知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)兩個(gè)主要的組成要素。其軟件具有相當(dāng)于某個(gè)專門領(lǐng)域的專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)水平,模擬專家的決策過(guò)程,以解決那些需要專家才能決策的復(fù)雜問(wèn)題。專家系統(tǒng)可以分為:基本規(guī)則系統(tǒng)、基本模型系統(tǒng)和基本邏輯系統(tǒng)等三種類型。2)人工神經(jīng)絡(luò)是模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)傳輸、處理信息過(guò)程的一種人工智能技術(shù)，是通過(guò)對(duì)樣本的學(xué)習(xí)獲得的,是采用神經(jīng)元實(shí)現(xiàn)變電站故障分析的方法及它們之間的有向權(quán)重連接來(lái)隱含處理問(wèn)題的知識(shí)。具有學(xué)習(xí)與自我能力；容錯(cuò)能力比較強(qiáng);神經(jīng)元之間的計(jì)算具有相對(duì)獨(dú)立性,便于并行處理。3)遺傳算法是一種新發(fā)展起來(lái)的優(yōu)化算法，它已經(jīng)成為人們用來(lái)解決高度復(fù)雜問(wèn)題的一個(gè)新思路和新方法。它模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進(jìn)化過(guò)程的進(jìn)化規(guī)則，對(duì)包含可能解得群體進(jìn)行基于遺傳學(xué)的操作,不斷生產(chǎn)新的群體并使群體不斷進(jìn)化，同時(shí)以全局并行搜索優(yōu)化群體中的最優(yōu)個(gè)體以求得到滿足要求的最優(yōu)解。發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀美國(guó)是對(duì)故障診斷技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究最早的國(guó)家之一，1961年美國(guó)開始執(zhí)行阿波羅計(jì)劃后，出現(xiàn)了一系列設(shè)備故障，促使美國(guó)航天局和美國(guó)海軍積極開展故障診斷研究。美國(guó)在航空、航天、核工業(yè)以及軍事部門中診斷技術(shù)占有領(lǐng)先地位，英國(guó)在汽車和飛機(jī)工業(yè)、發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)和診斷方面具領(lǐng)先地位，日本在鋼鐵、化工和鐵路等行業(yè)的診斷技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。據(jù)日本統(tǒng)計(jì)，在采用診斷技術(shù)后，事故率減少了75%左右，維修費(fèi)降低了25%~50%；英國(guó)對(duì)2000個(gè)大型工廠的調(diào)查表明，采用診斷技術(shù)后每年節(jié)省維修費(fèi)3億英鎊，而用于診斷技術(shù)的費(fèi)用僅為0.5億英鎊。隨著設(shè)備與系統(tǒng)的復(fù)雜程度的增加，故障診斷的成本也不斷增加，促使人們開始轉(zhuǎn)向?qū)で蟾摺爸悄堋钡墓收显\斷。智能故障診斷是相對(duì)于傳統(tǒng)的故障診斷而言的。傳統(tǒng)的故障診斷方法可分為基于信號(hào)處理的方法和基于數(shù)學(xué)模型的方法兩類，需要人工進(jìn)行信息處理和判斷分析，沒(méi)有自學(xué)習(xí)能力。智能故障診斷是融合了人工智能技術(shù)的新方法，對(duì)故障信息有初步的自動(dòng)分析和學(xué)習(xí)能力。智能故障診斷是故障診斷技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的新里程碑。1956年人工智能學(xué)科正式誕生，1965年出現(xiàn)了專家系統(tǒng)雛形，1970年以后，人工智能逐步實(shí)用化。電的故障過(guò)程難以用數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行描述，運(yùn)行狀態(tài)信息也復(fù)雜多變，信號(hào)處理極其復(fù)雜，而人工智能技術(shù)能夠存儲(chǔ)和利用專家長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，能夠模擬人腦的邏輯思維過(guò)程進(jìn)行推理以解決復(fù)雜診斷問(wèn)題；可以不受外界干擾地提供高質(zhì)量的服務(wù)，所以得到了廣泛的應(yīng)用。人工智能人工智能包括專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)絡(luò)、決策樹理論等，此外近幾年也出現(xiàn)了數(shù)據(jù)挖掘、模糊理論、粗糙集理論、Petri絡(luò)、貝葉斯絡(luò)、信息融合、信息論、支持向量機(jī)、仿生學(xué)的應(yīng)用及多智能體系統(tǒng)等技術(shù)以及上述方法的綜合應(yīng)用。專家系統(tǒng)可以匯集若干位專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行分析、推理，最終得出正確的結(jié)論，決策水平可以超過(guò)單個(gè)專家。所以故障診斷專家系統(tǒng)近年來(lái)成為熱門研究課題，尤其適合應(yīng)用于電力系統(tǒng)。1991年，故障診斷專家系統(tǒng)就已經(jīng)占美國(guó)電力工業(yè)中專家系統(tǒng)的總數(shù)的41%。故障診斷專家系統(tǒng)除了具備專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)外，還具有自己的特殊性。它具有如下特點(diǎn)：①知識(shí)可以從類似系統(tǒng)、設(shè)備或工作實(shí)際、診斷實(shí)例中獲取，即知識(shí)來(lái)源比較規(guī)范；②診斷的對(duì)象是復(fù)雜的，行為是動(dòng)態(tài)的，故障是隨機(jī)的，普通人很難判斷，這時(shí)就需要通過(guò)討論或請(qǐng)專家來(lái)進(jìn)行診斷。故障診斷專家系統(tǒng)中常用的推理機(jī)制可以劃分為正向推理、反向推理、正反向混合推理三種基礎(chǔ)推理結(jié)構(gòu)。正向推理的過(guò)程：系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)斷路器和保護(hù)的動(dòng)作信息，按照知識(shí)指導(dǎo)的推理策略調(diào)動(dòng)知識(shí)庫(kù)在相關(guān)空間中搜索。當(dāng)規(guī)則的條件部分與診斷輸入信息相匹配，就將該規(guī)則作為可用規(guī)則放入候選隊(duì)列中，再通過(guò)沖突消解，將其作為進(jìn)一步推理的證據(jù)直至求得診斷結(jié)果。反向推理是首先提出假設(shè)，然后尋找支持該假設(shè)的證據(jù)，若所需證據(jù)都能夠找到，則表明該假設(shè)成立，反之假設(shè)不成立。未來(lái)展望未來(lái)展望人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有更高的要求

。智能故障診斷是故障診斷技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的新里程碑。常用的智能故障診斷技術(shù)有專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)絡(luò)、決策樹、數(shù)據(jù)挖掘等，專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用最廣，最為成熟，但是也需要結(jié)合使用其他智能技術(shù)來(lái)克服專家系統(tǒng)技術(shù)自身的缺點(diǎn)。

電力系統(tǒng)故障診斷的研究發(fā)展方向：（1）多種診斷方法相互結(jié)合使用。由于各種診斷方法都有自己的優(yōu)勢(shì)，這樣通過(guò)各種方法的結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，來(lái)解決各自單一方法在診斷過(guò)程中的不足。（2）信息不完整情況下故障診斷方法的研究。大部分是基于從調(diào)度中心獲得完整信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行故障診斷，并且這些信息是完全可靠的?？墒菍?shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于保護(hù)裝置、斷路器等電器設(shè)備的誤動(dòng)作或者不動(dòng)作等錯(cuò)誤信息或者有用信息的缺失往往會(huì)直接影響故障診斷的結(jié)果，而要將所有繼電保護(hù)的狀