变电站设备状态监测系统研究

武晓强 李建军 柴 琳

国网河南省电力公司偃师市供电公司

变电站设备状态监测系统研究

武晓强 李建军 柴 琳

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变电站是实现电能集中分配与电压电流变换的场所，在输配电系统中具有极其重要的地位。因此当变电站发生故障时，需要相关运行人员快速准确地定位故障区域，识别真正的故障元件并将其隔离，从而快速恢复非故障区域的正常运行。基于此，本文将着重分析探讨变电站设备状态监测系统，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

变电站；设备；状态监测

1、变电站设备状态监测系统

1.1 硬件系统

在红外测量单元中，设备的运行状态会发射相应的能量，经过系统的收集和处理分析后，会将红外辐射信息输送到探测器中，之后通过转换器转换成为电信号，输送到处理器中，同时经过系统的放大、补偿以及线性化处理后，将信息传送到中央处理器。

激光系统具有集中性，可以运用红外探测器测量远距离的目标，在测量的过程中，可以精确的定位中心点，通过前置放大器、滤波器、积分器以及线性化电路来实现对信号的处理，将激光辐射信号转化成为电信号。

中央处理器是系统的核心组成部分，微处理器的运用中，主要采用PC/104模块，具有体积小、功能强以及功率低等特点，显示器采用真彩平板，具有较高的使用性能。通过硬件系统，可以实现对数据的收集和存储。

1.2 软件系统

在软件系统的设计中，主要包括记录和诊断系统，记录系统是于处理器进行通信的系统，可以实现对数据的收集和存储，将相关数据输送到数据库中。专家系统是对数据的分析和推理，制定出诊断功能，从而制定科学的维修计划。

专家系统主要由知识库和规则库组成，其结构形式由BNF表示，规则库是通过故障树的方式来进行表示，可以表达相关领域知识。

数据库主要包括动态和静态两个数据库组成部分，动态数据库是用来诊断的信息，静态数据库是专家推理信息，通过两个数据库的结合，可以实现对设备运行状态的动态监控。

在软件设计中，专家软件时通过混合推理的方式来进行诊断，其主要包括在线诊断及离线诊断两种形式，在线诊断方式是通过实时数据时间处理分析，最终实现对故障的诊断，离线诊断方式是利用人机接口，实现对故障的诊断。在系统的设计中，硬件系统与软件系统是系统的重要组成部分，两者共同构成了系统的监测与诊断功能。

2、智能变电站设备状态监测

2.1 智能变电站状态监测由站控层设备、间隔层设备、过程层设备组成。过程层设备负责直接采集一次设备运行状态信息，主要由各种传感器设备组成；间隔层设备负责按间隔对设备汇集过程层设备采集的状态信息并做初步诊断分析，将采集数据及诊断结果按变电站设备在线监测II借口规范组织并上传至站控层设备，主要包含各种一次设备智能组件和监测IED；站控层设备负责汇集全站在线监测数据及初步诊断结果，对站内各一次设备运行状态进行综合诊断分析，给出检修建议，并对监测数据及分析结果进行机组展示和历史数据保存，供远方主站调用。目前广泛采用的在线监测技术主要有：变压器油中溶解气体监测；变压器特高频局部放电监测；变压器铁芯接地电流监测；GIS特高频局部放电监测；金属氧化物避雷器绝缘监测；断路器机械特性监测；SF6微水密度监测。

2.2 状态监测综合应用服务器对外提供统一的基于IEC61850的通信接口，对各种在线监测装置进行数据采集、处理、分析、保存和诊断，并将信息上送到调度。综合应用服务器软件主要功能包括使用IEC61850介入各类监测数据；对变压器的监测数据，如气体含量、局部放电、套管介质损耗、铁芯电流等进行综合状态诊断；电流互感器、电压互感器等设备的绝缘诊断；根据监测的泄露电流，阻性电流等进行状态诊断；对监测到的开断电流、分合闸线圈电流、行程等进行状态诊断；提供各类数据查看、分析、诊断等。在新一代智能变电站中，综合服务器除对一次设备进行在线监测数据接收和处理外，还要接收过程层二次设备监测数据，通过SNMP接收过程层网络交换机的网络状态信息，通过动态记录装置接收保护装置的状态诊断结果等。

3、变电设备故障诊断技术

变电设备的故障诊断为电力系统维护人员提供了决策参考。但是，在工程实际应用中，由于存在编码不全、编码边界太绝对等不足，在没有专家经验保驾护航时，常常会出现失误。目前，出现了多种以人工智能技术为基础的变电设备故障诊断方法，比如专家系统、神经网络、模糊数学、决策树、范例推理、聚类分析、粗糙集理论、支持向量机、灰色系统理论和克隆选择算法等，以弥补传统诊断方法的不足。其中，专家系统可以充分利用专家学者的经验进行逻辑推理。这些技术的出现较好地弥补了传统诊断方法的不足，提高了诊断结果的准确性。

变电设备状态监测与诊断技术的前提就是在线监测技术。变电设备状态检修在我国的提出时间比较晚，相关研究应用也没有欧美国家成熟，但越来越多的学者、专家开始关注和研究此类课题。一些国内大型发电厂也已经比较全面地安装了成套先进的传感器装置，并结合计算机网络组成了一定规模的状态监测系统。目前，该设备已经达到了先进水平。近几年，智能变电站的出现也为将来变电设备状态监测与诊断提供了一些新的视角和思路。这表明了状态检修的发展方向。本文对此课题的探讨也是基于目前现状的分析，在今后的工作中，势必还要对相关内容进行创新，进而不断提高其服务水平。

4、结语

总而言之，随着我国改革开放步伐逐渐加大，电力行业的快速进步促进了电网规模的增大，各地区电网的联系更加密切。随着电网规模不断扩大、结构愈加复杂、区域间互联愈加紧密，变电站故障处理对变电站状态监测提出了更髙的要求。这就使变电站的设各故障对输配电系统造成很大影响，甚至导致严重事故，在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。

[1]张金江，郭创新，曹一家，孙旻，辛建波，钱维忠，杨健.变电站设备状态监测系统及其IEC模型协调[J].电力系统自动化，2009，20：67-72.

[2]刘建锋.基于虚拟仪器和IEC61850标准的变电站设备在线监测系统的研究[D].华中科技大学，2008.