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淺談變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)
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作者:champzon
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變電站運(yùn)行管理的發(fā)展借助科技的進(jìn)步日新月異，電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)提高電力設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)水平、及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患、減少停電事故的發(fā)生起到了積極作用。
變電站運(yùn)行管理的發(fā)展借助科技的進(jìn)步日新月異，電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)提高電力設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)水平、及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患、減少停電事故的發(fā)生起到了積極作用。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,保證電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤為重要,迫切需要對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測(cè),及時(shí)反映電力設(shè)備絕緣等性能的劣化程度或趨勢(shì),以便采取預(yù)防措施,避免停電事故發(fā)生,減少給生產(chǎn)和生活帶來(lái)的巨大影響和損失。目前,設(shè)備監(jiān)測(cè)和故障診斷問(wèn)題引起了越來(lái)越多的關(guān)注,隨著計(jì)算機(jī)、傳感器、通信及信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展,特別是引入模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析等先進(jìn)故障診斷技術(shù),使設(shè)備綜合管理系統(tǒng)在電力行業(yè)進(jìn)一步得到推廣。文中提出一種易于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和設(shè)備信息管理的系統(tǒng)該系統(tǒng)針對(duì)故障發(fā)生的復(fù)雜性,取得了較高的診斷率。
一、狀態(tài)監(jiān)測(cè)
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)應(yīng)該包括以下任務(wù):為設(shè)備的運(yùn)行情況積累資料和數(shù)據(jù),建立設(shè)備運(yùn)行的歷史檔案;對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)處于正常還是異常做出判斷,根據(jù)歷史檔案、運(yùn)行狀態(tài)等級(jí)和已出現(xiàn)的故障特征或征兆,判斷故障的性質(zhì)和程度;對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,并對(duì)這種評(píng)估進(jìn)行分類。當(dāng)一定的標(biāo)準(zhǔn)形成后,為狀態(tài)檢修的實(shí)施提供依據(jù)。
當(dāng)然,狀態(tài)監(jiān)測(cè)的評(píng)估也應(yīng)該包含對(duì)設(shè)備異常狀態(tài)的估計(jì)及對(duì)未來(lái)變化的預(yù)測(cè),并不斷創(chuàng)造條件,使這種評(píng)估水平逐步接近理想境界。狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以為設(shè)備積累完整和科學(xué)的運(yùn)行記錄資料。
對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的分類可以作為設(shè)備維護(hù)管理的根據(jù)。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(guò)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。狀態(tài)檢修是我國(guó)即將面臨的先進(jìn)的設(shè)備管理體制,而狀態(tài)監(jiān)測(cè)是這一管理體制的技術(shù)保證和實(shí)施的依據(jù)。
二、狀態(tài)監(jiān)測(cè)工業(yè)實(shí)用化條件
1.被監(jiān)測(cè)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(cè)的方法可能完全不一樣。一些機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)常用的故障診斷方法并不適合于電力系統(tǒng)設(shè)備的特定情況。因此,必須首先認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)設(shè)備故障的類型和特點(diǎn)。以下兩方面的問(wèn)題是電力系統(tǒng)設(shè)備故障所特有的。
(1)由于故障發(fā)展速度的差別,形成了瞬變故障和緩變故障兩個(gè)類型。瞬變故障例如相間短路等,發(fā)展很快。繼電保護(hù)裝置必須在10ms～20ms內(nèi)處理這類故障,以避免損失擴(kuò)大。瞬變故障發(fā)生時(shí)需要解決的問(wèn)題是故障保護(hù)和避免事故擴(kuò)大,不是診斷和監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。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。當(dāng)出現(xiàn)故障征兆時(shí),需要對(duì)故障進(jìn)行定位,或?qū)收系某潭群桶l(fā)展進(jìn)行監(jiān)測(cè),采取措施,防止故障狀態(tài)的進(jìn)一步發(fā)展和造成重大損失。因此,緩變故障是狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的對(duì)象。
