干式變壓器狀態(tài)監測與診斷系統

:304作者：張1，2周1 1單位：1。寧波理工大學(xué)監控設備有限公司2。浙江大學(xué)信息學(xué)院摘要：根據當前狀態(tài)檢修的要求，提出了一種實(shí)現發(fā)電廠(chǎng)高壓電力干式變壓器狀態(tài)監測的集成解決方案——MDDTM系統。該系統可對發(fā)電廠(chǎng)干式變壓器進(jìn)行全面在線(xiàn)監測，形成具有遠程監測和故障診斷功能的多級數字化監測網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)系統提供的狀態(tài)檢測數據和診斷結論，電廠(chǎng)可以科學(xué)地估計設備的運行狀況和剩余壽命，確定維護強度。

關(guān)鍵詞：視情維修；在線(xiàn)監測；干式變壓器；故障診斷

自20世紀50年代以來(lái)，中的電廠(chǎng)一直根據電力設備預防性試驗規程進(jìn)行定期停電試驗和維護，這被稱(chēng)為計劃維護制度。隨著(zhù)電力系統容量和電壓水平的不斷提高，以及電力部門(mén)對供電可靠性要求的不斷提高，無(wú)人值守變電站的數量越來(lái)越多，因此實(shí)施電力系統設備狀態(tài)監測勢在必行。在這種情況下，針對不同高壓設備的在線(xiàn)監測系統應運而生。干式變壓器在線(xiàn)監測產(chǎn)品有多種類(lèi)型，如色譜在線(xiàn)、套管絕緣在線(xiàn)、局部放電等。目前這些在線(xiàn)監測系統都是不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的，采用不同的標準，資源無(wú)法共享，技術(shù)參差不齊，在同一個(gè)電廠(chǎng)“各奔東西”。這種情況一方面造成了巨大的資源浪費，另一方面增加了運維的難度和工作量[1，2】。

MDDTM系統采用集成化設計思想，以干式變壓器為目標，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò )結構，實(shí)現干式變壓器遠程、在線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò )化集中監測和故障診斷，克服了變電站不同設備在線(xiàn)監測系統“先立行動(dòng)”的缺點(diǎn)，實(shí)現了干式變壓器的綜合故障診斷。

電廠(chǎng)一體化分布式監測診斷系統的建立，可以使主管部門(mén)對各電廠(chǎng)干式變壓器的運行狀況進(jìn)行監測診斷，及時(shí)發(fā)現早期隱患，避免突發(fā)事故；它還可以使這些設備從定期維護過(guò)渡到狀態(tài)維護，提高電力設備監管的技術(shù)水平，保證電廠(chǎng)的安全經(jīng)濟運行，具有很大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

該系統集成了計算機技術(shù)、信息技術(shù)、狀態(tài)監測與故障診斷技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)。建立遠程狀態(tài)監測與診斷中心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )通信系統實(shí)現與各監測變電站的正確數據傳輸，從而正確了解區域內各電廠(chǎng)或變電站主要電力設備的運行情況。

mddtm系統結構MDDTM系統主要針對110KV以上的干式變壓器設計，系統容量可以滿(mǎn)足各種容量干式變壓器在線(xiàn)監測的需要。

它由主機系統、6個(gè)在線(xiàn)監測子系統、一個(gè)模擬輸入模塊、一個(gè)開(kāi)關(guān)輸入模塊和MDD監測分析軟件組成。其組成原理如圖1所示：

圖1MDDTM系統組成

MDDTM系統由六個(gè)在線(xiàn)監測子系統、模擬輸入子系統、開(kāi)關(guān)輸入子系統和CMS監測診斷軟件組成。六個(gè)在線(xiàn)監控子系統是： #p#分頁(yè)標題#e#

(1)干式變壓器油色譜在線(xiàn)監測子系統；

(2)干式變壓器局部放電在線(xiàn)監測子系統；

(3)干式變壓器油溫在線(xiàn)監測子系統；

(4)干式變壓器繞組變形在線(xiàn)監測子系統；

(5)鐵心接地電流在線(xiàn)監測子系統；

(6)干式變壓器套管在線(xiàn)監測子系統；

MDDTM系統采用通信控制單元對各個(gè)子系統進(jìn)行透明的協(xié)議轉換，以及采集系統的配置和狀態(tài)分析。因此，整個(gè)系統具有良好的可擴展性，可以根據實(shí)際需要擴展監控子系統，并且可以很好地兼容o

