浅析电力系统设备状态监测的概念及现状

刘灏

（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州 516001）

电力行业已经成为当前我国社会整体生产以及生活的关键所在，其对于社会整体的发展起着不可取代的作用。要想使得电力供应实现稳定、健康、持久的运行，那么就务必要做好电力系统设备状态监测技术的研究，而这一技术的研究已经成为当前电力行业发展的首要问题。电力系统设备状态监测技术对于整体的电力行业起着至关重要的影响，首先，电气设备是各个电力企业进行生产过程中所必须使用的，而状态监测技术能够有效地监测此类电气设备在运行的过程中是否出现异常的情况，以确保企业整体的稳定运行，对于电力企业来说，各类设备繁多，种类多样，任何一个设备出现了问题，都会导致大面积的停电，从而为电力企业以及社会带来巨大的损失。其次，电力设备在日常运行过程中难免会出现磨损、老化、异常等情况，而这些都需要企业投入一定的资金成本，做好检修的工作，又因为电力供应的特殊性，因此这些电气设备是一直处于运行的过程中，那么，一旦出现问题，便只能断电检修，这对于整体企业来说是一个较大的损失，不仅仅会影响企业的生产效率，并且还会影响社会的生产生活，从而对电力行业的整体发展造成影响。

1 电力系统设备状态监测的概念

1.1 电力系统设备状态监测的概念

电力系统设备状态监测，是指在电力电气设备整体的运行中，对设备相关内部的数据进行实时有效的监测，通过对数据的进行监测，以此来提取设备可能出现的故障以及出现故障的表现，对于设备整体的运行状态进行有效监测的一项技术。使用此类监测技术可以对设备的运行状态进行有效的探测，一旦当设备出现异常时，能够快速地通知相关人员，对于可能出现的异常问题以及相关的问题隐患进行快速的排查，从而减少电力系统设备在实际运行过程中出现安全事故的情况，为设备稳定、健康地运行提供有效的助力。在对电力设备进行状态监测的过程中，通过对设备整体或某一关键部位的相关特征开发具有特殊用途的设备，并且利用数据采集以及详细分析的方式，对设备在将来运行时可能出现的状态进行有效的预测。电力系统设备状态监测主要是对设备电力系统设备在日常工作中进行检测与维护，对可能出现的问题进行提前预知，在传统的电力系统设备检修的过程当中，总是以计划周期来进行固定的检测维修，这种传统的方式与电力系统设备状态监测技术相比比较死板，只有在特定的时间才能够对电气设备的整体状态进行检测维护，排除可能出现的问题，但是在计划检修的空余时间中，设备在这个阶段也可能会出现其他的隐患问题，一旦在这一间隔内出现了相关问题，那么就会使得电力设备的运转停滞，从而影响电力设备整体的运行，因此传统的电力设备检测技术并无法满足电力系统整体稳定地运行要求状态，电力系统设备状态监测技术刚好能够满足这一要求，极大地提高了灵活性，可以说，并没有任何的计划周期进行检测，而是在无时无刻地进行检测，一旦设备出现了异常的问题，检测技术能够快速有效地发出预警，并且对相关人员指出发生问题的设备具体的情况，使用这种监测技术，相关人员可以快速地赶赴问题设备处进行检修，将这种状态监测技术应用至电力系统设备中，可以有效地提高设备运行的效率，减少甚至是完全避免设备出现故障停止生产的情况，从而更好地提高电力系统整体稳定、运行，推动电力系统健康稳定的发展。

1.2 监测系统的主要组成

为了实现电力设备实时有效的检测以及相关故障的预警，最重要的就是要对监测的对象建立一个科学合理的物理模型，并且利用这个物理模型来进一步分析出相对应的特征量，以此为电力设备的故障预警以及检修提供有效的根据，从整体层面来看，状态监测系统的主要组成部分可以分为4部分。

（1）传感器。传感器在这其中可以将设备所采集的物理量迅速地转变为电信号，一个灵敏有效的传感器能够快速地对设备在实际运行过程中所出现的异常问题进行感知，从而将感知到的情况以瞬时的速度转化为数据并且传输出去。在对传感器进行选择的时候需要准确地掌握电力设备状态监测的相关要求，也就是快速性以及准确性，一般将其放置在在线监测的状态监测系统中。

（2）数据获取。主要在状态监测系统中对传感器所传输的信息进行有效的分析，将电信号进行再一步的处理，以此做好数据的对比。对于物理模型中的数据作为对比的标准，将所获得的数据进行处理完后，与物理模型中的数据进行对比，获得在设备运行过程中出现的异常情况。

（3）故障检测。故障检测通常是在前两步运行完毕后，通过状态监测系统和之前预设的物理模型中的正常数据进行比对，根据所设置的正常范围以此来得到设备中的数据是否是属于正常的范围内，是否存在异常的情况，而这也就是对故障进行检测，以此来保证数据整体的准确。

（4）故障判断。故障判断在整个状态监测过程中是最后一步，同时也是最重要的一步，通过前三步的数据转化、收集，数据检测，对所出现的异常数据进行进一步的处理，一旦发现有潜在隐患的数据时，便迅速地发出相关的警告，并且根据所可能出现故障的不同，发出不同程度的警告信号，这样可以快速对相关人员作出准确预警，相关人员在对设备检修前做好相对应的准备，有效提高故障判断的准确性以及检修的效率。