對(duì)于瞬變故障,繼電保護(hù)可以發(fā)揮巨大的作用,大大減少可能造成的危害。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)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷兩種技術(shù)互相補(bǔ)充,缺一不可。
(2)絕緣故障是電力系統(tǒng)設(shè)備的主要故障之一。很多故障現(xiàn)象都直接或間接地與絕緣有關(guān),可以說(shuō),絕緣的壽命就是設(shè)備的壽命。
電力系統(tǒng)設(shè)備絕緣故障特征表現(xiàn)在多個(gè)方面,不僅表現(xiàn)在很多電參數(shù)上,而且還有力、熱、聲、光等物理方面和氣體、油等化學(xué)方面的特征變化。絕緣故障與設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)、分布、環(huán)境都有關(guān),形成機(jī)理復(fù)雜。另一方面,對(duì)設(shè)備絕緣故障的定位和絕緣損壞程度的診斷還存在很大的困難。這也正是電力系統(tǒng)設(shè)備故障的特點(diǎn)和難點(diǎn)之一。由于絕緣故障的特點(diǎn),很多絕緣在線和離線檢測(cè)技術(shù),如局部發(fā)電、油色譜分析、超聲監(jiān)測(cè)等近幾年已經(jīng)有了較大的發(fā)展,可以逐步開展對(duì)絕緣狀態(tài)的評(píng)估工作。
2.采用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)十幾年來(lái),已經(jīng)有很多監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),但是,大多數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)裝置沒(méi)有形成系統(tǒng),記錄數(shù)據(jù)仍然依靠人工觀測(cè)和抄表的方式,這對(duì)于突發(fā)的故障很難及時(shí)反映,也不利于綜合分析和查閱歷史資料。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活、簡(jiǎn)單,既可以獨(dú)立組成系統(tǒng),也可和電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成,或者與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)集成。遠(yuǎn)程傳輸采用電力公司現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò),它可支持SDH、PDH、以太網(wǎng)絡(luò)、RS232等。主站采用WEB/Serv-er系統(tǒng)結(jié)構(gòu),連接的分站數(shù)量沒(méi)有限制。
系統(tǒng)的主要功能是可以查看不同電氣設(shè)備的試驗(yàn)參數(shù),對(duì)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)作出評(píng)估及對(duì)設(shè)備故障智能進(jìn)行診斷并提出相應(yīng)的維護(hù)意見(jiàn)。同時(shí),本系統(tǒng)也兼具變壓器各側(cè)電壓、電流的實(shí)時(shí)顯示和故障錄波的功能。
3.狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)施與管理體制的變革
狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣和應(yīng)用將會(huì)對(duì)現(xiàn)有的發(fā)電廠和變電所的管理體制產(chǎn)生影響。狀態(tài)監(jiān)測(cè)和電力系統(tǒng)測(cè)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(wú)人值班。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用和狀態(tài)檢修的實(shí)現(xiàn)也需要國(guó)產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量的進(jìn)一步提高作為支持和保證。
三、狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)
傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析三部分是狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本組成。其中,傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)是狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所特有的關(guān)鍵技術(shù),以下將分別加以說(shuō)明。
1.傳感器技術(shù)
狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(lái)源的信號(hào)都要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。傳感器是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸入端,直接影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度和準(zhǔn)確性,也是控制和測(cè)量技術(shù)的難點(diǎn)和瓶頸。國(guó)產(chǎn)傳感器的性能和質(zhì)量與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有差距。傳感器作為一個(gè)裝置,由變換元件、單片機(jī)系統(tǒng)和通信接口等組成。每一個(gè)傳感器可以看成系統(tǒng)的基層數(shù)據(jù)采集站,通過(guò)局域網(wǎng)連接起來(lái)。在網(wǎng)上建立數(shù)據(jù)庫(kù)和分析中心,對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。局域網(wǎng)可以通過(guò)一個(gè)服務(wù)器與Internet相聯(lián)。由于有數(shù)據(jù)庫(kù)和分析中心的支持,可以建立設(shè)備運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)檔案和進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)分析。