3MDDTM系統的主要功能(1)系統具有自診斷功能，MDD主機能自動(dòng)診斷硬件設備故障并給出明確提示；該系統配備了硬件和軟件看門(mén)狗，以確保沒(méi)有崩潰。系統可以對監控系統的硬件狀態(tài)進(jìn)行自診斷，如采集系統AD卡、I/O卡、網(wǎng)絡(luò )設備、傳感器、系統狀態(tài)等。同時(shí)，軟件可以給出自己的運行狀態(tài)參數。

(2)系統可以設置用戶(hù)的基本信息；

(3)系統可以設置設備配置信息；

(4)系統可以設置各在線(xiàn)監測子系統的運行參數(監測間隔時(shí)間、數據采樣周期、定期檢查時(shí)間等)。);

(5)系統采用定期檢查收集數據；

(6)系統運行參數可由MDD主機設置，也可由具有相應權限的網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)遠程設置。

(7)系統具有跟蹤監控(閉鎖監控)功能，可用于干式變壓器的自動(dòng)監控；當檢測到的參數高于設定的閾值時(shí)，當設備參數的變化趨勢較快時(shí)，或者經(jīng)過(guò)監控系統診斷軟件的計算和處理后，可以自動(dòng)跟蹤和監控出現故障癥狀的設備。

(8)系統具有全面的故障診斷功能，充分利用監控數據；干式變壓器智能故障診斷是基于在線(xiàn)監測的各種設備數據，具有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )或模糊數學(xué)等先進(jìn)人工智能的故障診斷能力。

(9)系統采用多級報警模式，當監測數據超過(guò)設定限值或總診斷結果需要報警時(shí)，會(huì )自動(dòng)報警，并可在線(xiàn)修改報警閾值；報警方式可靈活設置，報警信息可發(fā)送至遠程計算機，并可設置通訊接口自動(dòng)連接相關(guān)人員的通訊設備。報警閾值的在線(xiàn)修改可由現場(chǎng)主機或網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)遠程設置；

(10)系統有故障報警輸出觸點(diǎn)；

(11)系統可以圖形化顯示設備的監控位置(監控設備拓撲圖)；

(12)系統可以報表的形式顯示監控數據；

(13)系統能以趨勢圖、直方圖、放電譜、三維放電譜和工頻放電譜的形式顯示監測結果；

（

14)系統具備數據編程、數據拷貝、列表打印等計算和管理系統基本功能；

(15)可以鎖定方式顯示某個(gè)子系統的監測結果；

(16)可以循環(huán)方式顯示各個(gè)子系統的監測結果；

(17)系統具有與用戶(hù)MIS、SCADA等系統的聯(lián)網(wǎng)功能，可方便實(shí)現聯(lián)網(wǎng)數據傳送，能將檢測數據傳送到局內MIS系統或其它數據庫上，供生產(chǎn)技術(shù)管理人員、領(lǐng)導查閱和系統分析用。網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)具有不同的權限，對設備參數實(shí)現分級查閱。；#p#分頁(yè)標題#e#

(18)具有遠程監測與診斷功能；

(19)具有打印輸出監測圖表功能；

4MDDTM主機系統

MDDTM主機系統由一臺網(wǎng)絡(luò )數據庫服務(wù)器、一臺WEB服務(wù)器、三臺監控工作站組成，采用C/S和B/S混合體系結構。主機系統架構如圖2所示：

根據在線(xiàn)監測的實(shí)時(shí)性要求，站內監測曾采用傳統的Client/Server體系結構，同時(shí)為滿(mǎn)足遠程用戶(hù)對監測數據、報警信息查詢(xún)、瀏覽的需要，對遠程用戶(hù)采用目前流行的Browser/Server體系結構，從而構成以Client/Server方式為主，Browser/Server方式為輔的混合體系結構。此方案能很好地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，符合可持續發(fā)展的原則，使系統有較好的開(kāi)放性和易擴展性。其中，B/S方式用于查詢(xún)和瀏覽，B/S方式的特點(diǎn)在于具有廣泛的信息發(fā)布能力。它對前端的用戶(hù)數目沒(méi)有限制，客戶(hù)端只需要普通的瀏覽器即可，不需要其他任何特殊軟件，另外對網(wǎng)絡(luò )也沒(méi)有特殊要求。

