電力設備狀態監測與診斷的研究現狀
為保證電力系統的安全、穩定運行需要對電力設備的狀態進行在線或離線監測。小編查閱相關資料整理了目前有關變壓器、GIS、電纜、設備外絕緣、發電機、電力電容器等電力設備在狀態監測與診斷技術方面的研究現狀。伴隨著傳感器技術、計算機等技術的發展近些年電力設備的狀態監測與診斷技術在監測精度、快速及準確的故障定位、故障模式識別等方面取得了較大進展。但是在信號采集的可靠性、數據處理的精確性、監測設備的抗干擾性、合適的狀態評估模型等方面還需要進一步研究。云計算、大數據、物聯網等技術與電力設備的狀態評估、故障診斷之間的結合也是該領域未來的研究與發展方向。
主要內容
變壓器
變壓器的狀態監測與診斷方法分為化學監測法和局部放電定位法。
化學監測法主要通過對變壓器油中氣體及有機物的定性、定量監測來診斷變壓器的工作狀態。傳統的化學監測法主要是通過溶解氣體分析法監測油中氣體及無機物含量這種方法監測靈敏度低。目前逐漸采用的液相色譜和氣相色譜監測靈敏度高但成本較高。
局部放電法一是通過直接監測電流、電容、暫態電壓的變化二是通過間接監測局部放電引起的頻率、聲波、形變、局部溫度的變化來對變壓器的狀態和壽命進行診斷和評估常用的局部放電監測方法比較如表1所示。但是局部放電監測目前還很難準確定位的到局放發生位置需要進一步在信號的去噪、抗干擾等方面加強研究。
GIS
GIS中的局部放電及放電時的分解產物有可能造成絕緣老化甚至損壞。針對GIS使用過程中極易發生的絕緣故障需要對局部放電特征開展表征和研究從而進行及時監測和準確定位。相關研究表明導致GIS局部放電的主要缺陷類型有電暈放電、表面放電、內部放電、懸浮電位放電等四種。針對軸突、尖刺、金屬顆粒等不同故障類型學者們紛紛提出了不同的局部放電表征模型和監測方法。
目前針對帶電監測的UHF法、TEV法以及非帶電監測的超聲法、紅外法、光學法等幾種監測方法的優缺點及適用范圍已有比較詳盡的介紹有學者已對不同電壓類型的GIS場脈沖耐壓測試進行了歸納并針對最近研究進展表征了監測精度和特征。其中SF6產物監測法是一種新型復合監測手段其特征和機理有關文獻已進行了說明不同溫度范圍下SF6產物的類型和含量。有學者還提出了采用環保氣體取代溫室氣體的可能性和亟待解決的問題。
電纜
電纜狀態監測與診斷主要有在線和離線兩種方式。目前分布式光纖測溫系統（DTS）、護套電流監測、局部放電等在線監測手段得到了較好的發展和應用。
DTS可以實現分辨率0.01 ℃、誤差范圍±1 ℃、空間分辨率1 m及測試長度30 km的測量。但是DTS系統空間分辨率低容易受到環境溫度、濕度等影響需要進一步研究解決。
護套電流監測系統主要是針對電纜的外絕緣狀態進行監測近年的研究已經獲得了一整套基于護套電流監測的電纜狀態監測與故障快速定位系統。但是由于電纜敷設回路的增多給護套電流的準確提取帶來了新的挑戰。同時未來需要進一步加強護套電流和故障種類之間對應關系的研究。
電纜的局部放電（PD）的頻率范圍分布在100 MHz~1 GHz之間放電量可達到1 000 pC。電纜局部放電測試的難點之一是如何將局放信號準確的耦合到局放測試系統中。近些年超高頻（UHF）傳感器、高頻電流傳感器（HFCT）、電容耦合傳感器（CC）等在抗干擾及去噪方面有較大優勢而得到快速的發展。電纜局部放電測試的另一個難點是如何確定局部放電點來自于交叉互聯接地系統的哪一項針對此問題通過建立模型可以區分和確定局放點的來源。今后電纜局部放電的研究應該致力于局放點的精準定位及電纜局部放電量和電纜剩余壽命之間的對應關系。