該終端完全采用數(shù)字化信息采集,可靠性、抗干擾能力強(qiáng),可以實(shí)時(shí)監(jiān)視變電站的安全運(yùn)行及環(huán)境狀況,對(duì)變電站各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及影響變電站安全運(yùn)行的因素實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。有異常情況發(fā)生時(shí),預(yù)警終端采集到實(shí)時(shí)信息并記錄,然后進(jìn)行分析和處理,若確認(rèn)為報(bào)警信號(hào),以聲光方式報(bào)警,并將異常信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)街蛋嗍?使異常問(wèn)題盡快得到解決,保證變電站安全運(yùn)行。
2.數(shù)據(jù)分析技術(shù)
在狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)分析的任務(wù)是從采集到的數(shù)據(jù)中得到設(shè)備運(yùn)行的有關(guān)信息。
數(shù)據(jù)分析過(guò)程分為數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、狀態(tài)分類和處理決策四個(gè)部分。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)選取、消除噪聲等前期處理過(guò)程。特征提取是指采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信號(hào)處理(FFT、小波分析、分形和混沌)等方法提取信號(hào)的特征。狀態(tài)分類和處理決策是數(shù)據(jù)分析的核心部分,也是難度較大的部分。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。很多情況還需要人工處理,計(jì)算機(jī)只能對(duì)少數(shù)故障進(jìn)行分析和決策。因?yàn)樯婕霸O(shè)備的具體問(wèn)題,準(zhǔn)確結(jié)論完全依據(jù)對(duì)設(shè)備故障機(jī)理的了解和經(jīng)驗(yàn)的積累,這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,一般很難通過(guò)建模或仿真來(lái)解決。
四、國(guó)內(nèi)外設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)展?fàn)顩r
美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)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)測(cè)的研究和應(yīng)用,十幾年來(lái)有了較大的發(fā)展,與我國(guó)相比,有兩個(gè)主要特征: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;狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用比較普遍,有經(jīng)濟(jì)效益。
國(guó)外傳感器產(chǎn)品的性能和可靠性都達(dá)到了較高的水平,產(chǎn)品監(jiān)測(cè)范圍逐漸覆蓋包括溫度、壓力、振動(dòng)和絕緣狀態(tài)等各種物理量,以及變壓器、斷路器和發(fā)電機(jī)機(jī)組等各種主要設(shè)備。國(guó)外傳感器技術(shù)的全面發(fā)展可以從近幾年國(guó)內(nèi)一些發(fā)電廠和變電站引進(jìn)的進(jìn)口傳感器產(chǎn)品情況看出。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用較普遍的地區(qū)主要是北美和歐洲。美國(guó)電力科學(xué)院(EPRI)非常重視對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員有關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修方面的技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)。在美國(guó),實(shí)現(xiàn)了變電站無(wú)人值班和狀態(tài)檢修的管理。
國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)科研工作也開始于20世紀(jì)80年代,起步并不晚。近10年來(lái),已經(jīng)研制成功很多傳感器裝置,并安裝在現(xiàn)場(chǎng)。很多發(fā)電廠和變電站已經(jīng)采用了在線監(jiān)測(cè)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(cè)和管理的手段。
近幾年,國(guó)內(nèi)一些大型發(fā)電廠較全面地安裝了成套進(jìn)口的先進(jìn)傳感器裝置,通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成一定規(guī)模的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并達(dá)到了先進(jìn)水平,而這些成套軟件系統(tǒng)全部由我國(guó)技術(shù)人員開發(fā)。但是,到目前為止,國(guó)產(chǎn)傳感器裝置的生產(chǎn)和國(guó)內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用情況還落后于國(guó)外先進(jìn)水平。一方面,還有很多發(fā)電廠和變電站的狀態(tài)監(jiān)測(cè)沒(méi)有開展起來(lái);另一方面,一些狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已具備規(guī)模的發(fā)電廠在軟環(huán)境和管理體制上還不能適應(yīng)發(fā)展要求。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的應(yīng)用取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在國(guó)內(nèi)要推廣狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù),除了要解決國(guó)產(chǎn)傳感器裝置的生產(chǎn)和設(shè)備管理體制的改革等問(wèn)題外,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)也是必須解決的問(wèn)題。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。
