电力组合电器设备故障诊断技术研究

李佳宣 邹兰青 杨明祥 殷商莹 贺 皎

（1.国网物资有限公司 2.国网甘肃物资事业部）

0 引言

电力组合电器设备故障诊断技术的研究，是升级电力系统的重要内容。尤其是科学技术的迅速发展与组合电气设备的普及，为智能电网的构建给予支撑。作为电力系统的关键组成，组合电器设备关系着系统运行的安全与稳定。组合电器设备在实际应用中，不仅结构非常紧凑，而且绝缘节点比较多，因此若出现故障，会直接干扰内部运行安全。面对这种情况，必须做好组合电器设备故障诊断工作，科学选择故障诊断技术，制定完善的诊断方案，科学排除组合电器设备故障风险，保障电力系统运行安全。

1 组合电器设备故障诊断技术分析

1.1 设备检测技术

组合电器设备故障诊断中，设备监测技术是重要组成与故障诊断的基础。通过监测设备的运行状态，可以及时发现和预警潜在的故障。目前应用最广泛的检测技术包括红外检测技术、超声波检测技术、振动检测技术等［1］。实际监测中，需根据现场告警情况选择监测技术。如红外检测技术的应用，其核心在于红外热成像，应用红外线热像仪对物体表面的红外辐射进行捕捉，并显示物体表面敷设能量密度的分布情况。仔细观察红外热分布图，测量所需位置或故障区域温度，借此判断故障具体位置、受损程度等，从而准确判断缺油、受潮、松动、绝缘老化等问题。

1.2 故障分析技术

利用采集到的设备运行数据，对设备的故障模式和原因进行深入地分析。常用的故障分析方法包括模式识别、故障树分析、专家系统等。整理故障检测相关资料，选择适配的故障分析技术，辅助技术人员明确故障情况，并锁定故障发生位置。结合故障分析结果，对故障出现的影响进行评估，方便故障的后续解决［2］。

1.3 状态评估技术

组合电器设备故障诊断中还涉及状态评估技术，针对设备运行故障展开运行状态评估，同时预测设备未来一段时间内的运行状态。目前常用的状态评估技术，包括模糊集合评价、灰色关联度评价、神经网络评价等［3］。利用状态评估技术对设备健康状态有更准确的认识，为后期故障预防工作开展提供参考。

1.4 预测与预防技术

预测与预防技术主要是通过对设备历史数据的分析，预测设备未来可能出现的故障，并采取相应的预防措施［4］。常用的预测与预防技术包括：基于数据挖掘的预测、基于机器学习的预测、基于仿真模拟的预测等。这些技术可以帮助技术人员提前发现和解决潜在的问题，提高设备的可靠性和稳定性。

2 构建组合电器设备故障诊断评估模型

通过对组合电器设备故障监测技术的研究，对电力组合电器设备故障诊断与处理有更全面的认识。为更好的完成故障诊断处理，还需要构建故障诊断评估模型，对设备检测技术进行集中应用，从而创新传统故障监测方法。以红外线检测技术为例，搭配图像分类器，对红外热成像信息进行整理，并加入多尺度卷积，深层次挖掘红外图像中的信息。故障诊断评估模型（MobilеNеt）构建中，信息分类非常关键，这期间应用到分类函数，即Softmаx函数。表达式详见式（1）.

式中，Ls为分类函数损失；f为分类处理中末端完全连接层，；fi为样本（样本共n个，类别为c个）；Wj为分类处理中末端完全连接层参数矩阵（即：W矩阵中包含j列）；WyTifi为第i个样本处理中的目标逻辑；T为矩阵转置；θyi为目标角；yi为预测输出。经过调整后得到式（2）。

式中，m参数属于新变量，归类为附加余量。通过m的加入为数据分类处理提供了距离条件，同时提高故障诊断预测率。再者归一化方法的加入，W、f参数处理更科学，s参数调节功能增强。

故障诊断评估模型构建期间，还应用到数据集增强技术。实际评估判断期间，神经网络拟合问题始终困扰技术人员。面对这种情况，以数据集增强技术，对故障数据展开预处理，从而为故障判断评估模型赋予泛化能力。此外还扩大数据集空间，将模型鲁棒性提升，针对性分析噪声数据，提高故障诊断的准确性。

