电力系统设备状态监测与故障诊断技术

林伟

【摘要】在进入新时代之后，我国的科技取得了快速发展，各项技术设备投入到生产和生活当中。这些技术设备对于电力拥有很高的依赖，所以应当保证电力系统的稳定性与可靠性。只有保障电力系统的完善，才能够避免出现大范围的供电事故，保证人们生活和生产的稳定进行。电气设备的运行情况会直接影响到电力系统的稳定性，因此，要求人们做好电气设备的检查与维修工作。对电气设备的运行状态进行密切监测，及时发现问题和解决问题，降低故障因素造成的负面影响。

【关键词】电力系统;设备;状态监测;故障诊断技术

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.33.098

高压输电线路是电力输送的关键，尤其是在智能电网的核心构成中，为了满足较大范围和规模的供电需求，必须确保高压输电线路达到标准的运行要求。电力设备运行状态在线监测系统具有科学的监测作用，可以对电力设备的运行状态进行持续的和实时的监测，为了达到更好的监测质量和效果，需要加强对电力设备运行状态监测系统的设计，针对多元化的监测需求，不断完善系统的监测技术。但技术的提高受到较多因素的影响，导致较多的系统问题，不仅无法达到监测标准，还会造成电力设备运行故障，所以更要注重电力设备运行状态在线监测系统设计的可实现性。

1、状态监测与故障诊断的必要性

为了保证电力系统安全运行，需要对整个系统的设备状态进行严密的监测并需要拥有良好的故障诊断技术。在电力设备的具体运行过程中，难以避免的会由于各种外部因素和内部因素的影响出现相关故障;同时，由于电力系统的长期运行，建设材料难以避免的会由于电热气候等原因出现老化，一旦电力系统发生故障，有可能造成的后果就是区域性的停电，严重时甚至有可能引起大规模停电，造成非常重大的损失。为了避免相关故障的发生，电力企业必须能够有效地对整体设备和相关系统进行状态监测，同时对可能发生的故障进行正确诊断。

按照传统的检测方式，相关工作人员需要对整个电力系统的装置及运行状态数据进行记录，对相关参数进行控制，分析采集得到的数据与状态进行评估，最后得到检验结果。整个状态监测与故障分析的基本步骤都是首先进行数据采集与分析，根据分析的结果进行设备的特征提取，完成对整体状态的评估。通过这些步骤，可以有效地对整个系统运行数据进行收集和资料积累;通过详细的数据记录，建立起科学的分析模板，可以及时发现并处理可能存在的问题，确保整个系统的安全运行，防止故障发生;最后，通过相关的监测与控制，完成对设备的测评和结果的有效分析，达到预测系统出现工作异常的目的。

2、电气设备状态检测与故障诊断系统组成

2.1硬件系统

设备发出信号量反馈给红外测量单元，中央处理器在接收信息和处理信息的过程中，会将红外辐射信息输送至检测器当中，转换器将这些信息转换成电信号，使接收处理器能够进行使用。与此同时，这些电信号会在系统当中进行放大、补偿以及线性化，这些已经转化为电信号的信息会再次输送至中央处理器当中。激光系统会运用集中式红外探测器来测量和距离远距离目标，在测量过程中需要保持精准度，中心点精确定位信号。通过放大器、滤波器、积分器和线性化电路进行处理。在这项系统当中，激光辐射信号也可以被转化成为电信号，进而使其在系统当中能够得到更好的运用，中央处理器作为整个系统的核心组件，需要保障中央处理器设施与配备的合理性与科学性。选择微处理器单元的过程中，应当选取PC/104模块，这样的模块拥有体积小、功能强、低耗能的优势。

2.2软件系统

一般情况下，软件系统会包括记录系统和专家系统。记录系统在此过程中，主要负责处理器通信的系统，能够对各项数据进行整合与分析，实现收集和存储，并将各项数据传输至数据库当中。专家系统主要负责分析和推断数据。通过开发诊断功能来制定科学合理的维护计划，保障整个系统的安全稳定运行。专家系统通常是由知识库和规划库共同组成，结构由BNF代表。规则库则是由故障树的形态进行展示，能够表达相关数据的领域知识。数据库主要包括动态和静态两种数据库形式，动态数据库主要被用于诊断动态信息，静态数据库则是主要被用于专家推理信息。通过动态与静态两个数据库的结合，能够有效提升对设备运行状态的动态监管，保障整体工作效果。在设计软件的时候，专家软件通过混合推理的方式进行诊断，主要形式为在线诊断和离线诊断。在线诊断时会运用到实时数据来进行分析处理，并且最终得到故障诊断结果，而离线诊断方式通常会使用人机界面来进行故障诊断。