这4个组成部分缺一不可，层层递进，环环紧扣，共同组成了一个有效的电力系统设备状态监测，如表1所示。

表1 电力系统设备状态监测的任务、步骤及结果

2 电力系统设备状态监测的现状分析

2.1 当前现状

当前，国内电力系统中对电力设备的状态监测方式多种多样，但是随着当前社会生产以及生活对国内电力的需求不断加大，电力系统的规模也在不断地提高，设备也变得更多，在这种情况下，对于电力系统设备状态整体的监测工作也提出了更高的标准，而这时，如果是仍然采用过去的状态监测技术，那么针对当前所不断扩大的电力系统必然无法较好满足，因此要提高电力系统状态监测技术的相关研究，来使监测技术不断提高。在整个电力系统中，对设备进行状态监测，最重要的就是通过对设备在运行过程中所产生的数据进行对比，以此得到设备是否出现了异常的情况。在传统对电力系统设备状态进行监测的过程中，主要是采用计划性的周期进行巡检，在当前电力系统设备不断增多的情况下，规模也在不断地提升，传统的状态监测的手段已经不能够满足当前的实际需要，尤其是在进行在对设备进行检修的过程中，一般只能发现一些表面的问题，对一些安全隐患通常难以发现，只有当潜在隐患变成表面的严重问题时，才能够有所感应。并且在使用传统的状态监测过程中，还有一个缺陷，就是需要在停电的状态下进行，这样与实际运行过程中所出现的隐患问题就会出现一定的差异，因此，在停电状态下的结果就很难将设备的实际情况表现出来。

2.2 实际应用

（1）对电力变压器的状态进行监测，在对电力变压器进行状态监测的过程中，最关键的就是对变压器的各个关键部位进行监测，尤其是有载调节器和绕组这两个部分，作为变压器中最关键同时也最容易出现异常的两个组成，利用状态监测的系统对变压器中这两部分的参数进行实时有效的监测，能够快速地发现其组件是否出现了老化异常以及其他的问题，并且一旦当有载调节器出现了电气或机械方面的问题时，能够快速地进行预警。对于绕组经常出现的绝缘也能够做好监控，以此确保电力变压器保持有效的运转，对于其运行的实际状态电流、电压等做好实施有效的监控。

（2）对发电机的状态监测，状态监测技术应用至发电机时，主要对其工作状态进行检测，最重要的就是四个关键的部分，在发电机中经常出现异常问题主要是电子绕组、转子体、转子绕组以及定子铁芯，并且由于这四方面会出现各类各样的故障，所导致的原因也各不相同，所涉及的内容也有所不同，所以在对其进行状态监测的过程中，要根据具体出现故障的原因以及组件具体特性来选择相对应的检测方式。例如，在对转子体进行异常检测的过程中，由于其产生异常的原因是转子离心力、大的负序暂态电流以及转子不同心所导致的，所以在使用相关监测技术的时候，主要就是利用气息磁密监测技术。再例如，定子铁心深处经常出现故障，大部分原因是过热所导致的，因此，在对电子铁锌进行检测的时候，就需要使用热检测技术来做好实时的监控。

（3）对感应电动机的状态监测，在对感应电动机进行状态监测的时候，最主要的就是检测定子、转子、轴承以及气息四个部分，是在感应电动机中最容易出现故障的部分，针对这四部分不同的情况采取的使用的监测技术主要可以分为振动监测以及电流监测。振动监测在具体的电力系统运行过程中，能够准确地发现机械所存在的故障隐患，电流监测在实际的使用过程中，因为电流变化较小，由于相关技术的限制，因此并不能够达到满意的准确度。但是，随着当前科技的不断发展，电流监测技术也有了一定的进步，对感应电动机进行状态监测的过程中，将模型以及人工智能引入其中，利用大量的数据可以使状态监测系统准确地将设备中所出现的故障问题反馈出来，提高检测的准确性。

（4）对高压断路器的状态检测，在整体的电力系统当中，高压断路器可以说在安全方面起着极为重要的作用，因此对其进行的状态监测更是重中之重。对于高压断路器来说，其主要出现故障的原因一方面是机械故障，另一方面是电气故障，从实际故障的情况统计来看，对于高压电路器断路器来说大部分的故障是由机械故障所造成的，所以在对高压断路器进行状态监测技术应用的过程当中，需要着重注意好机械故障的检测成效。当前，对于高压断路器的检测主要有2个方面，一是机械寿命的在线监测；二是触头电寿命监测，其检测的内容种类多样，其最终目的都是为了保证高压断路器的稳定运行，一旦其出现了相关的异常隐患，能够快速进行排除，以此来为电力系统整体的安全运行提供有效的保障。其电力系统设备状态监测在当前的实际应用如图1所示。

图1 电力系统设备状态监测当前的实际应用

3 结语

总的来说，电力系统设备状态监测技术在电力系统整体的设备运行中发挥了较为重要的作用，能够有效地帮助电力企业在实际的发电过程中快速地检测出设备所出现的故障异常情况，并且对电力设备状态监测技术所得到的异常数据进行有效的分析，从而得出电气设备出现问题的原因，以此为依据进行进一步的故障排除以及解决。随着当前计算机、人工智能等方面的快速发展，相信未来，此类先进的技术必然会在电力行业中进一步的应用，深层的融合，使得电力设备状态监测技术整体朝着智能化、数据化、自动化的方向前进。因此，在当前不仅仅需要做好电力设备状态监测技术的相关研究工作，对于整体的监测系统进行进一步的完善，同时，还要培养相关的技术人才，不断地提高从业人员的自身素养，为电力行业整体安全稳定的发展提供更好的保障。