3 某电力组合电器设备故障诊断技术实际应用

3.1 高压套管设备信息介绍

750kV高抗产品型号：BKD-100000/750；高压套管型号：BRDLW-800/800-4，出厂日期：2016年8月。高压套管2016年8月通过全部出厂试验，工频试验前后无局放，绝缘油性能良好，气体组分未见异常，所有试验结果符合标准及技术协议要求。

3.2 高压套管运行异常

2020年05 月，对750千伏高压电抗器检修试验时，发现A相数据氢气，甲烷、乙炔、总烃超过注意值，B相、C相套管油样未见异常。

3.3 高压套管现场检测实验

接到异常告警信息后，2020年05月停电检修，现场对750千伏高抗高压套管A相取油样，在缓慢拧松套管上部放气塞时，即有油、气沿放气塞丝扣处不断溢出，试验人员立即将放气塞关闭，并直接在其下部专用取样阀处开展取样，随即在实验室开展了油色谱离线分析工作，其油样结果均显示氢气、甲烷、乙烷、乙炔、总烃含量超过注意值，其中氢气数值超过设备量程，经稀释后结果详见表1。

表1 套管油色谱数据

（1）色谱试验数据情况

根据《DL/T 722-2014变压器油中溶解气体分析和判断导则》，由以上分析数据可知，三个判断数据均超过规定值，判定为电弧放电。色谱实验数据出现异常后，随后开展了高抗本体及套管试验，数据未见异常，但是发现套管末屏绝缘电阻，介损、电容量虽未超标，但与交接值相比，末屏绝缘电阻有显著下降，末屏介损、电容量有轻微增长，末屏的绝缘强度呈明显下降的趋势。

（2）高压套管异常现场处理

利用组合电器设备故障诊断技术组织实施高压实验，对套管压力、油色谱等检测结果进行整理，并得到该相套管内部存在严重故障结论。随后现场确定整体更换的处理方案，现场将该相套管扩建间隔C相高抗高压套管更换至高抗A相处，并组织进行套管解体与高压检测实验，数据详见表2、表3。

表2 套管油色谱数据

表3 套管高压试验数据

拆解套管期间，发现头部油枕内外侧无渗漏油、发热、电弧等异常痕迹，油枕内部有少量黑色杂质和银色金属碎屑。底座密封状态良好，部件表面无异物，但内部存在少量黑色印记。继续对未拆解的电容芯子进行拆解，在拆解至第144层电容屏时发现距离导管顶部6.7m处开始出现大量蜡状物质。距离导管顶部2.74m位置，拆解至141层电容屏时发现141层电容屏有环形断屏现象，断屏处有放电痕迹，并有炭状物生成。继续拆解，发现142、143层电容屏同样出现断屏，断屏端口均在5-8mm之间，并伴有大量蜡状物质。3处断屏集中在距离到电杆顶部251cm-274cm处。第一层电容屏距离导电杆顶端251cm，在电容屏末端有黑色放电痕迹。

3.4 梳理原因与提炼经验

（1）原因：套管制造工艺不良，电容芯体绝缘纸上端有35mm串层现象，下端亦有串层现象。表明电容屏绕制压紧力不足，导致串层。电容屏在套管运行中发生位移滑动，造成电容屏未有效连接或出现撕裂断屏，形成放电。

（2）经验：对套管进行压力在线安装及末屏引下改造，实时监测套管运行状态。对异常套管深入分析原因，给出特征气体年增长量、绝对值等套管安全运行的阈值指导后续运维。

4 结束语

综上所述，电力组合电器设备故障诊断技术的发展离不开各种技术的综合应用。通过将各种技术有机地结合起来，可以实现电力组合电器设备故障诊断的全过程管理，包括故障的监测、分析、评估、预测、预防以及信息的管理等。随着技术的不断发展，电力组合电器设备故障诊断技术也将不断进步，为电力系统的稳定运行提供更加可靠的支持。