摘要：電力GIS設(shè)備在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用，但由于本身的特性使得其故障的診斷與分析相對(duì)困難，導(dǎo)致GIS設(shè)備引發(fā)的事故屢見不鮮。針對(duì)上述問(wèn)題通過(guò)GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究，結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)智能決策理論形成軟硬件一體的GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)提高供電的可靠性。

　　關(guān)鍵詞：電力GIS設(shè)備；故障診斷。局部放電

　　引言

　　電力GIS設(shè)備(gas-insulated metal-enclosed switch gear，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備)是由斷路器、接地開關(guān)、母線等元件直接聯(lián)到一起，并壘部封閉在接地的金屬外殼內(nèi)，殼內(nèi)充以一定壓力的絕緣氣體作為滅弧介質(zhì)。近年來(lái)，隨著城市電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，GIS變電站的數(shù)量不斷增加。GIS因其具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為主導(dǎo)開關(guān)設(shè)備。但是，由于電力GIs設(shè)備本身的封閉性，使得故障檢測(cè)和診斷相對(duì)困難，同時(shí)該類設(shè)備內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)又很高，一旦出現(xiàn)內(nèi)部缺陷，極易發(fā)生設(shè)備故障，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生爆炸，造成巨大損失。到目前為止，國(guó)內(nèi)已發(fā)生多起由于電力GIS／斷路器絕緣故障引起的變電站事故，例如韶關(guān)和溪電站的110KV GIS、江門的220KV和500KVGIS、大亞灣的400KVGIS、云南臨滄大朝山500KVGIS等都發(fā)生過(guò)絕緣事故。為提高供電可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故的征兆，避免重大事故，同時(shí)也是為了減少盲目的定期檢修造成的停電、人力物力浪費(fèi)和可能的設(shè)備損壞，具備一套完整準(zhǔn)確的電力GIS設(shè)備故障診斷與分析綜合系統(tǒng)是非常必要的。

　　一、設(shè)計(jì)原則

　　由于GIs設(shè)備本身的特性，除微水等少數(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目外，現(xiàn)行的高壓電氣設(shè)備預(yù)防性實(shí)驗(yàn)方法大多無(wú)法用于GIs設(shè)備。一般來(lái)講，在電力GIS設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝前，只進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，驗(yàn)證其運(yùn)輸和安裝過(guò)程中是否受損以及檢查其重新組裝的正確性。統(tǒng)計(jì)表明，通過(guò)試驗(yàn)的GIs設(shè)備如果存在的一些缺陷，最初可能無(wú)害，也不容易發(fā)現(xiàn)，但隨著運(yùn)行年限的延長(zhǎng)，在開關(guān)操作震動(dòng)和靜電力作用下，異物碎屑的移動(dòng)或是絕緣的老化等可能產(chǎn)生局部的放電現(xiàn)象，以致最終發(fā)展為擊穿放電事故。研究表明，GIs設(shè)備內(nèi)部故障以絕緣性故障為多。GIs設(shè)備的局部放電往往是絕緣性故障的先兆和表現(xiàn)形式。

一般認(rèn)為，GIS設(shè)備中放電使SF6氣體分解，嚴(yán)重影響電場(chǎng)分布，導(dǎo)致電場(chǎng)畸變，絕緣材料腐蝕，最終引發(fā)絕緣擊穿。實(shí)踐證明，開展局部放電檢測(cè)可以有效避免GIs事故的發(fā)生。針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)于電力GIS設(shè)備的故障診斷和分析系統(tǒng)要具有高靈敏度、強(qiáng)抗干擾性，盡量避免設(shè)備的體內(nèi)傳感器。在設(shè)計(jì)上可概括為：按照模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，通過(guò)對(duì)電力GIS設(shè)備局部放電現(xiàn)象的研究，設(shè)計(jì)電力GIS設(shè)備故障診斷模型，以及電力GIS設(shè)備通用故障檢測(cè)算法和分析決策算法，構(gòu)建由硬軟件結(jié)合的電力GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)。軟件研發(fā)過(guò)程采用了面向構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，為系統(tǒng)日后升級(jí)提供了必要條件，同時(shí)也為最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)綜合的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)綜合管理系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。另外，設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)突出資源共享的特性，力求實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)和其他電力軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、信息交換。

　　二　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

　　電力GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)在體系上主要由狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元、數(shù)據(jù)預(yù)處理與初判單元和服務(wù)器三部分組成。具體結(jié)構(gòu)見圖1。系統(tǒng)通過(guò)GI s設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元獲得電力G r S設(shè)備運(yùn)行時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，上傳至上位主機(jī)，在主機(jī)中提取特征信息，進(jìn)行一般的設(shè)備狀態(tài)判別與分類，并將提取的數(shù)據(jù)通過(guò)上位主機(jī)借助網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)器，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)智能算法對(duì)異常設(shè)備進(jìn)行深入的多層次地識(shí)別與分析，得出準(zhǔn)確的故障定位與故障種類，同時(shí)進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，為診斷決策提供依據(jù)，利用分析后的結(jié)論來(lái)進(jìn)行設(shè)備維修和更換的科學(xué)合理的決策。

