電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷的研究現(xiàn)狀
為保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行需要對(duì)電力設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行在線或離線監(jiān)測(cè)。小編查閱相關(guān)資料整理了目前有關(guān)變壓器、GIS、電纜、設(shè)備外絕緣、發(fā)電機(jī)、電力電容器等電力設(shè)備在狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)方面的研究現(xiàn)狀。伴隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展近些年電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)在監(jiān)測(cè)精度、快速及準(zhǔn)確的故障定位、故障模式識(shí)別等方面取得了較大進(jìn)展。但是在信號(hào)采集的可靠性、數(shù)據(jù)處理的精確性、監(jiān)測(cè)設(shè)備的抗干擾性、合適的狀態(tài)評(píng)估模型等方面還需要進(jìn)一步研究。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與電力設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估、故障診斷之間的結(jié)合也是該領(lǐng)域未來(lái)的研究與發(fā)展方向。
主要內(nèi)容
變壓器
變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷方法分為化學(xué)監(jiān)測(cè)法和局部放電定位法。
化學(xué)監(jiān)測(cè)法主要通過(guò)對(duì)變壓器油中氣體及有機(jī)物的定性、定量監(jiān)測(cè)來(lái)診斷變壓器的工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的化學(xué)監(jiān)測(cè)法主要是通過(guò)溶解氣體分析法監(jiān)測(cè)油中氣體及無(wú)機(jī)物含量這種方法監(jiān)測(cè)靈敏度低。目前逐漸采用的液相色譜和氣相色譜監(jiān)測(cè)靈敏度高但成本較高。
局部放電法一是通過(guò)直接監(jiān)測(cè)電流、電容、暫態(tài)電壓的變化二是通過(guò)間接監(jiān)測(cè)局部放電引起的頻率、聲波、形變、局部溫度的變化來(lái)對(duì)變壓器的狀態(tài)和壽命進(jìn)行診斷和評(píng)估常用的局部放電監(jiān)測(cè)方法比較如表1所示。但是局部放電監(jiān)測(cè)目前還很難準(zhǔn)確定位的到局放發(fā)生位置需要進(jìn)一步在信號(hào)的去噪、抗干擾等方面加強(qiáng)研究。
GIS
GIS中的局部放電及放電時(shí)的分解產(chǎn)物有可能造成絕緣老化甚至損壞。針對(duì)GIS使用過(guò)程中極易發(fā)生的絕緣故障需要對(duì)局部放電特征開(kāi)展表征和研究從而進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確定位。相關(guān)研究表明導(dǎo)致GIS局部放電的主要缺陷類型有電暈放電、表面放電、內(nèi)部放電、懸浮電位放電等四種。針對(duì)軸突、尖刺、金屬顆粒等不同故障類型學(xué)者們紛紛提出了不同的局部放電表征模型和監(jiān)測(cè)方法。
目前針對(duì)帶電監(jiān)測(cè)的UHF法、TEV法以及非帶電監(jiān)測(cè)的超聲法、紅外法、光學(xué)法等幾種監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍已有比較詳盡的介紹有學(xué)者已對(duì)不同電壓類型的GIS場(chǎng)脈沖耐壓測(cè)試進(jìn)行了歸納并針對(duì)最近研究進(jìn)展表征了監(jiān)測(cè)精度和特征。其中SF6產(chǎn)物監(jiān)測(cè)法是一種新型復(fù)合監(jiān)測(cè)手段其特征和機(jī)理有關(guān)文獻(xiàn)已進(jìn)行了說(shuō)明不同溫度范圍下SF6產(chǎn)物的類型和含量。有學(xué)者還提出了采用環(huán)保氣體取代溫室氣體的可能性和亟待解決的問(wèn)題。
電纜
電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷主要有在線和離線兩種方式。目前分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)（DTS）、護(hù)套電流監(jiān)測(cè)、局部放電等在線監(jiān)測(cè)手段得到了較好的發(fā)展和應(yīng)用。
DTS可以實(shí)現(xiàn)分辨率0.01 ℃、誤差范圍±1 ℃、空間分辨率1 m及測(cè)試長(zhǎng)度30 km的測(cè)量。但是DTS系統(tǒng)空間分辨率低容易受到環(huán)境溫度、濕度等影響需要進(jìn)一步研究解決。
護(hù)套電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是針對(duì)電纜的外絕緣狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)近年的研究已經(jīng)獲得了一整套基于護(hù)套電流監(jiān)測(cè)的電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障快速定位系統(tǒng)。但是由于電纜敷設(shè)回路的增多給護(hù)套電流的準(zhǔn)確提取帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。同時(shí)未來(lái)需要進(jìn)一步加強(qiáng)護(hù)套電流和故障種類之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究。
電纜的局部放電（PD）的頻率范圍分布在100 MHz~1 GHz之間放電量可達(dá)到1 000 pC。電纜局部放電測(cè)試的難點(diǎn)之一是如何將局放信號(hào)準(zhǔn)確的耦合到局放測(cè)試系統(tǒng)中。近些年超高頻（UHF）傳感器、高頻電流傳感器（HFCT）、電容耦合傳感器（CC）等在抗干擾及去噪方面有較大優(yōu)勢(shì)而得到快速的發(fā)展。電纜局部放電測(cè)試的另一個(gè)難點(diǎn)是如何確定局部放電點(diǎn)來(lái)自于交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)的哪一項(xiàng)針對(duì)此問(wèn)題通過(guò)建立模型可以區(qū)分和確定局放點(diǎn)的來(lái)源。今后電纜局部放電的研究應(yīng)該致力于局放點(diǎn)的精準(zhǔn)定位及電纜局部放電量和電纜剩余壽命之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
