電力GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘要:電力GIS設(shè)備在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用,但由于本身的特性使得其故障的診斷與分析相對困難,導(dǎo)致GIS設(shè)備引發(fā)的事故屢見不鮮。針對上述問題通過GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的研究,結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)智能決策理論形成軟硬件一體的GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)提高供電的可靠性。
關(guān)鍵詞:電力GIS設(shè)備;故障診斷。局部放電
引言
電力GIS設(shè)備(gas-insulated metal-enclosed switch gear,氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備)是由斷路器、接地開關(guān)、母線等元件直接聯(lián)到一起,并壘部封閉在接地的金屬外殼內(nèi),殼內(nèi)充以一定壓力的絕緣氣體作為滅弧介質(zhì)。近年來,隨著城市電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展,GIS變電站的數(shù)量不斷增加。GIS因其具有的諸多優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為主導(dǎo)開關(guān)設(shè)備。但是,由于電力GIs設(shè)備本身的封閉性,使得故障檢測和診斷相對困難,同時該類設(shè)備內(nèi)部場強(qiáng)又很高,一旦出現(xiàn)內(nèi)部缺陷,極易發(fā)生設(shè)備故障,嚴(yán)重時發(fā)生爆炸,造成巨大損失。到目前為止,國內(nèi)已發(fā)生多起由于電力GIS/斷路器絕緣故障引起的變電站事故,例如韶關(guān)和溪電站的110KV GIS、江門的220KV和500KVGIS、大亞灣的400KVGIS、云南臨滄大朝山500KVGIS等都發(fā)生過絕緣事故。為提高供電可靠性,及時發(fā)現(xiàn)事故的征兆,避免重大事故,同時也是為了減少盲目的定期檢修造成的停電、人力物力浪費(fèi)和可能的設(shè)備損壞,具備一套完整準(zhǔn)確的電力GIS設(shè)備故障診斷與分析綜合系統(tǒng)是非常必要的。
一、設(shè)計(jì)原則
由于GIs設(shè)備本身的特性,除微水等少數(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目外,現(xiàn)行的高壓電氣設(shè)備預(yù)防性實(shí)驗(yàn)方法大多無法用于GIs設(shè)備。一般來講,在電力GIS設(shè)備在現(xiàn)場安裝前,只進(jìn)行耐壓試驗(yàn),驗(yàn)證其運(yùn)輸和安裝過程中是否受損以及檢查其重新組裝的正確性。統(tǒng)計(jì)表明,通過試驗(yàn)的GIs設(shè)備如果存在的一些缺陷,最初可能無害,也不容易發(fā)現(xiàn),但隨著運(yùn)行年限的延長,在開關(guān)操作震動和靜電力作用下,異物碎屑的移動或是絕緣的老化等可能產(chǎn)生局部的放電現(xiàn)象,以致最終發(fā)展為擊穿放電事故。研究表明,GIs設(shè)備內(nèi)部故障以絕緣性故障為多。GIs設(shè)備的局部放電往往是絕緣性故障的先兆和表現(xiàn)形式。
一般認(rèn)為,GIS設(shè)備中放電使SF6氣體分解,嚴(yán)重影響電場分布,導(dǎo)致電場畸變,絕緣材料腐蝕,最終引發(fā)絕緣擊穿。實(shí)踐證明,開展局部放電檢測可以有效避免GIs事故的發(fā)生。針對上述問題,對于電力GIS設(shè)備的故障診斷和分析系統(tǒng)要具有高靈敏度、強(qiáng)抗干擾性,盡量避免設(shè)備的體內(nèi)傳感器。在設(shè)計(jì)上可概括為:按照模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則,通過對電力GIS設(shè)備局部放電現(xiàn)象的研究,設(shè)計(jì)電力GIS設(shè)備故障診斷模型,以及電力GIS設(shè)備通用故障檢測算法和分析決策算法,構(gòu)建由硬軟件結(jié)合的電力GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)。軟件研發(fā)過程采用了面向構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法,為系統(tǒng)日后升級提供了必要條件,同時也為最終實(shí)現(xiàn)一個綜合的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測綜合管理系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。另外,設(shè)計(jì)過程中系統(tǒng)突出資源共享的特性,力求實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)和其他電力軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、信息交換。
二 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
電力GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)在體系上主要由狀態(tài)監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)預(yù)處理與初判單元和服務(wù)器三部分組成。具體結(jié)構(gòu)見圖1。系統(tǒng)通過GI s設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測單元獲得電力G r S設(shè)備運(yùn)行時狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵數(shù)據(jù),上傳至上位主機(jī),在主機(jī)中提取特征信息,進(jìn)行一般的設(shè)備狀態(tài)判別與分類,并將提取的數(shù)據(jù)通過上位主機(jī)借助網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器,建立數(shù)據(jù)庫,通過智能算法對異常設(shè)備進(jìn)行深入的多層次地識別與分析,得出準(zhǔn)確的故障定位與故障種類,同時進(jìn)行趨勢預(yù)測,為診斷決策提供依據(jù),利用分析后的結(jié)論來進(jìn)行設(shè)備維修和更換的科學(xué)合理的決策。