五、結(jié)語(yǔ)
狀態(tài)監(jiān)測(cè)是從傳統(tǒng)管理模式過(guò)渡到狀態(tài)檢修的技術(shù)支持。狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的概念存在差別,狀態(tài)監(jiān)測(cè)更適合電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行和維修的管理現(xiàn)狀。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)是傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)分析。目前,國(guó)內(nèi)的變電站和發(fā)電廠已具備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的初步條件。狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施和推廣,有一個(gè)積累資料、逐步提高的過(guò)程。上海乾眾電力的在SF6氣體檢測(cè)等領(lǐng)域的多個(gè)成功實(shí)踐已經(jīng)證明了這是一條正確的道路。
一、狀態(tài)監(jiān)測(cè)
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)應(yīng)該包括以下任務(wù):為設(shè)備的運(yùn)行情況積累資料和數(shù)據(jù),建立設(shè)備運(yùn)行的歷史檔案;對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)處于正常還是異常做出判斷,根據(jù)歷史檔案、運(yùn)行狀態(tài)等級(jí)和已出現(xiàn)的故障特征或征兆,判斷故障的性質(zhì)和程度;對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,并對(duì)這種評(píng)估進(jìn)行分類。當(dāng)一定的標(biāo)準(zhǔn)形成后,為狀態(tài)檢修的實(shí)施提供依據(jù)。
當(dāng)然,狀態(tài)監(jiān)測(cè)的評(píng)估也應(yīng)該包含對(duì)設(shè)備異常狀態(tài)的估計(jì)及對(duì)未來(lái)變化的預(yù)測(cè),并不斷創(chuàng)造條件,使這種評(píng)估水平逐步接近理想境界。狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以為設(shè)備積累完整和科學(xué)的運(yùn)行記錄資料。
對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的分類可以作為設(shè)備維護(hù)管理的根據(jù)。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(guò)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。狀態(tài)檢修是我國(guó)即將面臨的先進(jìn)的設(shè)備管理體制,而狀態(tài)監(jiān)測(cè)是這一管理體制的技術(shù)保證和實(shí)施的依據(jù)。
二、狀態(tài)監(jiān)測(cè)工業(yè)實(shí)用化條件
1.被監(jiān)測(cè)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(cè)的方法可能完全不一樣。一些機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)常用的故障診斷方法并不適合于電力系統(tǒng)設(shè)備的特定情況。因此,必須首先認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)設(shè)備故障的類型和特點(diǎn)。以下兩方面的問(wèn)題是電力系統(tǒng)設(shè)備故障所特有的。
(1)由于故障發(fā)展速度的差別,形成了瞬變故障和緩變故障兩個(gè)類型。瞬變故障例如相間短路等,發(fā)展很快。繼電保護(hù)裝置必須在10ms～20ms內(nèi)處理這類故障,以避免損失擴(kuò)大。瞬變故障發(fā)生時(shí)需要解決的問(wèn)題是故障保護(hù)和避免事故擴(kuò)大,不是診斷和監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。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。當(dāng)出現(xiàn)故障征兆時(shí),需要對(duì)故障進(jìn)行定位,或?qū)收系某潭群桶l(fā)展進(jìn)行監(jiān)測(cè),采取措施,防止故障狀態(tài)的進(jìn)一步發(fā)展和造成重大損失。因此,緩變故障是狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的對(duì)象。
對(duì)于瞬變故障,繼電保護(hù)可以發(fā)揮巨大的作用,大大減少可能造成的危害。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)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷兩種技術(shù)互相補(bǔ)充,缺一不可。
(2)絕緣故障是電力系統(tǒng)設(shè)備的主要故障之一。很多故障現(xiàn)象都直接或間接地與絕緣有關(guān),可以說(shuō),絕緣的壽命就是設(shè)備的壽命。
電力系統(tǒng)設(shè)備絕緣故障特征表現(xiàn)在多個(gè)方面,不僅表現(xiàn)在很多電參數(shù)上,而且還有力、熱、聲、光等物理方面和氣體、油等化學(xué)方面的特征變化。絕緣故障與設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)、分布、環(huán)境都有關(guān),形成機(jī)理復(fù)雜。另一方面,對(duì)設(shè)備絕緣故障的定位和絕緣損壞程度的診斷還存在很大的困難。這也正是電力系統(tǒng)設(shè)備故障的特點(diǎn)和難點(diǎn)之一。由于絕緣故障的特點(diǎn),很多絕緣在線和離線檢測(cè)技術(shù),如局部發(fā)電、油色譜分析、超聲監(jiān)測(cè)等近幾年已經(jīng)有了較大的發(fā)展,可以逐步開展對(duì)絕緣狀態(tài)的評(píng)估工作。