圖2MDDTM主機框架

5子系統功能概述

MDDTM系統可以根據用戶(hù)的監測目標要求，按不同的配置進(jìn)行集成。系統支持現有的大多數在線(xiàn)監測系統，在技術(shù)方案設計上，同時(shí)考慮了保持系統擴展的可能性。本節就干式變壓器油色譜及微水在線(xiàn)子系統等三個(gè)主要子系統作簡(jiǎn)單的介紹。

5.1干式變壓器油色譜及微水在線(xiàn)監測子系統

干式變壓器油色譜在線(xiàn)監測子系統采用MGA2000-6E型干式變壓器油色譜在線(xiàn)監測系統，該系統可同時(shí)高精度在線(xiàn)監測干式變壓器油中溶解的氫氣(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、乙烷(C2H6)等六種氣體組分及油中微水含量，并通過(guò)計算獲得總烴的含量、各組份的相對增長(cháng)率以及絕對增長(cháng)速度[3-5]。該系統的監測指標如下表所示：

MGA2000-6的關(guān)鍵技術(shù)及軟件主要特點(diǎn)是：

(1)采用一種全新的智能譜峰識別算法，能不依賴(lài)于保留時(shí)間識別出峰的位置和峰的高度。解決了保留時(shí)間的變化對峰的識別和測量精度的影響[6]。

(2)采用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的干式變壓器故障診斷專(zhuān)家系統，該系統故障診斷準確率高，故障分類(lèi)有效。

(3)系統運行安全可靠，采用了基于權限的用戶(hù)管理，使系統具有很強的魯棒性，同時(shí)使系統用戶(hù)管理更富有人性化。

(4)提供原始譜圖，并具有強大豐富的譜圖控制功能。

(5)數據顯示生動(dòng)形象，報表實(shí)用、美觀(guān)。

5.2局部放電在線(xiàn)監測子系統

干式變壓器內部故障分為過(guò)熱和放電兩大類(lèi)。過(guò)熱性故障發(fā)展較緩慢，在短時(shí)間內不會(huì )釀成事故。而局部放電性故障，尤其是匝、層間和圍屏的局部放電，就大不相同了。因為當這些部位的絕緣受損后，其沿面放電電壓將降低，在受到內部或外部過(guò)電壓的沖擊后，絕緣性能迅速下降，引起局部放電及至發(fā)展成電弧放電而燒毀。因此，采取可靠的局部放電監測手段可有效防止設備事故的發(fā)生[7]。#p#分頁(yè)標題#e#

局部放電在線(xiàn)監測子系統采用模塊化設計，便于拓展應用。硬件模塊包括傳感器、放大器、信號調理、采集卡、監控主機等，模塊之間主要依靠BNC雙屏蔽同軸電纜相聯(lián)接。干式變壓器上的局放信號經(jīng)傳感器耦合后送入放大器，放大之后的信號由多路轉換巡回選通兩路信號通過(guò)采集卡進(jìn)行數據采集。分析軟件對采集的局部放電數據抗干擾等數字處理，獲得放電量、三維放電圖譜、工頻放電圖譜、放電趨勢圖等指標，并將結果通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口傳送個(gè)MDDTM主機系統，在數據庫中存儲。另外，為了獲得每次采集的工頻相位信息，利用高壓側電壓互感器(PT)信號經(jīng)信號預處理后來(lái)觸發(fā)采集卡采集。

5.3套管絕緣在線(xiàn)監測子系統

套管絕緣在線(xiàn)監測子系統主要監測干式變壓器套管的介質(zhì)損耗、等值電容、泄漏電流、環(huán)境溫濕度等，并根據監測數據采用相對比較等分析方法對被監測設備的絕緣狀況作出診斷。

