浅谈变电站设备状态监测管理系统
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作者:champzon
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发布时间: 4318天前
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变电站运行管理的发展借助科技的进步日新月异，电力设备状态监测对提高电力设备的运行维护水平、及时发现事故隐患、减少停电事故的发生起到了积极作用。
变电站运行管理的发展借助科技的进步日新月异，电力设备状态监测对提高电力设备的运行维护水平、及时发现事故隐患、减少停电事故的发生起到了积极作用。随着电力系统的发展,保证电力设备的安全稳定运行显得尤为重要,迫切需要对电力设备运行状态进行实时或定时的状态监测,及时反映电力设备绝缘等性能的劣化程度或趋势,以便采取预防措施,避免停电事故发生,减少给生产和生活带来的巨大影响和损失。目前,设备监测和故障诊断问题引起了越来越多的关注,随着计算机、传感器、通信及信息处理技术的飞速发展,特别是引入模糊数学、神经网络、小波分析等先进故障诊断技术,使设备综合管理系统在电力行业进一步得到推广。文中提出一种易于现场运行和设备信息管理的系统该系统针对故障发生的复杂性,取得了较高的诊断率。
一、状态监测
状态监测对设备的运行状态进行记录、分类和评估,为设备维护、维修提供决策。
状态监测应该包括以下任务:为设备的运行情况积累资料和数据,建立设备运行的历史档案;对设备运行状态处于正常还是异常做出判断,根据历史档案、运行状态等级和已出现的故障特征或征兆,判断故障的性质和程度;对设备的运行状态进行评估,并对这种评估进行分类。当一定的标准形成后,为状态检修的实施提供依据。
当然,状态监测的评估也应该包含对设备异常状态的估计及对未来变化的预测,并不断创造条件,使这种评估水平逐步接近理想境界。状态监测可以为设备积累完整和科学的运行记录资料。
对设备运行状态的分类可以作为设备维护管理的根据。这样,可以从根本上改变目前“定期维修”的旧的管理体制,避免“过剩维修”,对有故障隐患的设备及时检修,提高设备运行的安全性和可靠性。状态检修是我国即将面临的先进的设备管理体制,而状态监测是这一管理体制的技术保证和实施的依据。
二、状态监测工业实用化条件
1.被监测设备和故障的种类及特点对不同的设备和不同的故障类型,采用的状态监测的方法可能完全不一样。一些机械装置和控制系统常用的故障诊断方法并不适合于电力系统设备的特定情况。因此,必须首先认识电力系统设备故障的类型和特点。以下两方面的问题是电力系统设备故障所特有的。
(1)由于故障发展速度的差别,形成了瞬变故障和缓变故障两个类型。瞬变故障例如相间短路等,发展很快。继电保护装置必须在10ms～20ms内处理这类故障,以避免损失扩大。瞬变故障发生时需要解决的问题是故障保护和避免事故扩大,不是诊断和监测的问题。缓变故障是从出现故障征兆发展到故障灾害进程较慢的一类故障现象,例如绝缘故障、冷却系统故障(氢冷和水冷系统)、机械系统故障、部分转子故障等。当出现故障征兆时,需要对故障进行定位,或对故障的程度和发展进行监测,采取措施,防止故障状态的进一步发展和造成重大损失。因此,缓变故障是状态监测和故障诊断的对象。
对于瞬变故障,继电保护可以发挥巨大的作用,大大减少可能造成的危害。但并不是所有的瞬变故障都是由缓变故障发展形成的,同时,很多缓变故障及其发展造成的损害也不在继电保护所能保护的范围内。状态监测和故障诊断两种技术互相补充,缺一不可。
(2)绝缘故障是电力系统设备的主要故障之一。很多故障现象都直接或间接地与绝缘有关,可以说,绝缘的寿命就是设备的寿命。
电力系统设备绝缘故障特征表现在多个方面,不仅表现在很多电参数上,而且还有力、热、声、光等物理方面和气体、油等化学方面的特征变化。绝缘故障与设备的绝缘结构、分布、环境都有关,形成机理复杂。另一方面,对设备绝缘故障的定位和绝缘损坏程度的诊断还存在很大的困难。这也正是电力系统设备故障的特点和难点之一。由于绝缘故障的特点,很多绝缘在线和离线检测技术,如局部发电、油色谱分析、超声监测等近几年已经有了较大的发展,可以逐步开展对绝缘状态的评估工作。
2.采用计算机和网络技术的状态监测系统十几年来,已经有很多监测装置应用于工业现场,但是,大多数的现场装置没有形成系统,记录数据仍然依靠人工观测和抄表的方式,这对于突发的故障很难及时反映,也不利于综合分析和查阅历史资料。
状态监测系统结构灵活、简单,既可以独立组成系统,也可和电网自动化系统集成,或者与远程监控系统集成。远程传输采用电力公司现有的网络,它可支持SDH、PDH、以太网络、RS232等。主站采用WEB/Serv-er系统结构,连接的分站数量没有限制。