3、电气设备状态监测与故障诊断技术的方法

3.1变电站运行环境监测

针对变电站运行环境的监测需求，以安全和视频防护监测为主，通常是无人值班監测系统，可以在减少人力资源的基础之上，达到更加准确的实时监测、出入口监测、防盗报警和火灾预警等监测目的。主要通过红外线、紫外线和电子烟感等技术，收集变电站内环境温度、变电站外环境温度和风速雨量等数据信息，记录变电站可能产生的明火、漏电、烟雾和进排水等情况。监测到的数据经过通信网络向子站系统传输，最后由集控中心对全部数据信息进行分析和处理，达到密集型排查电力设备运行状态监测效果。

输电网环境监测信息内容较多，以变电站运行环境监测最为关键，当数据信息异常表示变电站存在故障问题时，可通过远程视频监控终端，窗口自动切换，将报警信号和图像传输，并自动确定报警位置和类型，还可与警笛或照明等设备联动，强化监测系统的警示意义。险情的监控和自我检查需求，可通过视频单元系统实现，对事故地点和实际情况进行全方位的智能化跟踪。

3.2监测设备的供电

监测设备的供电必须严格遵守供电要求，尤其是杆塔上实用电池存在更换难度较大的问题。既不能悬挂较长的导线，也不能从高压输电线路取电，可以采用安装节点的方式，通过太阳能供电系统，为监测子站和部分图像传感器节点提供所需电能。主要在于太阳能供电系统可以通过光照满足设备的持续供电需求，但要注意电池容量的选择，可以根据设备的功耗和连续阴雨天数等实际情况，计算出免维护铅酸蓄电池的所需容量。电池组件也必须根据实际情况选择，包括发电量、电池电压和设备功耗等情况，供电系统的体积和重量需要根据杆塔在抗风和承重等情况设计，才能确保太阳能供电系统达到供电要求。为避免对导线造成损伤等不良影响，采用电磁感应供电的方式设置导线温度监测节点。为防范输电线路荷载不足或继电保护跳闸等情况引起的断电现象，在设备上加装电磁感应供电的蓄电池。

3.3发电机的状态监测与故障诊断技术

在当前的电力系统当中，发电机会长期进行高负荷的运转。因此，需要对发电机的运行状态进行密切的监测，全面了解发电机在运行过程中可能存在的安全隐患，并且及时发现早期出现症状的故障，针对故障进行综合性分析，了解故障发生的原因以及可能造成的影响，对其进行针对性维修，避免故障扩大化造成较为严重的后果，保证电能供应的稳定性与安全性。及时发现和排除故障问题，能够有效降低故障对发电机本身的危害，有效延长发电机的使用寿命，在当前阶段，世界范围内的发电机监测通常是通过FOVM或者GCM来完成。这些设备可以有效对发电机的运行状态进行实时监测，如果出现了异常情况会及时进行预警报告，工作人员能够根据预警报告的类型，采取相应的措施，促进异常情况的有效解决，保证发电机运行状态的稳定。

发电机运行状态监测系统会将发电机在正常运行状态过程中产生的各项参数和相应的指标进行充分记录，并且保存在数据库当中。在监测发电机运行状态的过程中，会将当前产生的数据与数据库中保存的数据进行对比分析，审视发现机是否保持正常的运行状态。如果发现了异常情况，需要及时反馈到相应的故障诊断系统当中进行综合评估与分析，判断故障产生的类型以及影响范围。系统发出不同级别的警告，使相应的工作人员能够根据警告类型来判断故障类型，进而及时采取有效的解决措施，制定合理的维修方案。发电机故障检测与诊断系统，可以将发电机多方面的数据进行多方位的分析，进而掌握其运行状态和健康状况，做出准确的故障判断以及等级评估。

3.4避雷器在线检测

电力设备运行状态在线监测系统中，避雷器在线检测的重要性较高。尤其是氧化锌避雷器能达到高于阀型避雷器的保护性能，使被保护设备的绝缘水平大大降低，提高运行可靠性，减少成本投入。大部分电力系统以氧化锌避雷器为主，但由于当前的氧化锌避雷器不再会有间隙，电流在运行过程中由氧化锌阀片经过，增加了阀片的劣化速度和程度。当无串联间隙避雷器产生故障时，严重程度更高于有串联间隙避雷器，为了減少故障的发生和影响，必须重视氧化锌避雷器监测。

较大的电容量是氧化锌阀片的主要特点，电容电流是在运行电压下经过阀片的电流。氧化锌阀片正常运行过程中，通过电阻R的微小电流为数十微安，但有几百微安以上的电流ic通过阀片电容C，阻性分量在正常情况下达到5%～20%的全电流占比量。氧化锌避雷器在线监测的主要目标是对泄漏电流的监测，避免氧化锌阀片老化导致过大的运行电压电流，确保设备运行整体安全。

结论：

对电气设备运行状态进行监测，能够全面掌握相关设备的运行状态，及时发现和解决运行过程中的异常情况，对异常情况和故障因素采取应对措施，降低故障扩大的可能性。实现自动化设备管理能够保障电力设备安全运行，使其保持稳定与高效。

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