該子系統采用全數字式交流同步采集及自適應信號處理技術(shù)對介質(zhì)損耗進(jìn)行測量，從根本上解決了以往產(chǎn)品采用的“過(guò)零比較法”測量介損時(shí)由于諧波影響及模擬電子線(xiàn)路原器件漂移造成的數據穩定性差的弊病。真正實(shí)現了測量的高精度、高穩定度。傳感器設計成自動(dòng)補償方式，受溫度、振動(dòng)及磁滯回線(xiàn)的影響要??；磁芯采用高導磁率的玻莫合金材料，線(xiàn)性度、穩定性高，性能好。單匝穿芯式結構，不影響被測設備的安全性；外殼采用多重屏蔽特殊結構設計，抗干擾性能強。而在數據處理時(shí)，對傳感器受到的溫度和磁滯回線(xiàn)的影響進(jìn)行修正。

6干式變壓器故障診斷系統

針對電力干式變壓器故障診斷專(zhuān)家系統的現狀，MDDTM干式變壓器狀態(tài)監測與故障診斷系統開(kāi)發(fā)了“電力干式變壓器故障診斷專(zhuān)家系統V1.0”。該系統以在線(xiàn)監測系統獲取的監測數據為基礎，充分利用在線(xiàn)監測數據的動(dòng)態(tài)特性，融合多類(lèi)型的在線(xiàn)監測數據，結合了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和專(zhuān)家系統技術(shù)，開(kāi)發(fā)了綜合型智能動(dòng)態(tài)診斷專(zhuān)家系統。系統利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )完成知識獲取、推理和知識庫維護等任務(wù)，專(zhuān)家系統部分負責與用戶(hù)交互，對輸入信息預處理，以及對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )輸出進(jìn)行綜合分析[8]。

對設備實(shí)施多參數、多種故障特征信息的在線(xiàn)監測是故障綜合診斷的基礎，在線(xiàn)監測系統提供的連續數據保證了電力干式變壓器故障診斷專(zhuān)家系統V1.0具有動(dòng)態(tài)特性，可以對設備潛在故障的發(fā)展趨勢作出有效的判斷，本診斷系統的多信息綜合和動(dòng)態(tài)診斷特性是區別于以往類(lèi)似系統的主要特征。

7 遠程監測網(wǎng)絡(luò )

該系統的系統結構由遠程監控主站系統、現場(chǎng)監控子站系統構成，兩者之間通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )構成一個(gè)有效的整體，并在主站端與MIS系統其總體結構如圖3所示。#p#分頁(yè)標題#e#

子站主要完成對變電站內的所有干式變壓器狀態(tài)的數據采集、處理以及一些簡(jiǎn)單的存儲、打印和分析功能，并實(shí)現數據上送。主站主要實(shí)現對地區或省內所有在線(xiàn)監測設備監測的信息的統一管理、數據分析、高級應用，實(shí)現與其他系統如MIS等的數據共享。

通信網(wǎng)絡(luò )主要提供主站和子站間的通信鏈路。子站與主站的通信有兩種方式，其一是通過(guò)電力數據網(wǎng)SPDnet以TCP/IP方式與主站相連；其二是以電話(huà)撥號的方式通過(guò)公共電話(huà)網(wǎng)與主站通信。由于該系統應用的各個(gè)變電站基本上已經(jīng)鋪設了光纖，而且目前的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已經(jīng)比較成熟，因此子站和主站間的通信主要采用較好種方式。

圖3遠程監測網(wǎng)絡(luò )拓樸

本文適應發(fā)電廠(chǎng)變電設備和狀態(tài)檢修的需要，開(kāi)發(fā)了集成式干式變壓器在線(xiàn)監測和故障診斷系統MDDTM。該系統包括干式變壓器油色譜在線(xiàn)監測等6個(gè)子系統，并具有良好的可擴展性。既能夠實(shí)現各個(gè)監測裝置實(shí)時(shí)數據的遠傳和集中存儲，并通過(guò)與生產(chǎn)MIS系統等外部系統的數據交互，實(shí)現數據綜合分析。

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[6]李寧先,章金謀,李鎵等.干式變壓器油中氣體色譜分析方法和儀器發(fā)展現狀.干式變壓器,2003,40(8):20-23.

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原文發(fā)表時(shí)間：2006-05-15