系统的主要功能是可以查看不同电气设备的试验参数,对设备的当前状态作出评估及对设备故障智能进行诊断并提出相应的维护意见。同时,本系统也兼具变压器各侧电压、电流的实时显示和故障录波的功能。
3.状态监测的实施与管理体制的变革
状态监测技术的推广和应用将会对现有的发电厂和变电所的管理体制产生影响。状态监测和电力系统测控自动化技术的应用将会取代现有的运行人员值班的体制,逐步实现运
行的无人值班。状态监测的应用和状态检修的实现也需要国产设备质量的进一步提高作为支持和保证。
三、状态监测的关键技术
传感器、计算机网络和数据库、数据分析三部分是状态监测的基本组成。其中,传感器技术和数据分析技术是状态监测系统所特有的关键技术,以下将分别加以说明。
1.传感器技术
状态监测系统输入的信号包括电、热、声、振动等物理量,还有油、气体经化学分析得到的分解物含量,各种来源的信号都要通过传感器转换为电信号。传感器是监测系统的输入端,直接影响监测系统的精度和准确性,也是控制和测量技术的难点和瓶颈。国产传感器的性能和质量与国际先进水平相比还有差距。传感器作为一个装置,由变换元件、单片机系统和通信接口等组成。每一个传感器可以看成系统的基层数据采集站,通过局域网连接起来。在网上建立数据库和分析中心,对状态监测数据进行处理。局域网可以通过一个服务器与Internet相联。由于有数据库和分析中心的支持,可以建立设备运行的历史数据档案和进行实时运行状态分析。
该终端完全采用数字化信息采集,可靠性、抗干扰能力强,可以实时监视变电站的安全运行及环境状况,对变电站各种设备的运行状态及影响变电站安全运行的因素实现在线监测。有异常情况发生时,预警终端采集到实时信息并记录,然后进行分析和处理,若确认为报警信号,以声光方式报警,并将异常信息通过网络远程传输到值班室,使异常问题尽快得到解决,保证变电站安全运行。
2.数据分析技术
在状态监测系统中,数据分析的任务是从采集到的数据中得到设备运行的有关信息。
数据分析过程分为数据预处理、特征提取、状态分类和处理决策四个部分。数据预处理包括数据选取、消除噪声等前期处理过程。特征提取是指采用数理统计、信号处理(FFT、小波分析、分形和混沌)等方法提取信号的特征。状态分类和处理决策是数据分析的核心部分,也是难度较大的部分。其中,处理决策是得出最后结论,例如确定设备是否存在故障、存在何种故障、故障部位和程度等,以及确定是否进行检查和维修。很多情况还需要人工处理,计算机只能对少数故障进行分析和决策。因为涉及设备的具体问题,准确结论完全依据对设备故障机理的了解和经验的积累,这是一个复杂的过程,一般很难通过建模或仿真来解决。
四、国内外设备状态监测发展状况
美国等发达国家从20世纪80年代起就在电力系统各领域开展了各种关于设备状态监测的研究和应用,十几年来有了较大的发展,与我国相比,有两个主要特征:已经能生产多种传感器产品,传感器质量好,性能稳定;状态监测应用比较普遍,有经济效益。
国外传感器产品的性能和可靠性都达到了较高的水平,产品监测范围逐渐覆盖包括温度、压力、振动和绝缘状态等各种物理量,以及变压器、断路器和发电机机组等各种主要设备。国外传感器技术的全面发展可以从近几年国内一些发电厂和变电站引进的进口传感器产品情况看出。
状态监测应用较普遍的地区主要是北美和欧洲。美国电力科学院(EPRI)非常重视对现场技术人员有关状态监测和状态检修方面的技术培训和技术服务。在美国,实现了变电站无人值班和状态检修的管理。
国内电力系统设备状态监测科研工作也开始于20世纪80年代,起步并不晚。近10年来,已经研制成功很多传感器装置,并安装在现场。很多发电厂和变电站已经采用了在线监测技术,加强了对设备运行进行实时监测和管理的手段。
近几年,国内一些大型发电厂较全面地安装了成套进口的先进传感器装置,通过计算机网络形成一定规模的状态监测系统,并达到了先进水平,而这些成套软件系统全部由我国技术人员开发。但是,到目前为止,国产传感器装置的生产和国内状态监测的应用情况还落后于国外先进水平。一方面,还有很多发电厂和变电站的状态监测没有开展起来;另一方面,一些状态监测系统已具备规模的发电厂在软环境和管理体制上还不能适应发展要求。
状态监测和故障诊断的应用取得了良好的经济效益。在国内要推广状态监测技术,除了要解决国产传感器装置的生产和设备管理体制的改革等问题外,现场技术人员的培训和技术服务也是必须解决的问题。其中,进一步开发高层次的数据分析软件也是一项重要工作。
五、结语
状态监测是从传统管理模式过渡到状态检修的技术支持。状态监测与故障诊断的概念存在差别,状态监测更适合电力系统设备运行和维修的管理现状。状态监测的关键技术是传感器、计算机网络和数据分析。目前,国内的变电站和发电厂已具备实现状态监测技术的初步条件。状态监测技术在现场的实施和推广,有一个积累资料、逐步提高的过程。上海乾众电力的在SF6气体检测等领域的多个成功实践已经证明了这是一条正确的道路。
