1電力線路故障監測分析

我國電網主要由兩大部分組成，輸配電線路和升降壓變電所。輸配電線路擔負著輸送和分配電能的任務，是不同等級的電能由發電中心向電力負荷中心輸送的通道。根據電壓的等級，輸配電線路又可分為送電線路和配電線路兩種，送電線路輸送的電壓較高，一般在110kV以上，主要完成從發電中心至變電站電能的輸送，而配電線路一般在35kV以下，完成從變電站至用戶的電能輸送任務。不管是送電線路還是配電線路，作為電力輸送的關鍵設備，都面臨著線路長、結構復雜、設備種類及數量多、負荷分散等問題，再加上電力線路大多都裸露在室外，氣候、動物、外力及其他因素大大地增加了電網線路故障的可能性。為了保證電力線路的正常工作狀態，對電力線路中的各種設備進行故障監測是必要的環節。

根據設備的種類，故障監測主要應包括：電力電纜絕緣特性監測;高壓斷路器的合分閘線圈中各種阻力及機械特性、彈簧操動機構儲能彈簧狀態監測;保護SF6氣體密度的監測;避雷器阻性電流監測;變壓器振動監測;電容值監測等。不同的故障部位，監測的方法有所不同。目前，隨著電力電子、傳感器、紅外線測溫等技術的發展，電氣設備在線狀態監測與故障診斷也取得了一定的進步。在本設計中，電力電纜的絕緣電阻值采用交流低頻疊加法進行測量，利用了檢測電路中電阻分壓狀態來計算電纜的絕緣值。這種方法在電纜端電壓檢測儀中內置處理器，可以實時準確地得到分壓值，通過分壓值的高低，來確定是否有漏電流產生，從而可有效地實現電纜絕緣性能的檢測。

對于一個電力線路來說，高壓斷路器的可靠性也是重中之重。為了保證合分閘線圈、操控彈簧機械動作的可靠實現，本設計利用電流互感器來對分閘線圈和彈簧的工作電流特征點進行監測，形成工作波形，并將工作波形與監控中心的標準波形相對比，從而分析得出其工作狀態的準確結論。高壓斷路器保護SF6氣體密度對高壓斷路器的絕緣和滅弧性能有著直接影響，本設計利用壓力傳感器和溫度傳感器來監測高壓斷路器中的氣壓值與溫度值。由于不同密度下的SF6氣體與溫度具備一定比例關系，因此將SF6的氣壓值和溫度值通過處理器進行計算后，就可得到SF6的具體密度值。本設計中，避雷器阻性電流采用電容電流補償法來監測，變壓器振動利用振動傳感器將振動信號轉換為電壓信號，利用振動與電壓的正比關系來確定變壓器繞組和鐵芯的運行狀況。

2電力線路監控方案設計

電力線路狀態監測系統的主要功能是在電力線路的現場利用各種監測技術在線獲得線路的運行狀況，并利用處理器將相應的數據進行處理，利用現場工作PC機對數據進行初步分析，把具有故障可能性的數據遠程發送至監控中心，監控中心利用現場數據和數據庫中的標準運行數據構建一棵分析樹，并利用診斷軟件對樹的結構及數據進行分析，從而實現對線路及其相關設備進行狀態評估以及故障診斷的目的。整個系統分為五大模塊，分別為信息采集模塊、現場PC機、通信模塊、數據管理模塊與故障診斷模塊。信息采集模塊主要完成對電力線路中的相關參量的采集工作。

根據參量類型的不同，這些參量可分為電參量、非電參量以及開關量的數據采集，并通過通信模塊將這些數據輸入到現場PC機的數據處理中心。其中，電參量是指電平較高的電壓電流值，而非電參量主要是指一些小電流信號量，而開關量是指斷路器等設備的開關狀態。現場PC機將通信模塊傳輸過來的采集數據進行計算處理，與PC機中所存儲的故障特征或運行標準值進行對比分析，把疑似故障數據迅速上傳至遠程監控中心，進行進一步的故障分析，而PC機發送保護命令至信息采集點，將疑似故障點保護起來。通信模塊是在現場PC機及各個監測點中內嵌智能網卡，利用TCP協議構建網絡監測程序，該程序的主要功能是根據需要在各個監測點、PC機間發送和接收UDP組播報文，以確定通信鏈路的可靠性。因為通信模塊所承擔的通信是雙向的，同時工作的可靠性又相當的重要。

因此，在重要監測點和PC機中安裝的都是雙網卡，雙網卡同時向外發送組播信息，又同時接收來自其他結點的信息。在PC機中設置TCP通信鏈路共享內存，內存中存放著某一結點在不同時刻所發送信息的次數，如果發送兩次，說明兩個網卡工作均正常且網絡安全，如果只有一次數據則可能有一個網卡出了故障，而如果沒有數據傳送則可能是通信鏈路出現了故障。基于TCP協議的雙網卡通信模塊有效地保障了底層通信的可靠性，而上層通信采用公共通信網絡即可。數據管理模塊和故障診斷模塊都位于遠程監控中心。遠程監控中心設置大型數據庫，數據庫內存有各設備的標準運行數據及歷史運行數據，數據管理模塊的任務就是對遠程傳送過來的數據進行實時在線分析，以確定設備的運行狀態，并生成相應的統計報表，完成圖形顯示、存儲、打印等功能;而故障診斷模塊內設有故障分析算法，在算法的指導下對可能的故障信息進行分析，并將分析結果回傳至PC機，從而實現遠程控制的功能。

3算法分析

隨著經濟的不斷發展，電力系統日益龐大且結構復雜，所以故障的可能性和復雜度也在增加。一般來說，電力線路所發生的故障可能是多種原因所導致的，而且每一個故障的部位和原因也不是一種獨立的事件，很可能與其它故障或者電力線路有聯系，因此，針對電力線路的故障預防和診斷就存在著相當的難度。為了深入掌握故障的模式，以達到準確判斷的目的，利用樹來構建相應的故障模式數據結構，并輔之以故障樹分析方法來進行故障的推斷是一種行之有效的方法。

故障樹分析法是以系統中各種可能的故障作為樹根，以系統內可能發生的各種因素(例如部件失效、環境變化、人為失誤等)作為樹葉，利用樹型結構的構建與分析找出系統元素與系統故障之間的邏輯關系，便于實現系統故障分析、預測和診斷，是一種高效、直觀明了的邏輯算法。結合電力線路實際情況，本設計建立了一系列故障樹，圖2、圖3分別為高壓斷路器及線路絕緣的故障樹模型，其他樹型模型不再贅述。在構建故障樹的基礎上，利用程序為每一棵故障樹確立了相應的知識庫判斷系統，利用數據庫中存儲的標準數據、歷史數據、實行運行數據，并結合知識庫中所存放的判斷模型，就可以實現電力線路的故障判斷。

4總結

隨著電力電子技術的發展，電力系統的故障對各行各業所帶來的影響越來越大。因此，及時發現和排除電力系統的故障對國民經濟及人民生活而言顯得越來越重要。本文正是基于此目的而開發的電力線路監測與故障診斷系統。該系統由五大模塊組成，分別完成信息采集、底層數據處理及控制、底層及上層通信、數據管理與故障診斷等功能，并利用了TCP協議將系統的數據傳送至遠程監控中心。在遠程監控中心設立相應的數據庫和專家分析系統，利用故障樹分析法對系統故障征兆信息進行有效地分析，從而實現了故障的快速診斷，提高了故障預測、診斷、處理的速度。

作者：李雅麗   李永江           單位：石家莊信息工程職業學院