电气设备的在线检测

摘 要：随着电网的发展，电力设备的结构也越来越复杂，自动化程度越来越高，各子系统的关系也越来越密切，一旦设备的某个部分在运转过程中出现故障，就很可能中断生产，造成巨大的经济损失，甚至带来灾难性的后果。为确保电力系统安全、经济、稳定运行，对设备故障的在线监测诊断将显得尤为必要。为此，本文作者主要就电气设备实施在线检测要求、步骤进行了阐述，同时通过实例分析得出了其良好的效果。

关键词：电气设备；在线检测

中图分类号：TM76 文献标识码：A

引言

在线监测系统主要由绝缘在线监测装置、避雷器绝缘在线监测装置、断路器在线监测装置组成，并涵盖变电站主要电气设备绝缘状态参数的监测，监测参量多、功能齐全。

电力设备在线监测系统是指在设备使用期内连续不断检查和判断设备状态，预测设备状态发展趋势的系统。系统通过工控机及系统集成软件，对各监控装置的动态参数进行集成，建立变电站设备状态综合数据库，自动生成设备状态参数报表和变化趋势曲线，对设备状态的历史参数进行“横比”缺，趋势分析和相对比较相结合，实现设备状态的初步诊断，为专家诊断系统提供开放性平台，通过网络，现设备的远程/现场状态监测、诊断和评估。

1．实施在线检测的要求:

（1）采用在线监测可以在运行中及时发现发展中的事故隐患，防患于未然。（2）逐步采用在线监测以代替停电试验，减少设备停电时间，节省试验费用。（3）对老旧设备或已知有缺陷、有隐患的设备，用在线监测随时监视其运行状况，一旦发现问题及时退出，最大限度地利用其剩余寿命。 （4）可以使停运损失降低、事故检修费用降低、 设备停电试验、 检修造成的人身和设备事故降低。(5)使得牵引变电所最终实现无人值守。

2、系统主要分为以下几个步骤：

2.1、数据采样

通常实际运行中的自动化系统已经采集了设备运行的状态量，并反映出设备运行情况，该系统先要从中获取诊断对象的状态信息，包括正常与故障的信息量。根据表征设备状态量的各种信号的不同特性而采用不同的信号采集方法，常用的采样方法有：

每次采集一个足够数据处理所需长度的信号样本；

按事前整定的周期进行采样；

利用发生随机故障时的信号突变自动采样

根据故障诊断的特殊要求采取转速跟踪采样、峰值采样等特殊采样方式；

针对不同的电力设备和任务要求其状态监测方法不同。在变压器各类故障中，最常见的就是绕组匝间短路。因而根据变压器各种机械和电气特性，采用局部放电、油中气体分析、振动分析、极化波谱、恢复电压法等方法监测其运行状态。交流旋转电机发生故障的类型不同，故趋向于结合神经网络、小波分析等监测电机的状态。断路器状态的好坏的监测主要采用跳闸轮廓法和振动监测法获得断路器的状态信息。电力电缆只有充分研究清楚各种情况下测量端捕捉到的各个地方反射过来的行波，才能提取有用的暂态信号实现电力电缆单端在线故障测距。这就需要结合先进的数字处理技术，利用小波变换技术取长补短实现故障的在线采样。

2.2、数据处理

首先将采集到的数据进行数模转换、预处理和压缩打包，再经通信路径传输到处理控制中心。通信设备现已广泛应用于电力领域，光纤传输数字信号可较好地抑制干扰，保证信号质量。数据处理中心收到通信线路传输来的状态量数据包后，利用各种不同数学方法对数据解包处理。数字信息技术和智能技术应用到电力设备监测系统的数据处理使电力设备在线监测更加实时准确。

数据处理模块都是基于DCOM技术设计的。DCOM支持多态性，允许通过一系列共用接口，采用相同的方法控制不同的对象。主框架可通过共用接口，采用相同的方法调用，不必编写针对性的特定代码。要采用共用接口描述数据处理模块，先对数据对象有一个统一的描述。PEMDS中，数据对象是根据组织形式进行抽象的，并用接口形式加以描述，如图。

数据根据其元素的维数分为1、2、3维数据等，每种数据都有描述它们的基本接口，如图1

IVectorData是描述2维数据的基本接口，IMatrixData是描述3维数据的基本接口。为消除基本接口差异的影响以便统一处理，PEMDS引入了IDataContainer接口封装基本数据接口。接口包含IDispatch类型的指针，指向不同类型的基本数据接口 ；并有附加信息用以描述数据的其它特性。引入接口屏蔽了基本数据接口的差异,但不能描述一组数据之间的关系。为此引入IPEMDSDataObject接口。该接口含有指向多个IDataContainer接口的指针，描述不同IDataContainer所包含数据之间相互关系的附加信息。

2.3、故障诊断

在线检测系统所采集的数据量很大，这就必须要有高速、可靠的采集及特征提取模块和数据传输总线，发展趋势是采用DSP技术和VXI总线技术。随着信息技术和计算机网络技术的发展，在以往单机监测诊断系统和分布式监测诊断与故障诊断系统基础上，设备远程监测与故障诊断系统的研究受到了国内外研究者的密切关注和重视。基于网络的电力关键设备远程监测与故障诊断系统是未来的发展方向。