2.采用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)十幾年來(lái),已經(jīng)有很多監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),但是,大多數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)裝置沒(méi)有形成系統(tǒng),記錄數(shù)據(jù)仍然依靠人工觀測(cè)和抄表的方式,這對(duì)于突發(fā)的故障很難及時(shí)反映,也不利于綜合分析和查閱歷史資料。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活、簡(jiǎn)單,既可以獨(dú)立組成系統(tǒng),也可和電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)集成,或者與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)集成。遠(yuǎn)程傳輸采用電力公司現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò),它可支持SDH、PDH、以太網(wǎng)絡(luò)、RS232等。主站采用WEB/Serv-er系統(tǒng)結(jié)構(gòu),連接的分站數(shù)量沒(méi)有限制。
系統(tǒng)的主要功能是可以查看不同電氣設(shè)備的試驗(yàn)參數(shù),對(duì)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)作出評(píng)估及對(duì)設(shè)備故障智能進(jìn)行診斷并提出相應(yīng)的維護(hù)意見(jiàn)。同時(shí),本系統(tǒng)也兼具變壓器各側(cè)電壓、電流的實(shí)時(shí)顯示和故障錄波的功能。
3.狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)施與管理體制的變革
狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣和應(yīng)用將會(huì)對(duì)現(xiàn)有的發(fā)電廠和變電所的管理體制產(chǎn)生影響。狀態(tài)監(jiān)測(cè)和電力系統(tǒng)測(cè)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(wú)人值班。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用和狀態(tài)檢修的實(shí)現(xiàn)也需要國(guó)產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量的進(jìn)一步提高作為支持和保證。
三、狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)
傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)分析三部分是狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本組成。其中,傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)是狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所特有的關(guān)鍵技術(shù),以下將分別加以說(shuō)明。
1.傳感器技術(shù)
狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(lái)源的信號(hào)都要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。傳感器是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸入端,直接影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度和準(zhǔn)確性,也是控制和測(cè)量技術(shù)的難點(diǎn)和瓶頸。國(guó)產(chǎn)傳感器的性能和質(zhì)量與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有差距。傳感器作為一個(gè)裝置,由變換元件、單片機(jī)系統(tǒng)和通信接口等組成。每一個(gè)傳感器可以看成系統(tǒng)的基層數(shù)據(jù)采集站,通過(guò)局域網(wǎng)連接起來(lái)。在網(wǎng)上建立數(shù)據(jù)庫(kù)和分析中心,對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。局域網(wǎng)可以通過(guò)一個(gè)服務(wù)器與Internet相聯(lián)。由于有數(shù)據(jù)庫(kù)和分析中心的支持,可以建立設(shè)備運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)檔案和進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)分析。
該終端完全采用數(shù)字化信息采集,可靠性、抗干擾能力強(qiáng),可以實(shí)時(shí)監(jiān)視變電站的安全運(yùn)行及環(huán)境狀況,對(duì)變電站各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及影響變電站安全運(yùn)行的因素實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。有異常情況發(fā)生時(shí),預(yù)警終端采集到實(shí)時(shí)信息并記錄,然后進(jìn)行分析和處理,若確認(rèn)為報(bào)警信號(hào),以聲光方式報(bào)警,并將異常信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)街蛋嗍?使異常問(wèn)題盡快得到解決,保證變電站安全運(yùn)行。
2.數(shù)據(jù)分析技術(shù)
在狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)分析的任務(wù)是從采集到的數(shù)據(jù)中得到設(shè)備運(yùn)行的有關(guān)信息。
