1電力線路故障監(jiān)測(cè)分析

我國(guó)電網(wǎng)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(dān)負(fù)著輸送和分配電能的任務(wù)，是不同等級(jí)的電能由發(fā)電中心向電力負(fù)荷中心輸送的通道。根據(jù)電壓的等級(jí)，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(fā)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(wù)。不管是送電線路還是配電線路，作為電力輸送的關(guān)鍵設(shè)備，都面臨著線路長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備種類及數(shù)量多、負(fù)荷分散等問(wèn)題，再加上電力線路大多都裸露在室外，氣候、動(dòng)物、外力及其他因素大大地增加了電網(wǎng)線路故障的可能性。為了保證電力線路的正常工作狀態(tài)，對(duì)電力線路中的各種設(shè)備進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)是必要的環(huán)節(jié)。

根據(jù)設(shè)備的種類，故障監(jiān)測(cè)主要應(yīng)包括：電力電纜絕緣特性監(jiān)測(cè);高壓斷路器的合分閘線圈中各種阻力及機(jī)械特性、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能彈簧狀態(tài)監(jiān)測(cè);保護(hù)SF6氣體密度的監(jiān)測(cè);避雷器阻性電流監(jiān)測(cè);變壓器振動(dòng)監(jiān)測(cè);電容值監(jiān)測(cè)等。不同的故障部位，監(jiān)測(cè)的方法有所不同。目前，隨著電力電子、傳感器、紅外線測(cè)溫等技術(shù)的發(fā)展，電氣設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷也取得了一定的進(jìn)步。在本設(shè)計(jì)中，電力電纜的絕緣電阻值采用交流低頻疊加法進(jìn)行測(cè)量，利用了檢測(cè)電路中電阻分壓狀態(tài)來(lái)計(jì)算電纜的絕緣值。這種方法在電纜端電壓檢測(cè)儀中內(nèi)置處理器，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地得到分壓值，通過(guò)分壓值的高低，來(lái)確定是否有漏電流產(chǎn)生，從而可有效地實(shí)現(xiàn)電纜絕緣性能的檢測(cè)。

對(duì)于一個(gè)電力線路來(lái)說(shuō)，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(jī)械動(dòng)作的可靠實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)利用電流互感器來(lái)對(duì)分閘線圈和彈簧的工作電流特征點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，形成工作波形，并將工作波形與監(jiān)控中心的標(biāo)準(zhǔn)波形相對(duì)比，從而分析得出其工作狀態(tài)的準(zhǔn)確結(jié)論。高壓斷路器保護(hù)SF6氣體密度對(duì)高壓斷路器的絕緣和滅弧性能有著直接影響，本設(shè)計(jì)利用壓力傳感器和溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)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(guān)系，因此將SF6的氣壓值和溫度值通過(guò)處理器進(jìn)行計(jì)算后，就可得到SF6的具體密度值。本設(shè)計(jì)中，避雷器阻性電流采用電容電流補(bǔ)償法來(lái)監(jiān)測(cè)，變壓器振動(dòng)利用振動(dòng)傳感器將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，利用振動(dòng)與電壓的正比關(guān)系來(lái)確定變壓器繞組和鐵芯的運(yùn)行狀況。

2電力線路監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

電力線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是在電力線路的現(xiàn)場(chǎng)利用各種監(jiān)測(cè)技術(shù)在線獲得線路的運(yùn)行狀況，并利用處理器將相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用現(xiàn)場(chǎng)工作PC機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，把具有故障可能性的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心利用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建一棵分析樹，并利用診斷軟件對(duì)樹的結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線路及其相關(guān)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估以及故障診斷的目的。整個(gè)系統(tǒng)分為五大模塊，分別為信息采集模塊、現(xiàn)場(chǎng)PC機(jī)、通信模塊、數(shù)據(jù)管理模塊與故障診斷模塊。信息采集模塊主要完成對(duì)電力線路中的相關(guān)參量的采集工作。

