硅谷杂志:对变电设备状态检修技术的探讨 |
| 2012-11-10 18:19 作者：严 波 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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[硅谷网11月10日文]据《硅谷》杂志2012年第17期刊文称，随着电力事业的不断发展，人们对电力的需求和要求也逐渐在增高。目前，在电网设备运行的过程中，不仅要具有安全性、可靠性，还要具有一定的稳定性。而变电设备状态检修技术就是针对变电设备在运行过程的状态监测和预测，以及故障诊断等预防性的技术策略。通过简要介绍变电设备状态检修技术的支持及决定性因素，对变电设备状态检修技术的应用进行分析，并以物联网技术的电力变压器状态检修为例阐述变电设备状态检修技术。
所谓变电设备状态检修，就是结合计算机和电力技术、检测技术，以及诊断技术等为一体，在监测变电状态设备的基础上，通过监测和分析后所进行检修的一种综合性技术。该设备的检修不仅能够及时排除和处理隐患，还能够降低检修成本的同时，大大提高设备的使用寿命和运行的可靠性，以及安全性。虽然，我国变电站设备状态检修已经得到发展，但是由于缺乏总体策略上的研究，因此，状态检修依然处于初步发展的阶段。
1变电设备状态检修技术及决定性因素
1.1变电设备状态检修技术
变电设备状态检修技术主要分为：对设备状态的监测和故障诊断、状态预测三点。其中，变电设备状态监测可以通过在线、离线，以及定期解体点检的方式进行监测。在变电系统中，利用监测设备在线显示设备的工作状态和相关参数，并实时监控和了解设备运行的状态，或是定期、不定期利用变电设备监测仪器对设备相关运行参数进行提取，甚至在变电设备停止运行和检修的时候，采用对设备解体检验的方式，对设备内部的使用和变化情况进行检测；而故障的诊断可以通过比较和综合法进行诊断。前者是利用振动等多种诊断技术，结合以往诊断结果的比较分析所进行的诊断，后者是对变电设备系统进行诊断。变电设备状态的预测有两种状态预测模型：基于灰色系统和BP神经网络，针对短期预测和磨损型的预测。两者相比BP神经网络的预测适用性和容错性更强，以及拟合精度更高等。还能够根据设备环境的变化，对设备运行进行跟踪。
1.2决定性因素
由于变电设备状态检修是建立在监测和故障诊断的基础上实施的检修。随着电子和计算机、数字信号处理和智能，以及传感和故障诊断等先进技术的运用，使变电设备状态检修得到了快速的发展。
变电设备最主要的决定性因素在于状态监测和检修决策。只有通过对状态的监测，才能获取更多的信息为状态检修提供条件。例如：在监测到设备出现异常，而且该异常有不断发展恶化的趋势，那么就能够被认定为有发生故障的可能，随着异常恶化的进度，故障发生可能性就会逐渐增大。当变电设备状态监测到状态信息后，由检修决策来进行分析，并根据变电设备目前现状和运行，在引入诊断专家系统的条件下制定最佳的可行方案进行设备检修计划与流程优化。
1）网络化设备的二次运行
变电站设备的二次运行常规来说都是由标准化、模块化的微处理机技术来设计制造的。一般的设备有电压无功控制、故障录波装置、量控制装置、远动装置、同期操作装置、继电保护装置、在线状态检测装置等，这些设备采用高速网络通信进行连接，只有通过网络才能实现二次设备的数据、资源共享。
2）管理系统的自动运行
数字化变电站的运管系统先进性就在电力生产运行数据自动化，状态记录统计人性化；当变电站运行出现问题时，该系统可以快速地给出分析报告，分析问题起因，合适的处理方式；系统在问题解决以后能主动报告变电站的设备检修情况。
3）智能化设备的一次运行
采用微处理器和光电技术设计的设备中通过一次信号回路和被控制的操作驱动回路检测，这样即简化了原有的常规机电式继电器及控制回路的结构，也取代了传统的导线连接开始使用数字程控器及数字公共信号网络。变电站二次回路中常规的继电器和其逻辑回路被可编程控制器所代替，一般的强电模拟信号和控制电缆通过用光电数字和光纤来进行更换。过程总线通信指的是过程层与间隔层之间利用交换式以太网的串行通信方式，站级总线通信指的是间隔层与变电站层之间的串行通信方式。
2变电设备状态检修技术应用
2.1变压器