外絕緣
通過(guò)對(duì)絕緣子的污穢在線監(jiān)測(cè)可以獲得絕緣子動(dòng)態(tài)的污穢積聚數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)絕緣子沿面閃絡(luò)的早期預(yù)警和和污閃診斷。目前已經(jīng)研發(fā)出多種類型的裝置用于在線監(jiān)測(cè)絕緣子外絕緣狀態(tài)各種設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)及技術(shù)改進(jìn)如表2所示。隨著電壓等級(jí)的提高和覆冰、霧霾天氣等因素的影響輸變電設(shè)備外絕緣污閃治理面臨更大的考驗(yàn)。未來(lái)的研究重點(diǎn)應(yīng)集中在提高特殊氣象條件下絕緣子污穢監(jiān)測(cè)完善污穢狀態(tài)評(píng)價(jià)模型發(fā)展污閃預(yù)測(cè)模型。
發(fā)電機(jī)
發(fā)電機(jī)故障往往不是純機(jī)械或電氣故障而是多類型故障的綜合對(duì)其施實(shí)監(jiān)測(cè)比較困難。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：定子振動(dòng)、空氣氣隙與磁場(chǎng)強(qiáng)度、絕緣與局部放電參數(shù)、定子鐵心溫度、轉(zhuǎn)子磁極溫度等。
國(guó)內(nèi)對(duì)發(fā)電機(jī)空氣氣隙的監(jiān)測(cè)應(yīng)用方面還相對(duì)落后一般是在機(jī)組安裝調(diào)整過(guò)程中用塞尺對(duì)氣隙作定點(diǎn)靜態(tài)測(cè)量而對(duì)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)的氣隙監(jiān)測(cè)很少。需研究如何根據(jù)氣隙監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行氣隙偏心診斷判定問(wèn)題磁極位置發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)潛在故障。
局部放電的測(cè)量目前需深入研究如何提高水輪發(fā)電機(jī)組局放監(jiān)測(cè)的抗干擾能力以及從大量局放監(jiān)測(cè)信號(hào)中正確識(shí)別、分離局放信號(hào)、定位局放信號(hào)。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測(cè)一種方法是埋入測(cè)溫電阻裝設(shè)多個(gè)小碳刷將信號(hào)引出但會(huì)給發(fā)電機(jī)運(yùn)行帶來(lái)隱患且工藝難以實(shí)現(xiàn)；另一種方法是利用勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓的關(guān)系求出轉(zhuǎn)子線圈電阻計(jì)算轉(zhuǎn)子平均溫度但結(jié)果誤差較大。
故障診斷方法經(jīng)過(guò)歷年發(fā)展經(jīng)歷了以傳感、測(cè)試技術(shù)為基礎(chǔ)，以信號(hào)處理技術(shù)為手段的傳統(tǒng)故障診斷階段未來(lái)將會(huì)面向基于知識(shí)學(xué)習(xí)的智能診斷進(jìn)一步發(fā)展表4給出了常用智能診斷方法優(yōu)缺點(diǎn)。
電力電容器
電力電容器在改善功率因數(shù)提高電壓質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面起著重要的作用。但是由于長(zhǎng)期工作電壓短時(shí)過(guò)電壓以及環(huán)境因素的影響電力電容器可能出現(xiàn)諸如鼓肚高溫升絕緣老化或者異常噪聲等現(xiàn)象。因此需要對(duì)電力電容器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷。對(duì)電力電容器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要從電壓泄露電流介質(zhì)損耗相對(duì)介電常數(shù)局部放電溫度以及振動(dòng)噪聲幾方面展開(kāi)的。
目前監(jiān)測(cè)相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗的方法有Schering電橋、過(guò)零比較法和諧波分析法這些方法中諧波分析法不受高次諧波和硬件電路的零漂影響而被廣泛應(yīng)用。
局部放電的監(jiān)測(cè)方法有脈沖電流法超聲波法振蕩波監(jiān)測(cè)法。
溫度監(jiān)測(cè)方法可以為電力電容器的壽命預(yù)測(cè)提供參考實(shí)驗(yàn)證明，彈簧試驗(yàn)機(jī)電力電容器的壽命與溫度呈現(xiàn)8 ℃規(guī)則。
電力電容器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
隨著特高壓直流輸電和智能電網(wǎng)的飛速發(fā)展，以及電力電子器件的廣泛應(yīng)用電力系統(tǒng)對(duì)電力電容器的工作性能提出了更高的要求。因此實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地掌握電力電容器的工作狀態(tài)已經(jīng)成為保障電力電容器的正常運(yùn)行一種必要手段。此外隨著物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展電力電容器的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)將不再僅僅局限于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的特征量監(jiān)測(cè)而是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)將實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)并通過(guò)有效的專家系統(tǒng)形成準(zhǔn)確可靠的狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果。通信技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展也將推動(dòng)狀態(tài)診斷方法的發(fā)展將形成用于處理電力設(shè)備工作狀態(tài)的虛擬醫(yī)院。此時(shí)虛擬醫(yī)院能夠根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果給出有效的解決措施。
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