三、系統(tǒng)功能分析
(一)狀態(tài)監(jiān)測單元
該部分主要由氣體密度測量裝置傳感器和局部放電監(jiān)測裝置傳感器等功能模塊組成,監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),完成測量信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換和預(yù)處理。其原理框圖如圖2。其中針對監(jiān)測中抗干擾性、檢測靈敏度,以及滿足避免電力GIS設(shè)備體內(nèi)傳感器的要求,在局部放電監(jiān)測中采用GI S局部放電uHF信號傳感。
(二)數(shù)據(jù)預(yù)處理與初判單元
通過u SB接口接收狀態(tài)監(jiān)測單元的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息,對接收的設(shè)備氣體密度狀態(tài)數(shù)據(jù)同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,若超出正常范圍則報(bào)警;對所接收的局部放電信號進(jìn)行特征提取,并同典型波形進(jìn)行初步比對,進(jìn)行初步判別;將狀態(tài)信息上傳至服務(wù)器,以便建立數(shù)據(jù)庫。
(三)服務(wù)器
在系統(tǒng)中服務(wù)器端主要實(shí)現(xiàn)以下功能:海量數(shù)據(jù)存儲與處理,提取關(guān)鍵特征數(shù)據(jù),對電力GIS設(shè)備進(jìn)行多層次的故障診斷分析。實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備重要參數(shù)的長期狀態(tài)監(jiān)測,進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)存儲。系統(tǒng)不僅要提供GIS現(xiàn)有的狀態(tài),而且還能通過這些數(shù)據(jù)分析各種重要參數(shù)的變化趨勢,識別GIs設(shè)備可能存在的故障}通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將有益于動態(tài)分析的數(shù)據(jù)從大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取出來,形成故障特征數(shù)據(jù)樣本;由淺入深地從不同層面對監(jiān)測到的電力GIS設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)分析。結(jié)合智能化解決方案,對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)分析和趨勢分析,辨別設(shè)備狀態(tài),對存在故障隱患的設(shè)備進(jìn)行跟蹤,適時報(bào)警,做出對電力GIS設(shè)備科學(xué)合理的維修和更換策略。制定維修計(jì)劃、合理地下達(dá)維修工單,根據(jù)系統(tǒng)中得出的設(shè)備狀態(tài)的結(jié)論,實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維修、以可靠性為中心的維修以及狀態(tài)維修等幾種維修模式,合理制定電力GIS設(shè)備檢修。同時,對每次維修的維修成本進(jìn)行總體量化,對電力網(wǎng)絡(luò)中多個GIS設(shè)備的維修做出合理決策。同時將設(shè)備整體情況進(jìn)行實(shí)時分析與決策,以工作單的提交為執(zhí)行主線,對進(jìn)行檢修和維護(hù)人員的工作進(jìn)行規(guī)范,把檢修過程中責(zé)任明確到個人,杜絕事故的發(fā)生。
四、結(jié)論
本文以電力GIS設(shè)備局部放電現(xiàn)象和SF6氣體檢測研究為基點(diǎn),設(shè)計(jì)電力GIS設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測模型,研究電力GIS設(shè)備局部放電模式識別模型和動態(tài)分析決策模型,在此基礎(chǔ)上研發(fā)電力GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用GIS局部放電UHF信號傳感。以滿足監(jiān)測中抗干擾性、檢測靈敏度,以及滿足避免電力GIS設(shè)備體內(nèi)傳感器的要求。在設(shè)計(jì)上按照模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則,通過對電力G Is設(shè)備局部放電現(xiàn)象的研究,設(shè)計(jì)電力GIS設(shè)備故障診斷模型,以及電力GIS設(shè)備通用故障檢測算法和分析決策算法,構(gòu)建由硬軟件結(jié)合的電力GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)。目前國內(nèi)運(yùn)行的變電站電氣設(shè)備在線監(jiān)測裝置大體可分為集中式微機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)和分散式在線監(jiān)測系統(tǒng)兩大類。監(jiān)測功能全面而且在線集成化系統(tǒng)到目前還未見相關(guān)報(bào)導(dǎo)。系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)能夠?yàn)闋顟B(tài)檢修提供科學(xué)依據(jù),提高GIS檢修質(zhì)量。避免GIs突發(fā)事故,提高了供電可靠性}從而減少了因事故停電造成的不必要的電力損失及對國民經(jīng)濟(jì)的影響。

責(zé)任編輯:電力交易小郭
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