【正文】 達(dá)國家從 20世紀(jì) 80年代起就在電力系統(tǒng)各領(lǐng)域開展了各種關(guān)于設(shè)備狀態(tài)監(jiān) 2 測的 研究和應(yīng)用 ,十幾年來有了較大的發(fā)展 ,與我國相比 ,有兩個(gè)主要特征 :①已經(jīng)能生產(chǎn)多種傳感器產(chǎn)品 ,傳感器質(zhì)量好 ,性能穩(wěn)定 。例如 ,美國齊成公司的變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括了對(duì)變壓器的油中氣體和水分分析、頂層油溫和有載調(diào)壓開關(guān)的運(yùn)行監(jiān)測 ,以及對(duì) 套管絕緣、 SF6 密度、斷路器電流、避雷器泄漏電流等物理量的監(jiān)測。狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的應(yīng)用取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。一些僅能夠?qū)€(gè)別故障進(jìn)行診斷的軟件 ,其售價(jià)也高得驚人。很多發(fā)電廠和變電站已經(jīng)采用了在線監(jiān)測技術(shù) ,加強(qiáng)了對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理的手段。但是 ,到目前為止 ,國產(chǎn)傳感器裝置的生產(chǎn)和國內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用情況還落后于國外先進(jìn)水平。由于沒有實(shí)施狀態(tài)檢修 ,維修管理還是沿用過去的舊體制 ,運(yùn)行和設(shè)備管理維修脫節(jié) ,因而 ,沒有形成對(duì)狀態(tài)監(jiān)測的需求 ,已有的狀態(tài)監(jiān)測裝置也沒有發(fā)揮應(yīng) 3 有的作用。其中 ,進(jìn)一步開發(fā)高層次的數(shù)據(jù)分析軟件也是一項(xiàng)重要工作。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。如果不能對(duì)未發(fā)生的故障時(shí)間、位置進(jìn)行預(yù)測和不能對(duì)已發(fā)生故障的位置、程度進(jìn)行準(zhǔn)確判斷 ,則不能稱為故障預(yù)報(bào)和故障診斷 ,其結(jié)論應(yīng)該屬于狀態(tài)監(jiān)測范 圍。每一種方法必須適合具體的對(duì)象 ,關(guān)鍵在于準(zhǔn)確 ,要得到準(zhǔn)確的結(jié)論都是不容易的。 “監(jiān)測”一詞的含義是為了特殊的目的而進(jìn)行的注視、觀察與校核。簡言之，“狀態(tài)監(jiān)測”是特征量的收集過程，而“故障診斷”是特征量收集后的分析判斷過程。如果強(qiáng)調(diào)對(duì)主設(shè)備故障的“預(yù)報(bào)”和“定位” ,不僅現(xiàn)有條件下很難達(dá)到預(yù)期效果 ,而且容易產(chǎn)生過分的期望和誤解 ,并將影響監(jiān)測技術(shù)的推廣和發(fā)展。狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)該包括以下任務(wù) :和數(shù)據(jù) ,建立設(shè)備運(yùn)行的歷史檔案。當(dāng)然 ,狀態(tài)監(jiān)測的評(píng)估也應(yīng)該包含對(duì)設(shè)備異常 (或故障 )狀態(tài)的估計(jì)及對(duì)未來變化的預(yù)測 ,并不斷創(chuàng)造條件 ,使這種評(píng)估水平逐步接近理想境界。這樣 ,可以從根本上改變目前“定期維修”的舊的管理體制 ,避免“過剩維修” ,對(duì)有故障隱患的設(shè)備及時(shí)檢修 ,提高設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性。因?yàn)橹挥屑皶r(shí)、準(zhǔn)確地掌握設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)，并結(jié)合該設(shè)備在系統(tǒng)中的重要程度等因素，才能確定何時(shí)檢修及如何檢修。在線監(jiān)測只是提供了一種掌握電氣設(shè)備的技術(shù)手段，但最終的決策判斷離不開人，工作人員除了熟悉在線監(jiān)測相關(guān)原理，更應(yīng)提高判斷決策的能力，深刻理解狀態(tài)量及狀態(tài)量變化與電氣設(shè)備狀態(tài)的關(guān)系，這樣才能更有效指導(dǎo)在線監(jiān)測工作。而在信號(hào)采集過程中也存在傳感器失效，信號(hào)由于外界干擾出現(xiàn)畸變，最終導(dǎo)致在線監(jiān)測系統(tǒng)失靈。 7 第二章 電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工業(yè)實(shí)用化條件 第一節(jié) 被監(jiān)測設(shè)備和故障的種類及特點(diǎn) 被監(jiān)測設(shè)備和故障的種類及特點(diǎn)對(duì)不同的設(shè)備和不同的故障類型 ,采用的狀態(tài)監(jiān)測的方法可能完全不一樣。 ,形成了瞬變故障和緩變故障兩個(gè)類型。緩變故障是從出現(xiàn)故障征兆發(fā)展到故障災(zāi)害進(jìn)程較慢的一類故障現(xiàn)象 ,例如絕緣故障、冷卻系統(tǒng)故障 (氫冷和水冷系統(tǒng) )、機(jī)械系統(tǒng)故障、部分轉(zhuǎn)子故障等。但并不是所有的瞬變故障都是由緩變故障發(fā)展形成的 ,同時(shí) ,很多緩變故障及其發(fā)展造成的損害也不在 繼電保護(hù)所能保護(hù)的范圍內(nèi)。很多故障現(xiàn)象都直接或間接地與絕緣有關(guān) ,可以說 ,絕緣的壽命就是設(shè)備的壽命 [4,5]。這也正是電力系統(tǒng)設(shè)備故障的特點(diǎn)和難點(diǎn)之一。 集站 ,通過局域網(wǎng)連接起來。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般分為現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)控制層、信息管理層三層其中現(xiàn)場設(shè)備層主要負(fù)責(zé)底層現(xiàn)場設(shè)備的模擬量參數(shù)的采集與 A／ D 轉(zhuǎn)換，網(wǎng)絡(luò)控制層負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)的傳輸，通過信息層的組態(tài)，對(duì)底層現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。 信息管理層的主要目的是利用設(shè)備控制層提供的大量生產(chǎn)信息使變電站各個(gè)實(shí)體部門將能夠不受地域的限制進(jìn)行監(jiān)視與控制變電站局域網(wǎng)里的各種數(shù)據(jù)，并對(duì) 這些數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和整理，為相關(guān)的各種管理、經(jīng)營決策提供支持，實(shí)現(xiàn)管控一體化。通過該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)往下能對(duì)變電站內(nèi)各控制子系統(tǒng)發(fā)布調(diào)用、監(jiān)測和控制命令，并能 見各子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，收集所需的生產(chǎn)和安全參數(shù)。狀態(tài)監(jiān)測和電力系統(tǒng)測控自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)取代現(xiàn)有的運(yùn)行人員值班的體制 ,逐步實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的無 人值班。設(shè)備的劣化、缺陷的發(fā)展雖然具有統(tǒng)計(jì)性，發(fā)展的速度也有快慢，但大多具有一定的發(fā)展期。狀態(tài)監(jiān)測（在線監(jiān)測）與故障診斷技術(shù)的特點(diǎn)是可以對(duì)電氣設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行連續(xù)或隨時(shí)的監(jiān)測與判斷，故可避免上述預(yù)防性試驗(yàn)的缺點(diǎn)。 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)有很 大的難度。如果說離線的預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果的分析，已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗(yàn)，據(jù)此可以制訂出相應(yīng)的規(guī)程推廣施行（當(dāng)然也需要根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷加以修訂補(bǔ)充）；那么對(duì)于在線診斷現(xiàn)在則仍處于研究試行、積累經(jīng)驗(yàn)的階段。 :①使設(shè)備立刻喪失其功能的破壞性故障 。 2 狀態(tài)量的采集方法 :檢查、測量、檢測 、監(jiān)測 電流分 析法 :監(jiān)測負(fù)載電流幅值、波形并進(jìn)行頻譜分析 ,可診斷出電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組斷條、氣隙偏心、定子繞組故障、轉(zhuǎn)子不平 衡等缺陷。 振動(dòng)診斷 :對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理和分析 絕緣診斷 :對(duì)設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)、工作性 能和是否存在缺陷做出判斷 ,并對(duì)絕緣剩余壽命作出預(yù)測 溫度診斷 :對(duì)設(shè)備各部分溫度進(jìn)行檢測或紅外測試 振聲診斷 :對(duì)診斷的對(duì)象同時(shí)采集振動(dòng) 信號(hào)和噪聲信號(hào)。 