智能變電站狀態(tài)監測技術(shù)及應用

摘要：變電設備智能狀態(tài)監測是實(shí)現變電站信息數字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò )化、信息共享標準化的必要條件，并可根據需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、在線(xiàn)分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級功能，實(shí)現與相鄰變電站、電網(wǎng)調度等互動(dòng)。電力設備智能狀態(tài)監測不僅可以掌握電力設備當前的運行情況， 還可以根據其專(zhuān)家系統利用其運行狀態(tài)數據庫對電力設備進(jìn)行綜合診斷，電力設備智能狀態(tài)監測系統是實(shí)現智能變電站的基礎。文中針對目前變電站設備的監測技術(shù)，結合近年來(lái)該領(lǐng)域的現狀和智能電網(wǎng)的發(fā)展方向，對變電站智能狀態(tài)監測系統進(jìn)行綜述。

變電站作為智能電網(wǎng)的核心組成部分，其建設獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。根據現行的標準，變電站一次設備智能狀態(tài)監測是指采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的傳感系統，以全站信息數字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò )化、信息共享標準化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調節、在線(xiàn)分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級功能，實(shí)現與相鄰變電站、電網(wǎng)調度等互動(dòng)的變電站[1]。電力設備智能狀態(tài)監測系統是保證電力設備正常工作，有效開(kāi)展狀態(tài)檢修，并預估設備的損耗以建立全壽命周期管理體系，電力設備智能狀態(tài)監測系統是實(shí)現智能變電站的基礎。因此以設備的狀態(tài)監測為基礎的狀態(tài)檢修成為實(shí)現智能變電站并最終建立智能電網(wǎng)的核心技術(shù)之一，該技術(shù)近年來(lái)獲得越來(lái)越多的重視。電力設備智能狀態(tài)監測不僅是設備狀態(tài)檢修模式的基礎，也是智能變電站綜合自動(dòng)化正在實(shí)施的電氣運行模式的需要。無(wú)論是智能變電站還是無(wú)人值守變電站在其監控系統中都需要增加一個(gè)在線(xiàn)監測及故障診斷專(zhuān)家系統， 用以作為輔助決策手段，進(jìn)而提高監控能力。要想實(shí)現真正的無(wú)人值守，必須加入電氣設備在線(xiàn)監測和故障診斷的內容，這樣變電站綜合自動(dòng)化才更加完善和更有效。所以在測量、控制、保護和遠動(dòng)等綜合自動(dòng)化的基礎上，融合電力設備狀態(tài)監測系統必將推動(dòng)變電站綜合自動(dòng)化向前發(fā)展[2]。

電力設備智能狀態(tài)監測不僅可以掌握電力設備當前的運行情況，還可以根據其專(zhuān)家系統利用其運行狀態(tài)數據庫對電力設備進(jìn)行綜合診斷，為設備檢修提供輔助決策。為了解決電力設備故障診斷中所遇到的主要技術(shù)難題，需要突破常規方法進(jìn)行故障診斷的局限，結合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )理論、灰色軌跡理論、數據庫技術(shù)、模糊理論模型等各種算法，對電力設備實(shí)行故障診斷。利用各種數學(xué)模型從實(shí)現原理上進(jìn)行比較分析，研究出多種改進(jìn)的學(xué)習算法，實(shí)現變電站內電力設備故障診斷絡(luò )模型。

1 電力設備智能狀態(tài)監測系統組成

電力設備的狀態(tài)監測是指通過(guò)傳感器、計算機、通信網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)， 及時(shí)獲取設備的各種特征參量并結合一定算法的專(zhuān)家系統軟件進(jìn)行分析處理， 對設備的可靠性做出判斷，對設備的剩余壽命作出預測，從而及早發(fā)現潛在的故障，提高供電可靠性。電力設備狀態(tài)監測大大降低維修周期內的設備故障率，為設備狀態(tài)檢修提供技術(shù)依據， 并及時(shí)發(fā)現設備缺陷和異常征兆，確保設備安全運行，從而提高供電可靠性。由于變電站內電力設備種類(lèi)繁多、結構各異，狀態(tài)監測的類(lèi)型也千差萬(wàn)別，但是，不論什么類(lèi)型的監測系統，都需要經(jīng)過(guò)3 個(gè)步驟：采集設備數據信號;對數據進(jìn)行傳輸;分析處理數據及診斷。

變電站內電磁環(huán)境復雜， 所采集到的模擬信號在傳輸的過(guò)程中不免受到外界的各種干擾而產(chǎn)生信號失真， 為了解決模擬信號在長(cháng)距離傳輸后所導致的失真問(wèn)題， 現在傾向于將微弱的模擬信號就地模擬轉換，采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，由主機進(jìn)行循環(huán)檢測及處理。依據IEC 61850 關(guān)于變電站功能、變電站通信網(wǎng)絡(luò )以及整體系統建模的分層設定， 智能變電站分為三層結構：過(guò)程層、間隔層、站控層。如圖1 所示。分層(級)分布式的結構采用模塊化設計和現場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)。它由安裝在變電站內的數據采集及處理系統和安裝在主控室內的數據分析和診斷系統，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò )， 把若干個(gè)變電站的監測數據匯集到相關(guān)管理部門(mén)的數據管理診斷系統， 實(shí)現對多個(gè)變電站的電氣設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監測。

分層(級)分布式系統采用總線(xiàn)式結構，增加或減少監測設備和監測項目均不需要改變系統結構，可根據需要在通信總線(xiàn)上掛接以不同類(lèi)型及數量的智能組件，就可實(shí)現不同高壓電氣設備、不同項目的連續狀態(tài)監測，因而系統的開(kāi)放性較好。所有的數據處理在就地完成，主控計算機僅完成通信控制和故障診斷，減輕了主機的負擔。所有的智能組件均應具備嚴格的自檢功能，測量數據全部采用光纖通信方式傳輸，克服長(cháng)距離傳輸模擬信號所導致的波形失真問(wèn)題，并且可及時(shí)反映出就地模塊自身的工作狀況，提高監測結果的可信度。而且，即使某個(gè)節點(diǎn)出現故障，也不影響整個(gè)系統的正常運行。即使通信光纜故障或主機故障，還可使用便攜式設備就地進(jìn)行檢測。以國內首座220 kV 智能變電站無(wú)錫西涇變?yōu)槔?，其智能狀態(tài)監測系統結構如圖2 所示。

2 電力設備智能狀態(tài)監測系統設計

由于狀態(tài)監測系統是一個(gè)跨部門(mén)、跨系統的大型綜合管理信息系統，如無(wú)錫供電公司西涇智能變電站狀態(tài)監測系統涉及到的部門(mén)有生產(chǎn)技術(shù)部、調控中心、安監部、監控中心等各主要生產(chǎn)部門(mén);涉及到的系統有PMIS，SCADA，EMS 等;涉及到的裝置有變壓器綜合管理平臺、GIS 局放監測裝置、斷路器監測裝置、避雷器檢測裝置等[3，4]。所以在設計狀態(tài)監測系統的功能模塊時(shí)，除考慮自身的相對獨立性和開(kāi)放性以外，還得重點(diǎn)考慮與其他已有系統模塊的集成。

一次設備狀態(tài)監測系統的主要功能模塊結構如圖3 所示， 該功能框圖涵蓋了常見(jiàn)一次設備的狀態(tài)監測項目。