输变电设备在线监测及诊断技术的研究
杨虹++张来福++姜敏++田赟++白鹭
摘 要： 为了对输变电设备故障进行正确诊断，对输变电设备状态在线监测系统进行研究和开发，建立了基于在线监测技术的输变电设备状态在线监测系统，并通过一年中的运行数据进行统计综合分析，详细介绍了利用在线监测的输变电设备故障诊断方法的操作流程和执行程序，体现了输变电设备状态在线监测系统的强大实用性。
关键词： 输变电设备； 在线监测； 状态诊断； 运行分析
中图分类号： TN913?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）09?0163?03
Abstract： In order to diagnose the fault of the power transmission and transformation equipment accurately， the online monitoring system of the power transmission and transformation equipment status is researched and developed. The power transmission and transformation equipment state online monitoring system based on online monitoring technology was established. The statistics comprehensive analysis was performed for the operation data in a year. The operation process and execution procedure of the fault diagnosis online monitoring method of the power transmission and transformation equipment are introduced in detail to show the powerful and practical state online monitoring system of the power transmission and transformation equipment.
Keywords： power transmission and transformation equipment； online monitoring； status diagnosis； operation analysis
0 引 言
伴随着我国经济的快速发展，我国的电网建设同样处于高速发展阶段，在这一过程中，出现了两个问题：一是电力企业由定期维修转向状态维修的需求十分迫切，这是因为随着电网建设规模的不断扩大，定期维修导致的设备过度维修或漏修事件不断增加，这一状况不仅降低了电网的运行可靠性，而且造成了巨大的经济损失，急需解决；二是国外商家瞅准中国的这一商机，利用商业手段将其在自己国家处于试验阶段的在线监测设备销售给我国，他们凭借自身从事输变电设备状态在线监测累积的经验，不断侵占中国市场，而国内的情况却是截然相反的两种情况，没有能力搞技术研发的单位摇身变成国外厂家的代理商，用大量的广告抢占市场，而具有能力从事技术研发的单位却受制于资金问题和缺乏市场能力，无法将研制的成果付诸实际应用，也就无法大量的生产，这就导致我国拥有全球最大的输变电设备状态在线监测与诊断装置市场，但却无力将市场掌握在自己的手中，无法转化为技术研发的动力。
1 输变电设备状态在线监测与诊断技术
输变电设备的状态监测技术指所有可以获取输变电设备运行状态数据的方法和手段，常用的有在线监测、离线检测及试验、不与运行设备直接接触的监测三种方法。其中，在线监测技术是指直接安装在输变电设备本体上可以实时检测、记录表征设备运行状态特征量的测量系统及技术。
输变电设备状态在线监测与诊断技术的产生与发展是伴随着设备维修思想的变化而进行的。但是需要指出的是，设备状态在线监测不等于状态监测，设备状态诊断也不等于设备状态在线诊断。
设备状态诊断是一种思想，而设备状态在线诊断只是方法之一。设备状态在线诊断技术是把检测设置直接安装在设备上，对设备的故障类型、位置等参数进行获取，然后结合一些历史数据做出诊断。所有这些方法都要统摄在设备状态诊断之下，它要根据某一刻在线监测获取设备的某一特征量，把这一测量值与历史数据进行纵向和横向的比较，纵向比较指将其与历史数据进行对比分析，横向比较指将其与同类设备或同一设备不同的在线监测结果进行对比分析。