數(shù)據(jù)分析過(guò)程分為數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、狀態(tài)分類和處理決策四個(gè)部分。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)選取、消除噪聲等前期處理過(guò)程。特征提取是指采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、信號(hào)處理(FFT、小波分析、分形和混沌)等方法提取信號(hào)的特征。狀態(tài)分類和處理決策是數(shù)據(jù)分析的核心部分,也是難度較大的部分。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。很多情況還需要人工處理,計(jì)算機(jī)只能對(duì)少數(shù)故障進(jìn)行分析和決策。因?yàn)樯婕霸O(shè)備的具體問(wèn)題,準(zhǔn)確結(jié)論完全依據(jù)對(duì)設(shè)備故障機(jī)理的了解和經(jīng)驗(yàn)的積累,這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,一般很難通過(guò)建模或仿真來(lái)解決。
四、國(guó)內(nèi)外設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)展?fàn)顩r
美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)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)測(cè)的研究和應(yīng)用,十幾年來(lái)有了較大的發(fā)展,與我國(guó)相比,有兩個(gè)主要特征: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;狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用比較普遍,有經(jīng)濟(jì)效益。
國(guó)外傳感器產(chǎn)品的性能和可靠性都達(dá)到了較高的水平,產(chǎn)品監(jiān)測(cè)范圍逐漸覆蓋包括溫度、壓力、振動(dòng)和絕緣狀態(tài)等各種物理量,以及變壓器、斷路器和發(fā)電機(jī)機(jī)組等各種主要設(shè)備。國(guó)外傳感器技術(shù)的全面發(fā)展可以從近幾年國(guó)內(nèi)一些發(fā)電廠和變電站引進(jìn)的進(jìn)口傳感器產(chǎn)品情況看出。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用較普遍的地區(qū)主要是北美和歐洲。美國(guó)電力科學(xué)院(EPRI)非常重視對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員有關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修方面的技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)。在美國(guó),實(shí)現(xiàn)了變電站無(wú)人值班和狀態(tài)檢修的管理。
國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)科研工作也開始于20世紀(jì)80年代,起步并不晚。近10年來(lái),已經(jīng)研制成功很多傳感器裝置,并安裝在現(xiàn)場(chǎng)。很多發(fā)電廠和變電站已經(jīng)采用了在線監(jiān)測(cè)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(cè)和管理的手段。
近幾年,國(guó)內(nèi)一些大型發(fā)電廠較全面地安裝了成套進(jìn)口的先進(jìn)傳感器裝置,通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成一定規(guī)模的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并達(dá)到了先進(jìn)水平,而這些成套軟件系統(tǒng)全部由我國(guó)技術(shù)人員開發(fā)。但是,到目前為止,國(guó)產(chǎn)傳感器裝置的生產(chǎn)和國(guó)內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用情況還落后于國(guó)外先進(jìn)水平。一方面,還有很多發(fā)電廠和變電站的狀態(tài)監(jiān)測(cè)沒(méi)有開展起來(lái);另一方面,一些狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已具備規(guī)模的發(fā)電廠在軟環(huán)境和管理體制上還不能適應(yīng)發(fā)展要求。
狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的應(yīng)用取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在國(guó)內(nèi)要推廣狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù),除了要解決國(guó)產(chǎn)傳感器裝置的生產(chǎn)和設(shè)備管理體制的改革等問(wèn)題外,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)也是必須解決的問(wèn)題。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。
五、結(jié)語(yǔ)
狀態(tài)監(jiān)測(cè)是從傳統(tǒng)管理模式過(guò)渡到狀態(tài)檢修的技術(shù)支持。狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的概念存在差別,狀態(tài)監(jiān)測(cè)更適合電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行和維修的管理現(xiàn)狀。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)是傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)分析。目前,國(guó)內(nèi)的變電站和發(fā)電廠已具備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的初步條件。狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施和推廣,有一個(gè)積累資料、逐步提高的過(guò)程。上海乾眾電力的在SF6氣體檢測(cè)等領(lǐng)域的多個(gè)成功實(shí)踐已經(jīng)證明了這是一條正確的道路。
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