电力ＧＩＳ设备故障综合诊断系统的设计 - 信息谷 - ICITU

摘要：电力GIS设备在电力系统中具有广泛的应用，但由于本身的特性使得其故障的诊断与分析相对困难，导致GIS设备引发的事故屡见不鲜。针对上述问题通过GIS设备状态监测的研究，结合有关数据挖掘技术智能决策理论形成软硬件一体的GIS设备故障综合诊断系统提高供电的可靠性。

　　电力GIS设备(gas-insulated metal-enclosed switch gear，气体绝缘金属封闭开关设备)是由断路器、接地开关、母线等元件直接联到一起，并垒部封闭在接地的金属外壳内，壳内充以一定压力的绝缘气体作为灭弧介质。近年来，随着城市电网建设的发展，GIS变电站的数量不断增加。GIS因其具有的诸多优点，已经成为主导开关设备。但是，由于电力GIs设备本身的封闭性，使得故障检测和诊断相对困难，同时该类设备内部场强又很高，一旦出现内部缺陷，极易发生设备故障，严重时发生爆炸，造成巨大损失。到目前为止，国内已发生多起由于电力GIS／断路器绝缘故障引起的变电站事故，例如韶关和溪电站的110KV GIS、江门的220KV和500KVGIS、大亚湾的400KVGIS、云南临沧大朝山500KVGIS等都发生过绝缘事故。为提高供电可靠性，及时发现事故的征兆，避免重大事故，同时也是为了减少盲目的定期检修造成的停电、人力物力浪费和可能的设备损坏，具备一套完整准确的电力GIS设备故障诊断与分析综合系统是非常必要的。

　　由于GIs设备本身的特性，除微水等少数试验项目外，现行的高压电气设备预防性实验方法大多无法用于GIs设备。一般来讲，在电力GIS设备在现场安装前，只进行耐压试验，验证其运输和安装过程中是否受损以及检查其重新组装的正确性。统计表明，通过试验的GIs设备如果存在的一些缺陷，最初可能无害，也不容易发现，但随着运行年限的延长，在开关操作震动和静电力作用下，异物碎屑的移动或是绝缘的老化等可能产生局部的放电现象，以致最终发展为击穿放电事故。研究表明，GIs设备内部故障以绝缘性故障为多。GIs设备的局部放电往往是绝缘性故障的先兆和表现形式。

一般认为，GIS设备中放电使SF6气体分解，严重影响电场分布，导致电场畸变，绝缘材料腐蚀，最终引发绝缘击穿。实践证明，开展局部放电检测可以有效避免GIs事故的发生。针对上述问题，对于电力GIS设备的故障诊断和分析系统要具有高灵敏度、强抗干扰性，尽量避免设备的体内传感器。在设计上可概括为：按照模块化、通用化、标准化的原则，通过对电力GIS设备局部放电现象的研究，设计电力GIS设备故障诊断模型，以及电力GIS设备通用故障检测算法和分析决策算法，构建由硬软件结合的电力GIS设备故障综合诊断系统。软件研发过程采用了面向构件的设计方法，为系统日后升级提供了必要条件，同时也为最终实现一个综合的电力设备状态监测综合管理系统奠定基础。另外，设计过程中系统突出资源共享的特性，力求实现电气设备故障综合诊断系统和其他电力软件系统的数据共享、信息交换。

　　电力GIS设备故障综合诊断系统在体系上主要由状态监测单元、数据预处理与初判单元和服务器三部分组成。具体结构见图1。系统通过GI s设备状态监测单元获得电力G r S设备运行时状态监测关键数据，上传至上位主机，在主机中提取特征信息，进行一般的设备状态判别与分类，并将提取的数据通过上位主机借助网络上传至服务器，建立数据库，通过智能算法对异常设备进行深入的多层次地识别与分析，得出准确的故障定位与故障种类，同时进行趋势预测，为诊断决策提供依据，利用分析后的结论来进行设备维修和更换的科学合理的决策。

　　(一)状态监测单元
　　该部分主要由气体密度测量装置传感器和局部放电监测装置传感器等功能模块组成，监测设备的运行状态，完成测量信号的模数转换和预处理。其原理框图如图2。其中针对监测中抗干扰性、检测灵敏度，以及满足避免电力GIS设备体内传感器的要求，在局部放电监测中采用GI S局部放电uHF信号传感。

　　(二)数据预处理与初判单元
　　通过u SB接口接收状态监测单元的状态数据信息，对接收的设备气体密度状态数据同标准数据进行比对，若超出正常范围则报警；对所接收的局部放电信号进行特征提取，并同典型波形进行初步比对，进行初步判别；将状态信息上传至服务器，以便建立数据库。

(三)服务器
　　在系统中服务器端主要实现以下功能：海量数据存储与处理，提取关键特征数据，对电力GIS设备进行多层次的故障诊断分析。实现GIS设备重要参数的长期状态监测，进行分布式数据存储。系统不仅要提供GIS现有的状态，而且还能通过这些数据分析各种重要参数的变化趋势，识别GIs设备可能存在的故障}通过数据挖掘技术将有益于动态分析的数据从大量的监测数据中提取出来，形成故障特征数据样本；由浅入深地从不同层面对监测到的电力GIS设备数据进行动态分析。结合智能化解决方案，对异常数据进行动态分析和趋势分析，辨别设备状态，对存在故障隐患的设备进行跟踪，适时报警，做出对电力GIS设备科学合理的维修和更换策略。制定维修计划、合理地下达维修工单，根据系统中得出的设备状态的结论，实现预防性维修、以可靠性为中心的维修以及状态维修等几种维修模式，合理制定电力GIS设备检修。同时，对每次维修的维修成本进行总体量化，对电力网络中多个GIS设备的维修做出合理决策。同时将设备整体情况进行实时分析与决策，以工作单的提交为执行主线，对进行检修和维护人员的工作进行规范，把检修过程中责任明确到个人，杜绝事故的发生。

　　本文以电力GIS设备局部放电现象和SF6气体检测研究为基点，设计电力GIS设备运行状态监测模型，研究电力GIS设备局部放电模式识别模型和动态分析决策模型，在此基础上研发电力GIS设备故障综合诊断系统。系统中采用GIS局部放电UHF信号传感。以满足监测中抗干扰性、检测灵敏度，以及满足避免电力GIS设备体内传感器的要求。在设计上按照模块化、通用化、标准化的原则，通过对电力G Is设备局部放电现象的研究，设计电力GIS设备故障诊断模型，以及电力GIS设备通用故障检测算法和分析决策算法，构建由硬软件结合的电力GIS设备故障综合诊断系统。目前国内运行的变电站电气设备在线监测装置大体可分为集中式微机在线监测系统和分散式在线监测系统两大类。监测功能全面而且在线集成化系统到目前还未见相关报导。系统检测数据能够为状态检修提供科学依据，提高GIS检修质量。避免GIs突发事故，提高了供电可靠性}从而减少了因事故停电造成的不必要的电力损失及对国民经济的影响。