因此，基于在线诊断的要求，在线监测系统必须具有能反映各种特征量的监测功能、丰富的专家系统和智能化的诊断能力。
2 输变电设备状态在线监测系统结构
基于以上分析，设计了一个输变电设备状态在线监测系统，建立面向准实时连续型数据的采集、转换、传输、存储和综合加工处理的统一系统。
2.1 在线监测系统整体思路
本输变电设备状态在线监测系统是在充分借鉴国内外成熟输变电设备状态在线监测技术的基础上，建立的统一框架，并且考虑当前的国内应用水平和未来的发展要求，以先试点后推广的方式逐步推进该输变電设备状态在线监测系统的建设。在线监测系统整体思路见图1。
（1） 在线监测系统数据处理方面：该系统面向的是准实时连续型数据，建立一个对连续型数据的采集、转换、传输、存储和综合加工处理的统一系统框架。
（2） 输电设备状态在线监测方面：监测装置的安装位置是重要筹划的内容，对于输电设备较为重要、而且不容有故障的区域主要有以下几类：一是电压高的区域，如超高压、特高压骨干网线；二是负载大的区域，如重载线路；三是维修接近困难的区域，如地质不良区、微地形微气象地区等；四是容易遭到外力破坏导致故障的区域。在这些大区域中都应该安装和部署在线监测装置。
（3） 变电设备状态在线监测方面：对于变电设备的监测装置的部署，应该对变电设备的经济效益和社会影响进行综合评估，依据电压等级的高低不同，运行年限的长短不一，以及实际的运行状况和周围环境等进行科学合理的配置。一般而言，变电设备状态在线监测装置应该重点安装在以下区域：要求是500 kV及以上变电站，在其变压器、断路器及电抗器、电容器和金属氧化物避雷器等重要设备上安装监测设备。
2.2 在线监测系统总体构架
本文提出一种输变电设备状态在线监测系统模型，模型框架图如图2所示。
由图2的输变电设备状态在线监测系统模型可知，该系统的核心即主站系统。主站系统与生产管理数据库是一个统一的整体，但又保持彼此相对独立，主站系统的主要功能是实现对输变电设备状态在线监测数据的数据加工、数据服务、输变电CAG、输变电监测应用以及生产管理等功能，而生产管理数据库则是实现独立的数据存储功能，二者之间的统一则由PI3000平台实现。
另外，主站系统还需要实现一定的外界功能，需要把主要的监测结果传输出去，供管理者和应用者参考使用。为实现这一功能，主站系统拥有强大的接口功能，主要的接口有：
企业服务总线接口。这一接口的主要功能是为主站系统提供大量的调度、雷电、气象等数据信息，同时，主站系统也通过企业服务总线把标准化的监测数据传递给其他相关横向系统。
WMS/WFS接口。该接口为主站系统提供地理信息系统平台的地理信息数据，同时，把相应的设备信息传输给地理信息系统（GIS）平台。
统一视频平台接口。该接口方便信息的互通，可以快速准确地下发控制指令，也可以及时接收相关的视频数据信息。
3 输变电设备状态在线监测系统的运行分析
通过一年的运行数据分析，对输变电设备状态在线监测系统运行状况进行客观评价，列举说明系统中反映的实际案例。
3.1 变电在线监测应用
通过变电在线监测系统，成功避免了两起设备重大事故：一是换流变磁屏蔽接触不良事故；二是电抗器C相等电位连线烧断事故。这两起事故的发生都十分突然，而且极具隐蔽性，危害后果十分巨大，通过变电在线监测系统及时有效地处理了这两起事故隐患，避免导致巨大的财产损失。
2013年6月12日，产品型号为JJDKWY?246670/457（A）的某换流变磁屏蔽故障，该部件曾经在一年之前重新投入运行，在这之后发现该线的乙炔开始增长，虽然速度很缓慢，但是一直持续进行，直到增长到1.6 ppm时，开始趋于稳定，见图3。而在事发当日，在线监测系统的监测值突然开始大幅度升高，之后又趋于缓慢增长，如图3所示。根据这一数据的变化基本可以判定是换流变的内部出现了放电现象。据此组织相关人员对该换流变磁屏蔽进行带电超声波的局放定位，然后进行排油，并组织内检，确定依据监测数据的判断是正确的，并成功排除了故障。
2013年6月5日，某线电抗器在试验中出现乙炔、乙烯、总烃三项数据均超标的情况，系统查询该部件的信息发现，该电抗器投运时间已经超过20年，而且是500 kV电抗器，这次试验之前该电抗器进行过大修，这是大修后的首次投运，在这样的情况下数据超标，经过数次的反复调看监测数据，显示指标一直呈现增长的趋势，而且十分明显，根据这一数据变化趋势可以判定电抗器的内部也产生了放电。于是对有问题设备进行停电，迅速组织抢修人员进行维修，并在排油后对其内部进行仔细的检查，在此验证了依据输变电设备在线监测系统的监测数据判断是正确的。
3.2 输电在线监测应用