在变电设备状态检修技术中，对变压器状态监测常用的监测方式有三种：气体分析、局部放电，以及频率响应。气体分析是通过对油中气体的成分和含量等进行分析达到绝缘诊断；局部放电是通过局部声光学检测等，检测设备是否出现老化；频率响应分析是通过对变压器绕组变形的检测。由于绕组如果出现移位，那么电感与电容就会发生细微的变化，因此，只有通过频率响应才能检测到变压器绕组发生微弱变化的状态。
2.2断路器
断路器常常出现拒动和误动、发出异常响声和过热、着火和爆炸，以及分合闸中间态等故障。例如直流电压过高或过低、合闸回路元件接触不良、合闸线圈层次短路等都会造成断路器拒动，另外如果合闸接触器卡滞等功能故障也能造成断路器拒动。根据统计显示，一般机械故障在所有故障中占到很大的比例，因此，机械故障一般放于监测的重要地位。
2.3隔离开关
在隔离开关中，设备常常会出现载流接触面过热和接触不良等故障，并多集中于触头或接线座中。隔离开关在设计上本身具有不少缺陷，导致载流接触的面积裕度小。同时，较多的接触性环节使设备极容易出现接触不良的现象。例如由于制造工艺方面的问题使得隔离开关合闸不到位，易造成接线座过热；另外由于制造以及现场安装不良，使得在进行刀闸大修时总能发现接线座与触指臂连接的紧固螺母松动。
2.4互感器和GIS
在互感器中，常常出现绝缘热击穿和局部放电损坏，以及受潮等故障。互感器既要承受高电压，又要通过强电流，一旦出现故障就会出现绝缘热击穿。下U型卡子如果过紧就会改变电容屏间的电压分布，并出现较强的局部放电，若处理不够及时就会造成整个电容芯棒发生绝缘裂解击穿的事故。受潮容易引起互感器绝缘劣化，而且互感器的U型电容芯棒离油箱很近，当芯棒受潮严重时，在长期强工作量的情况下，电容屏很容易被击穿而导致整个电容芯棒被击穿，从而发生爆炸。
虽然GIS可靠性已经有了很大的提高，为了方便的检修和维护，可以从以下几个方面进行监测：气体监测和断路器电寿命和机械特征的监测，以及局部放电的监测。
3以物联网技术的电力变压器状态检修为例
由于物联网技术的电设备状态检修不仅能够支持多种先进智能感知设备，例如：X射线和红外监测窗口等；方便数据传输和存储，利用光缆避免外界电磁干扰，并通过无线传输随时传送到主站，直接传输和存储，还拥有智能专家系统提供决策。其中，变压器状态检修主要包括以下三个层面：
1）感知层。就是在物联网中所获取的数据信息。主要就是通过在传感器的作用下实现信息的感知。虽然变压器的状态监测与检修拥有电压和电流信息，并放置多种传感器，但是光依靠传感器获取信息是不够的，有些信息还是需要检测装置来完成，比如气体含量、漏油等状态。如下图所示：
变压器状态检修感知层
2）网络层。主要由光缆、光缆机组成。整个系统采用了分级控制的技术，不同的主站和主机各自处理自己收集到的信息，有些运行状态缓慢、长期工作的变电站中网络层存储和提取功能显得非常的重要。
3）应用层。主要是为管理人员提供变压器检修策略，为检修提供理论的参考依据。在电力系统中变压器的地位非常重要，而且设备的投入费用以及维修费用都很昂贵，所以对变压器的检修就要仔细、慎重，不仅要保证变压器的正常运行，还要不断提升变压器的效率，于此同时要避免检修时出现的停电或者负荷损失的状态。
在使用传感器和监测装置获取设备信息时，要考虑到设备自身的情况。在振动传感器中，由于外界环境的影响，比如风吹、雨雪等天气原因，引起传感器的变化，就要结合将母线、线路上的情况综合考虑进去；而对于温度、湿度等原因引起的传感器变化，就要将不同的传感器的数据进行综合的处理，采用人工智能专家系统进行分析，决定最后的检修策略。
总而言之，由于变电设备的种类复杂，而且其运行的现象千变万化，产生的原因也各不一样。对变电设备状态进行检修主要是为了能够及时和有效的监测设备运行状态，并解决潜在的故障问题。因此，变电设备状态检修技术是提供高校电网的重要依据。由于电力体制的改革，传统的定期检修已经无法满足目前电力系统的需要，因此随着在线监测技术和多项技术的不断发展，以及数字化变电站的发展，状态检修逐渐被广泛应用。不仅提高了设备技术的性能，而且还保证了变电设备的安全和稳定、可靠的运行。
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