设备状态的远程监测和网络化的跟踪。分布式系统的发展以及通信技术在电力系统的广泛应用，使设备诊断技术与计算机网络技术结合，采集设备的状态参数后可远程传送数据，远程协作诊断。

状态监测系统与其他系统联网和集成。如在分布式的监控系统中将状态监测系统与继电保护有机结合。它包括一个以远程监测和故障诊断为核心的开放式、可视化的规范的操作平台。基于网络的远程设备监测和故障诊断系统的“神经中枢”，即设备故障诊断分析软件包，是专家故障诊断层的功能核心；设备监测分析的图形化软件环境为信息集成和业务集成提供优秀直观的人机界面，它采用Labview图形化编程语言及虚拟技术，根据设备状态数据信息，按照不同用户的个性化要求，动态显示设备的运行状态以及诊断知识的表达。

随着传感器技术和信息技术的日益成熟，在智能化理论(如神经网络和专家系统) 的基础上结合信号采集、数据分析为主的计算机辅助监测和诊断技术，可预见电力设备状态监测与故障诊断将进入智能化的新时代。

故障诊断主要包括四个步骤，即信号测取、特征提取、状态诊断和状态分析。在机械故障诊断的发展过程中，人们发现最重要、也是最困难的问题之一就是故障特征信号的特征提取。从某种意义上说，特征提取可以说是当前电力设备故障诊断研究中的瓶颈问题，它直接关系到故障诊断的准确性和故障早期预报的可靠性。为了解决特征提取这个关键问题，对于电力设备故障的特殊性，诊断方法就具有一定的特殊性。随着电站发电容量的增大以及人工智能和计算机技术的迅猛发展，智能诊断方法在电力设备故障诊断中得到了广泛的应用。目前应用较多的智能诊断方法是模糊诊断方法和规则诊断方法。

2.4、数据

数据进行故障诊断之后采用基于扩充的HTTP协议数据模型，服务器端按照HTTP请求方法的不同分为若干模块，HTTP接受到请求报文后，按所请求的方法调用相应的处理模块。由于所用协议是无状态的，为了进一步提高这种方法的效率和性能，在客户端建立了缓冲机制和历史管理，这样，用户每次向前或者向后浏览，不会因同服务器端进行交互而造成性能损害。

3、在线检测技术在电气设备中的应用实例

3.1、变压器

当变压器绕组发生匝间短路，会使变压器的负载铁耗和空载损耗 均增加从而导致总损耗增加，而且对于匝间短路严重程度的不同，此增加损耗也不同，损耗会随着短路匝数的增加而增大，具体的数值依赖于短路故障的严重程度以及过渡电阻大小等因素。

如果能够检测出变压器功率损耗的变化，就基本上能够确定出变压器绕组是否正常以及故障的严重程度，这对电力变压器绕组状态监测和故障诊断提供了一个非常有效的方法，对提高变压器故障诊断的准确率非常有意义。所以可以利用变压器各侧的电压、电流量，计算出变压器的功率，进而得到其损耗的变化，同时，由于变压器在运行过程中，由于负载电流的变化而导致负载损耗的变化，为了不影响判断，可以剔除掉变压器的负载损耗中的最基本的欧姆损耗。

变压器绕组匝间故障后，其功率损耗的增大主要表现在故障相上，由于磁场耦合的关系，非故障相也应该有不同程度的增大，但是不如故障相那么明显，因此可以利用这个特点来进行变压器绕组在线监测的初步定相，即计算变压器原副方绕组的功率，利用功率差进行判断。

3.2、电力电缆

电力电缆实施线检与诊断的主要方法是直流分量法。交联聚乙 烯绝缘电缆交流充电电流中的直流分量是这种电缆存在水树的重要标志，并与电缆中的水树长度、交流击穿电压和直流泄漏电流等绝缘判据有着良好的线性对应关系。因此通过对交联聚乙烯绝缘电缆中直流分量的在线检测便能对其绝缘水树老化程度进行诊断。当直流分量小于1nA时，良好；小于100nA时须密切注意，大于100 nA时，则可判断为坏电缆。从而以此标准来对电力电缆进行在线绝缘检测。

结论

在线监测是集高电压、测试、材料、计算机和通讯为一体的综合性科学技术。它也是综合自动化技术中必不可少的重要组成部分。随着对变电所电气设备在线监测技术的认识和经验的增加，电力系统安全运行的必不可少的监测系统，它将发挥越来越重要的作用。

参考文献

［1］徐大可.监测变压器绕组变形的短路电抗在线测量技术［D］.西安交通大学博士论文，2000.

［2］应顺潮，盛昌达.电力工业推进维修改革的必要性［J］.中国电力，1998，31（4）：66-70.

［3］王乃庆. 绝缘在线监测技术的实用性、经济性和可靠性［J］. 电网技术，1995，19（11）：54-56.