在输变电设备在线监测系统运行期间，成功解决两次输电线路故障：一次是某线微气象监测500 kV某线跳闸，出现这一突发状况后，系统的在线监测信息显示故障线路点的气温为-4 ℃，当线路处的气温降低到冰点以下后，周围的空气湿度就会接近饱和状态，这是大气环境所致，然后导致冰水混合物开始在绝缘子表面形成，当达到一定程度，就会造成导电，致使线路跳闸，监测图如图4所示。
另一次，某线微气象监测某1线、某2线30号铁塔倒塔，系统在线监测的数据显示倒塔的地方最大风速达到了36 m/s，10 min内的平均风速也已经达到了28 m/s，这远远超过了铁塔的设计抗风标准，由此可以判断倒塔是大风导致的。
4 结 语
随着我国电网规模的不断扩大，输变电设备变得越来越多样化，设备的制造结构越来越复杂化，在这样的前提下，针对输变电设备状态在线监测系统进行研究和开发，建立了基于在线监测技术的输变电设备状态在线监测系统，并通过对一年中的运行数据进行统计综合分析，典型的事故案例还原，详细介绍了在线监测的输变电设备故障诊断方法的操作流程和执行程序，由此可以看出输变电设备状态在线监测系统的强大实用性，实现了最初的目标。
参考文献
[1] 王少华，叶自强，梅冰笑.输变电设备在线监测及带检技术网中的应用现状[J].高压电器，2011，47（4）：84?90.
[2] 王争荣，邓晓健.变压器油中气体在线智能诊断系统[J].电力系统及其自动化学报，2002，14（1）：64?66.
[3] 顾国成.变压器油中气体的连续监测日本近年来用高分子膜作为离油中气体的研究工作一览[J].高电压技术，1983，9（4）：422?428.
[4] TSUKIOKA H， SUGAWARA K， MORI E， et al. New apparatus for detecting H2， CO and CH4 dissolved in transformer oil [J]. IEEE transactions on electrical insulation， 1983， 18（4）： 409?419.
[5] 成永红，陈玉，孟永鹏，等.变电站电力设备绝缘综合在线监测系统开发[J].高电压技术，2007，33（8）：61?65.
[6] 张仁豫.高电压设备的绝缘监测[M].北京：水利电力出版社，1984.
摘 要： 为了对输变电设备故障进行正确诊断，对输变电设备状态在线监测系统进行研究和开发，建立了基于在线监测技术的输变电设备状态在线监测系统，并通过一年中的运行数据进行统计综合分析，详细介绍了利用在线监测的输变电设备故障诊断方法的操作流程和执行程序，体现了输变电设备状态在线监测系统的强大实用性。
关键词： 输变电设备； 在线监测； 状态诊断； 运行分析
中图分类号： TN913?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）09?0163?03
Abstract： In order to diagnose the fault of the power transmission and transformation equipment accurately， the online monitoring system of the power transmission and transformation equipment status is researched and developed. The power transmission and transformation equipment state online monitoring system based on online monitoring technology was established. The statistics comprehensive analysis was performed for the operation data in a year. The operation process and execution procedure of the fault diagnosis online monitoring method of the power transmission and transformation equipment are introduced in detail to show the powerful and practical state online monitoring system of the power transmission and transformation equipment.