三相電容型設(shè)備 :工作電壓下每相流過絕緣的電流 I0 和三相選頻電壓 U0 值 電力變壓器及電機(jī) :電壓、電流 (空載勵(lì)磁電流、負(fù)載電流、不對(duì)稱電流等 )、頻率、有功及無功功率等 一些特殊電磁量及診斷方法 ： 11 :運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸兩端的電位差。電容電流等因素。 :對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析與判斷能發(fā)現(xiàn)可能存在的電氣故障隱患。 聲音比平時(shí)增大 ,且有明顯雜音。此時(shí)應(yīng)立即停運(yùn)并通知檢查。 電壓互感器的聲音異常電壓互感器中有游離放電、靜電放電等原因引起聽得見的“噼啪、咝”之類聲音 。 早期特征是鐵心的渦流和局部區(qū)域的溫度過高。 局部過熱 的測量主要有 :分布測點(diǎn)溫度測量 (如熱電偶、光纖溫度傳感器 )、紅外熱成像、絕緣分解物監(jiān)測等手段。 冷卻裝置運(yùn)行不正?；虬l(fā)生故障 ,如潛油泵停運(yùn)、風(fēng)扇損壞、散熱管道積垢不暢、散熱器冷卻效果差等都引起溫度升高。 第一節(jié) 傳感器技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)輸入的信號(hào) 傳感器技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)輸入的信號(hào)包括電、熱、聲、振動(dòng)等物理量 ,還有油、氣體經(jīng)化學(xué)分析得到的分解物含量 ,各種來源的信號(hào)都要通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。該系統(tǒng)由現(xiàn)場采集單元與遠(yuǎn)程控制單元兩部分組成。路由器協(xié)調(diào)不同現(xiàn)場采集單元與遠(yuǎn)程控制終端的通信；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器不僅收集和存儲(chǔ)不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，而且為各個(gè)單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)提供備份，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)體系的可靠性；遠(yuǎn)程控制終端則為工程技術(shù)人員提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出控制命令。數(shù)據(jù)分析過程分為數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、狀態(tài)分類和處理決策等 4 個(gè)部分。數(shù)據(jù)挖掘采用先進(jìn)的軟件對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分類，以識(shí)別其中所隱藏的 規(guī)律，并確定其中所隱藏的關(guān)系。其中 ,處理決策是得出最后結(jié)論 ,例如確定設(shè)備是否存在故障 ,存在何種故障 ,故障部位和程度等 ,以及確定是否進(jìn)行檢查和維修。例如 ,一個(gè)一維的狀態(tài)分類問題 ,設(shè) x 為特征指數(shù) ,x0 為特征指數(shù)的閾值 ,則 :xx0 為故障狀態(tài)。一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)過程應(yīng)包括歸納推理和演繹推理兩個(gè)階段。 知識(shí)庫的知識(shí)來源是一個(gè)問題。因此 ,首先可以做到的事情只能是識(shí)別正常和非正常狀態(tài)。比較法和趨勢分析法是聚類分析應(yīng)用到特征指數(shù)為一維情況的方法 ,比較法例如用 8 臺(tái)設(shè)備的套管泄漏電流 I0 測值的互相比較來發(fā)現(xiàn)問題。趨勢 分析法。 在線監(jiān)測的主要技術(shù)手段 ； 電力設(shè)備在線監(jiān)測依靠的主要技術(shù)有傳感器技術(shù)，數(shù)據(jù)處理和分析以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。 （ 2）對(duì)采集的的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，是在線監(jiān)測又一關(guān)鍵步驟。比如目前常用的小波變換濾波技術(shù)，它可以有效消除穩(wěn)態(tài)干擾信號(hào)，把有用信號(hào)提取出來進(jìn)行分析；還有當(dāng)前廣泛受到關(guān)注的數(shù)學(xué)形態(tài)濾波，具備比小波濾波更好的濾波效果，它不僅可以消除穩(wěn)態(tài)干擾，而且對(duì)暫