　　三、系統(tǒng)功能分析

　　(一)狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元
　　該部分主要由氣體密度測(cè)量裝置傳感器和局部放電監(jiān)測(cè)裝置傳感器等功能模塊組成，監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，完成測(cè)量信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和預(yù)處理。其原理框圖如圖2。其中針對(duì)監(jiān)測(cè)中抗干擾性、檢測(cè)靈敏度，以及滿足避免電力GIS設(shè)備體內(nèi)傳感器的要求，在局部放電監(jiān)測(cè)中采用GI S局部放電uHF信號(hào)傳感。

　　(二)數(shù)據(jù)預(yù)處理與初判單元
　　通過(guò)u SB接口接收狀態(tài)監(jiān)測(cè)單元的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，對(duì)接收的設(shè)備氣體密度狀態(tài)數(shù)據(jù)同標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，若超出正常范圍則報(bào)警；對(duì)所接收的局部放電信號(hào)進(jìn)行特征提取，并同典型波形進(jìn)行初步比對(duì)，進(jìn)行初步判別；將狀態(tài)信息上傳至服務(wù)器，以便建立數(shù)據(jù)庫(kù)。

        (三)服務(wù)器
　　在系統(tǒng)中服務(wù)器端主要實(shí)現(xiàn)以下功能：海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理，提取關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)，對(duì)電力GIS設(shè)備進(jìn)行多層次的故障診斷分析。實(shí)現(xiàn)GIS設(shè)備重要參數(shù)的長(zhǎng)期狀態(tài)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。系統(tǒng)不僅要提供GIS現(xiàn)有的狀態(tài)，而且還能通過(guò)這些數(shù)據(jù)分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，識(shí)別GIs設(shè)備可能存在的故障}通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將有益于動(dòng)態(tài)分析的數(shù)據(jù)從大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中提取出來(lái)，形成故障特征數(shù)據(jù)樣本；由淺入深地從不同層面對(duì)監(jiān)測(cè)到的電力GIS設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。結(jié)合智能化解決方案，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和趨勢(shì)分析，辨別設(shè)備狀態(tài)，對(duì)存在故障隱患的設(shè)備進(jìn)行跟蹤，適時(shí)報(bào)警，做出對(duì)電力GIS設(shè)備科學(xué)合理的維修和更換策略。制定維修計(jì)劃、合理地下達(dá)維修工單，根據(jù)系統(tǒng)中得出的設(shè)備狀態(tài)的結(jié)論，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維修、以可靠性為中心的維修以及狀態(tài)維修等幾種維修模式，合理制定電力GIS設(shè)備檢修。同時(shí)，對(duì)每次維修的維修成本進(jìn)行總體量化，對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)GIS設(shè)備的維修做出合理決策。同時(shí)將設(shè)備整體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與決策，以工作單的提交為執(zhí)行主線，對(duì)進(jìn)行檢修和維護(hù)人員的工作進(jìn)行規(guī)范，把檢修過(guò)程中責(zé)任明確到個(gè)人，杜絕事故的發(fā)生。

　　
　　四、結(jié)論

　　本文以電力GIS設(shè)備局部放電現(xiàn)象和SF6氣體檢測(cè)研究為基點(diǎn)，設(shè)計(jì)電力GIS設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)模型，研究電力GIS設(shè)備局部放電模式識(shí)別模型和動(dòng)態(tài)分析決策模型，在此基礎(chǔ)上研發(fā)電力GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用GIS局部放電UHF信號(hào)傳感。以滿足監(jiān)測(cè)中抗干擾性、檢測(cè)靈敏度，以及滿足避免電力GIS設(shè)備體內(nèi)傳感器的要求。在設(shè)計(jì)上按照模塊化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，通過(guò)對(duì)電力G Is設(shè)備局部放電現(xiàn)象的研究，設(shè)計(jì)電力GIS設(shè)備故障診斷模型，以及電力GIS設(shè)備通用故障檢測(cè)算法和分析決策算法，構(gòu)建由硬軟件結(jié)合的電力GIS設(shè)備故障綜合診斷系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的變電站電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置大體可分為集中式微機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和分散式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩大類。監(jiān)測(cè)功能全面而且在線集成化系統(tǒng)到目前還未見相關(guān)報(bào)導(dǎo)。系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)能夠?yàn)闋顟B(tài)檢修提供科學(xué)依據(jù)，提高GIS檢修質(zhì)量。避免GIs突發(fā)事故，提高了供電可靠性}從而減少了因事故停電造成的不必要的電力損失及對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響。