Keywords： power transmission and transformation equipment； online monitoring； status diagnosis； operation analysis
0 引 言
伴随着我国经济的快速发展，我国的电网建设同样处于高速发展阶段，在这一过程中，出现了两个问题：一是电力企业由定期维修转向状态维修的需求十分迫切，这是因为随着电网建设规模的不断扩大，定期维修导致的设备过度维修或漏修事件不断增加，这一状况不仅降低了电网的运行可靠性，而且造成了巨大的经济损失，急需解决；二是国外商家瞅准中国的这一商机，利用商业手段将其在自己国家处于试验阶段的在线监测设备销售给我国，他们凭借自身从事输变电设备状态在线监测累积的经验，不断侵占中国市场，而国内的情况却是截然相反的两种情况，没有能力搞技术研发的单位摇身变成国外厂家的代理商，用大量的广告抢占市场，而具有能力从事技术研发的单位却受制于资金问题和缺乏市场能力，无法将研制的成果付诸实际应用，也就无法大量的生产，这就导致我国拥有全球最大的输变电设备状态在线监测与诊断装置市场，但却无力将市场掌握在自己的手中，无法转化为技术研发的动力。
1 输变电设备状态在线监测与诊断技术
输变电设备的状态监测技术指所有可以获取输变电设备运行状态数据的方法和手段，常用的有在线监测、离线检测及试验、不与运行设备直接接触的监测三种方法。其中，在线监测技术是指直接安装在输变电设备本体上可以实时检测、记录表征设备运行状态特征量的测量系统及技术。
输变电设备状态在线监测与诊断技术的产生与发展是伴随着设备维修思想的变化而进行的。但是需要指出的是，设备状态在线监测不等于状态监测，设备状态诊断也不等于设备状态在线诊断。
设备状态诊断是一种思想，而设备状态在线诊断只是方法之一。设备状态在线诊断技术是把检测设置直接安装在设备上，对设备的故障类型、位置等参数进行获取，然后结合一些历史数据做出诊断。所有这些方法都要统摄在设备状态诊断之下，它要根据某一刻在线监测获取设备的某一特征量，把这一测量值与历史数据进行纵向和横向的比较，纵向比较指将其与历史数据进行对比分析，横向比较指将其与同类设备或同一设备不同的在线监测结果进行对比分析。
因此，基于在线诊断的要求，在线监测系统必须具有能反映各种特征量的监测功能、丰富的专家系统和智能化的诊断能力。
2 输变电设备状态在线监测系统结构
基于以上分析，设计了一个输变电设备状态在线监测系统，建立面向准实时连续型数据的采集、转换、传输、存储和综合加工处理的统一系统。
2.1 在线监测系统整体思路
本输变电设备状态在线监测系统是在充分借鉴国内外成熟输变电设备状态在线监测技术的基础上，建立的统一框架，并且考虑当前的国内应用水平和未来的发展要求，以先试点后推广的方式逐步推进该输变電设备状态在线监测系统的建设。在线监测系统整体思路见图1。
（1） 在线监测系统数据处理方面：该系统面向的是准实时连续型数据，建立一个对连续型数据的采集、转换、传输、存储和综合加工处理的统一系统框架。
（2） 输电设备状态在线监测方面：监测装置的安装位置是重要筹划的内容，对于输电设备较为重要、而且不容有故障的区域主要有以下几类：一是电压高的区域，如超高压、特高压骨干网线；二是负载大的区域，如重载线路；三是维修接近困难的区域，如地质不良区、微地形微气象地区等；四是容易遭到外力破坏导致故障的区域。在这些大区域中都应该安装和部署在线监测装置。
（3） 变电设备状态在线监测方面：对于变电设备的监测装置的部署，应该对变电设备的经济效益和社会影响进行综合评估，依据电压等级的高低不同，运行年限的长短不一，以及实际的运行状况和周围环境等进行科学合理的配置。一般而言，变电设备状态在线监测装置应该重点安装在以下区域：要求是500 kV及以上变电站，在其变压器、断路器及电抗器、电容器和金属氧化物避雷器等重要设备上安装监测设备。
2.2 在线监测系统总体构架
本文提出一种输变电设备状态在线监测系统模型，模型框架图如图2所示。
由图2的输变电设备状态在线监测系统模型可知，该系统的核心即主站系统。主站系统与生产管理数据库是一个统一的整体，但又保持彼此相对独立，主站系统的主要功能是实现对输变电设备状态在线监测数据的数据加工、数据服务、输变电CAG、输变电监测应用以及生产管理等功能，而生产管理数据库则是实现独立的数据存储功能，二者之间的统一则由PI3000平台实现。
另外，主站系统还需要实现一定的外界功能，需要把主要的监测结果传输出去，供管理者和应用者参考使用。为实现这一功能，主站系统拥有强大的接口功能，主要的接口有：