外絕緣
通過對絕緣子的污穢在線監測可以獲得絕緣子動態的污穢積聚數據從而實現絕緣子沿面閃絡的早期預警和和污閃診斷。目前已經研發出多種類型的裝置用于在線監測絕緣子外絕緣狀態各種設備的優缺點及技術改進如表2所示。隨著電壓等級的提高和覆冰、霧霾天氣等因素的影響輸變電設備外絕緣污閃治理面臨更大的考驗。未來的研究重點應集中在提高特殊氣象條件下絕緣子污穢監測完善污穢狀態評價模型發展污閃預測模型。
發電機
發電機故障往往不是純機械或電氣故障而是多類型故障的綜合對其施實監測比較困難。發電機系統主要監測項目包括：定子振動、空氣氣隙與磁場強度、絕緣與局部放電參數、定子鐵心溫度、轉子磁極溫度等。
國內對發電機空氣氣隙的監測應用方面還相對落后一般是在機組安裝調整過程中用塞尺對氣隙作定點靜態測量而對運行中發電機的氣隙監測很少。需研究如何根據氣隙監測數據進行氣隙偏心診斷判定問題磁極位置發現發電機潛在故障。
局部放電的測量目前需深入研究如何提高水輪發電機組局放監測的抗干擾能力以及從大量局放監測信號中正確識別、分離局放信號、定位局放信號。
發電機轉子溫度監測一種方法是埋入測溫電阻裝設多個小碳刷將信號引出但會給發電機運行帶來隱患且工藝難以實現；另一種方法是利用勵磁電流和勵磁電壓的關系求出轉子線圈電阻計算轉子平均溫度但結果誤差較大。
故障診斷方法經過歷年發展經歷了以傳感、測試技術為基礎，以信號處理技術為手段的傳統故障診斷階段未來將會面向基于知識學習的智能診斷進一步發展表4給出了常用智能診斷方法優缺點。
電力電容器
電力電容器在改善功率因數提高電壓質量和系統穩定性方面起著重要的作用。但是由于長期工作電壓短時過電壓以及環境因素的影響電力電容器可能出現諸如鼓肚高溫升絕緣老化或者異常噪聲等現象。因此需要對電力電容器的工作狀態進行監測與診斷。對電力電容器的狀態監測主要從電壓泄露電流介質損耗相對介電常數局部放電溫度以及振動噪聲幾方面展開的。
目前監測相對介電常數和介質損耗的方法有Schering電橋、過零比較法和諧波分析法這些方法中諧波分析法不受高次諧波和硬件電路的零漂影響而被廣泛應用。
局部放電的監測方法有脈沖電流法超聲波法振蕩波監測法。
溫度監測方法可以為電力電容器的壽命預測提供參考實驗證明，彈簧試驗機電力電容器的壽命與溫度呈現8 ℃規則。
電力電容器在線監測系統
隨著特高壓直流輸電和智能電網的飛速發展，以及電力電子器件的廣泛應用電力系統對電力電容器的工作性能提出了更高的要求。因此實時準確地掌握電力電容器的工作狀態已經成為保障電力電容器的正常運行一種必要手段。此外隨著物聯網和大數據技術的發展電力電容器的在線狀態監測將不再僅僅局限于對現場的特征量監測而是通過物聯網和大數據技術將實時測量的數據與經驗數據庫和歷史數據庫內的數據進行比對并通過有效的專家系統形成準確可靠的狀態監測結果。通信技術和信息處理技術的發展也將推動狀態診斷方法的發展將形成用于處理電力設備工作狀態的虛擬醫院。此時虛擬醫院能夠根據狀態監測結果給出有效的解決措施。
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