电力系统的状态监测与故障诊断技术探讨

1、学术探讨电力系统的状态监测与故障诊断技术探讨薛善成 朱杰 江苏省电力公司徐州贾汪供电公司 221000在我国电网高速发展的今天，电力系统的状态检测与故障诊断是保障电力系统有效运行技术保障，是整个电网运营中不可缺少的部分。我国的状态监测与故障诊断技术已经发展了十几年，一些厂家已经能生产各种检测装置。但是，目前状态监测与故障诊断的应用还不普遍，还存在种种问题，包括一些认识上的误区。1、状态监测和故障诊断技术的概念电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，其性能逐渐劣化，最终导致故障。特别是电气设备中的绝缘介质，大多为有机材料，如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等，容易在外界因素作用下

2、发生老化。电气设备是组成电力系统的基本元件，一旦失效，必将引起局部甚至广大地区的停电，造成巨大的经济损失和社会影响。设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，其目的是为了判明设备是否处于正常状态。设备的“故障诊断”是指这样的过程：根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进行推理判断，找出设备故障的类型、部位及严重程度，从而提出对设备的维修处理建议。简言之，“状态监测”是特征量的收集过程，而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。无论采用哪种方法，推理过程都可分为归纳推理和演绎推理。一个完整的认识过程应

3、包括归纳推理和演绎推理两个阶段。归纳推理阶段为样本学习过程，而状态分类过程就是演绎推理。因此，分类的知识不会超过样本提供的范围，样本提供的知识又称为先验知识。在专家系统中，这种先验知识由知识库组成。知识库的知识来源是一个问题。虽然，从理论上可以通过很多渠道获得知识，但在实际操作过程中建立专家知识库是很难的。其基本原因在于设备状态监测分类问题不同于文字识别之类的分类问题。文字识别的样本不成问题，而对一台具体设备的状态监测分类问题，除正常状态样本容易得到外，完整的故障状态样本一般得不到。因此，首先可以做到的事情只能是识别正常和非正常状态。3、状态监测与故障诊断技术在国内外发展概况最早开始对状态监测

4、与故障诊断技术进行研究的是美国，从1967年开始；其次是日本，此后各发达国家都很重视。但直到7080年代，随着传感、计算机、光纤等高新技术的发展与应用，设备在线诊断技术才真正得到迅速发展。我国对状态监测与故障诊断技术的研究始于1979年，80年代以来，随着高新技术的发展与应用，我国的电气设备在线诊断技术也得到了迅猛发展。目前我国电气设备状态监测与故障诊断技术的理论研究和国外是同步发展的，处于几乎相同的水平。2、状态监测的关键技术传感器、计算机网络和数据库、数据分析是状态监测的三个基本组成部分。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。2.1 传感器技术状

5、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。2.2 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等4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

6、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。状态分类是一个模式识别问题。例如，一个一维的状态分类问题，设x为特征指数，x0为特征指数的阈值，则：x<x0为正常状态；x>x0为故障状态。对于多维问题，特征指数不止1个，状态分类在多维空间中不是一

7、个简单的区域划分问题。这个过程一般都采用了人工智能技术，如模式识别、人工神经网络、模糊数学、专家系统等。4、电力系统状态监测与故障诊断技术的发展趋势4.1电力系统监测与前沿性技术成果紧密结合电力系统监测将计算机技术、通讯技术、人工智能技术、电力电子技术与设备诊断技术结合，使诊断技术不断提高。4.2由以单台设备为目标的在线监测向整体监测延伸设备的状态由多种参数综合决定，故障维修不再局限某一设备，而是同时考虑整个电网设备的运行以及电力供求关系的调整。与集中式监测系统相比，从设备附近采集和处理数据的分布式多参数在线监测系统可以节省信号电缆，降低监测量，提高了监测的可靠性，同时还可以做到资源共享。4.3设备状态的远程监测和网络化的跟踪分布式系统的发展以及通信技术在电力系统的广泛应用，使设备诊断技术与计算机网络技术结合，采集设备的状态参数后可远程传送数据，远程协作诊断。4.4状态监测系统与其他系统联网和集成如在分布式的监控系统中将状态监测系统与继电保护有机结合。5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