企业服务总线接口。这一接口的主要功能是为主站系统提供大量的调度、雷电、气象等数据信息，同时，主站系统也通过企业服务总线把标准化的监测数据传递给其他相关横向系统。
WMS/WFS接口。该接口为主站系统提供地理信息系统平台的地理信息数据，同时，把相应的设备信息传输给地理信息系统（GIS）平台。
统一视频平台接口。该接口方便信息的互通，可以快速准确地下发控制指令，也可以及时接收相关的视频数据信息。
3 输变电设备状态在线监测系统的运行分析
通过一年的运行数据分析，对输变电设备状态在线监测系统运行状况进行客观评价，列举说明系统中反映的实际案例。
3.1 变电在线监测应用
通过变电在线监测系统，成功避免了两起设备重大事故：一是换流变磁屏蔽接触不良事故；二是电抗器C相等电位连线烧断事故。这两起事故的发生都十分突然，而且极具隐蔽性，危害后果十分巨大，通过变电在线监测系统及时有效地处理了这两起事故隐患，避免导致巨大的财产损失。
2013年6月12日，产品型号为JJDKWY?246670/457（A）的某换流变磁屏蔽故障，该部件曾经在一年之前重新投入运行，在这之后发现该线的乙炔开始增长，虽然速度很缓慢，但是一直持续进行，直到增长到1.6 ppm时，开始趋于稳定，见图3。而在事发当日，在线监测系统的监测值突然开始大幅度升高，之后又趋于缓慢增长，如图3所示。根据这一数据的变化基本可以判定是换流变的内部出现了放电现象。据此组织相关人员对该换流变磁屏蔽进行带电超声波的局放定位，然后进行排油，并组织内检，确定依据监测数据的判断是正确的，并成功排除了故障。
2013年6月5日，某线电抗器在试验中出现乙炔、乙烯、总烃三项数据均超标的情况，系统查询该部件的信息发现，该电抗器投运时间已经超过20年，而且是500 kV电抗器，这次试验之前该电抗器进行过大修，这是大修后的首次投运，在这样的情况下数据超标，经过数次的反复调看监测数据，显示指标一直呈现增长的趋势，而且十分明显，根据这一数据变化趋势可以判定电抗器的内部也产生了放电。于是对有问题设备进行停电，迅速组织抢修人员进行维修，并在排油后对其内部进行仔细的检查，在此验证了依据输变电设备在线监测系统的监测数据判断是正确的。
3.2 输电在线监测应用
在输变电设备在线监测系统运行期间，成功解决两次输电线路故障：一次是某线微气象监测500 kV某线跳闸，出现这一突发状况后，系统的在线监测信息显示故障线路点的气温为-4 ℃，当线路处的气温降低到冰点以下后，周围的空气湿度就会接近饱和状态，这是大气环境所致，然后导致冰水混合物开始在绝缘子表面形成，当达到一定程度，就会造成导电，致使线路跳闸，监测图如图4所示。
另一次，某线微气象监测某1线、某2线30号铁塔倒塔，系统在线监测的数据显示倒塔的地方最大风速达到了36 m/s，10 min内的平均风速也已经达到了28 m/s，这远远超过了铁塔的设计抗风标准，由此可以判断倒塔是大风导致的。
4 结 语
随着我国电网规模的不断扩大，输变电设备变得越来越多样化，设备的制造结构越来越复杂化，在这样的前提下，针对输变电设备状态在线监测系统进行研究和开发，建立了基于在线监测技术的输变电设备状态在线监测系统，并通过对一年中的运行数据进行统计综合分析，典型的事故案例还原，详细介绍了在线监测的输变电设备故障诊断方法的操作流程和执行程序，由此可以看出输变电设备状态在线监测系统的强大实用性，实现了最初的目标。
参考文献
[1] 王少华，叶自强，梅冰笑.输变电设备在线监测及带检技术网中的应用现状[J].高压电器，2011，47（4）：84?90.
[2] 王争荣，邓晓健.变压器油中气体在线智能诊断系统[J].电力系统及其自动化学报，2002，14（1）：64?66.
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[4] TSUKIOKA H， SUGAWARA K， MORI E， et al. New apparatus for detecting H2， CO and CH4 dissolved in transformer oil [J]. IEEE transactions on electrical insulation， 1983， 18（4）： 409?419.
[5] 成永红，陈玉，孟永鹏，等.变电站电力设备绝缘综合在线监测系统开发[J].高电压技术，2007，33（8）：61?65.
[6] 张仁豫.高电压设备的绝缘监测[M].北京：水利电力出版社，1984.