根據(jù)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(guān)量的數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)通信模塊將這些數(shù)據(jù)輸入到現(xiàn)場(chǎng)PC機(jī)的數(shù)據(jù)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(hào)量，而開關(guān)量是指斷路器等設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)PC機(jī)將通信模塊傳輸過(guò)來(lái)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，與PC機(jī)中所存儲(chǔ)的故障特征或運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比分析，把疑似故障數(shù)據(jù)迅速上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，進(jìn)行進(jìn)一步的故障分析，而PC機(jī)發(fā)送保護(hù)命令至信息采集點(diǎn)，將疑似故障點(diǎn)保護(hù)起來(lái)。通信模塊是在現(xiàn)場(chǎng)PC機(jī)及各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中內(nèi)嵌智能網(wǎng)卡，利用TCP協(xié)議構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)程序，該程序的主要功能是根據(jù)需要在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、PC機(jī)間發(fā)送和接收UDP組播報(bào)文，以確定通信鏈路的可靠性。因?yàn)橥ㄐ拍K所承擔(dān)的通信是雙向的，同時(shí)工作的可靠性又相當(dāng)?shù)闹匾?/p>

因此，在重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)和PC機(jī)中安裝的都是雙網(wǎng)卡，雙網(wǎng)卡同時(shí)向外發(fā)送組播信息，又同時(shí)接收來(lái)自其他結(jié)點(diǎn)的信息。在PC機(jī)中設(shè)置TCP通信鏈路共享內(nèi)存，內(nèi)存中存放著某一結(jié)點(diǎn)在不同時(shí)刻所發(fā)送信息的次數(shù)，如果發(fā)送兩次，說(shuō)明兩個(gè)網(wǎng)卡工作均正常且網(wǎng)絡(luò)安全，如果只有一次數(shù)據(jù)則可能有一個(gè)網(wǎng)卡出了故障，而如果沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送則可能是通信鏈路出現(xiàn)了故障?；赥CP協(xié)議的雙網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)即可。數(shù)據(jù)管理模塊和故障診斷模塊都位于遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)置大型數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存有各設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行數(shù)據(jù)及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理模塊的任務(wù)就是對(duì)遠(yuǎn)程傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析，以確定設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并生成相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，完成圖形顯示、存儲(chǔ)、打印等功能;而故障診斷模塊內(nèi)設(shè)有故障分析算法，在算法的指導(dǎo)下對(duì)可能的故障信息進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果回傳至PC機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的功能。

3算法分析

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)日益龐大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以故障的可能性和復(fù)雜度也在增加。一般來(lái)說(shuō)，電力線路所發(fā)生的故障可能是多種原因所導(dǎo)致的，而且每一個(gè)故障的部位和原因也不是一種獨(dú)立的事件，很可能與其它故障或者電力線路有聯(lián)系，因此，針對(duì)電力線路的故障預(yù)防和診斷就存在著相當(dāng)?shù)碾y度。為了深入掌握故障的模式，以達(dá)到準(zhǔn)確判斷的目的，利用樹來(lái)構(gòu)建相應(yīng)的故障模式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并輔之以故障樹分析方法來(lái)進(jìn)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(tǒng)中各種可能的故障作為樹根，以系統(tǒng)內(nèi)可能發(fā)生的各種因素(例如部件失效、環(huán)境變化、人為失誤等)作為樹葉，利用樹型結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與分析找出系統(tǒng)元素與系統(tǒng)故障之間的邏輯關(guān)系，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障分析、預(yù)測(cè)和診斷，是一種高效、直觀明了的邏輯算法。結(jié)合電力線路實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)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(gòu)建故障樹的基礎(chǔ)上，利用程序?yàn)槊恳豢霉收蠘浯_立了相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)判斷系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、實(shí)行運(yùn)行數(shù)據(jù)，并結(jié)合知識(shí)庫(kù)中所存放的判斷模型，就可以實(shí)現(xiàn)電力線路的故障判斷。

4總結(jié)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的故障對(duì)各行各業(yè)所帶來(lái)的影響越來(lái)越大。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除電力系統(tǒng)的故障對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活而言顯得越來(lái)越重要。本文正是基于此目的而開發(fā)的電力線路監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)由五大模塊組成，分別完成信息采集、底層數(shù)據(jù)處理及控制、底層及上層通信、數(shù)據(jù)管理與故障診斷等功能，并利用了TCP協(xié)議將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。在遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和專家分析系統(tǒng)，利用故障樹分析法對(duì)系統(tǒng)故障征兆信息進(jìn)行有效地分析，從而實(shí)現(xiàn)了故障的快速診斷，提高了故障預(yù)測(cè)、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(yè)學(xué)院