变配电系统装备状态监测与健康管理技术研究

变配电系统装备状态监测与健康管理技术研究

胡瑞民

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司

摘要：配电变压器作为配电系统的核心设备，其安全平稳运行直接影响配电网运行的可靠性。目前针对配电变压器的在线监测技术尚未有大规模应用，其油位和油温测量方式基本还是采用机械式管状油位计和机械式指针温度计，测量的精度有限并且无法实现在线测量，测量数据无法实时上送。而具有在线状态监测功能的相关装置目前也未能实现大规模应用。针对配电变压器的结构特点设计了深度集成微功耗传感器的状态传感单元，结合以国产芯MCU为核心的采集终端，实现了对配电变压器油温、油位、油压、微水等状态量的实时监测。并且将装置安装于配电台区中进行实际运行，运行结果验证了装置未来推广应用的可行性。基于此，对变配电系统装备状态监测与健康管理技术进行研究，以供参考。

关键词：配电变压器；状态监测；研究

引言

国内工业领域的快速发展促进电业在各个领域中应用非常的广泛，所以电力工业目前已经成为全国经济发展的重要基础，同时也成为非常重要的能源产业，在国民经济发展中以及社会的发展中起到了非常大的作用，电力系统目前所开展的油务化验工作目前成为广泛性的工作。综合技术以及理论知识，所以有很强的工作任务。目前在电力系统当中已经成为设备安全运行的关键。由此之后电力系统逐步产生为了保证电力系统能够正常的运行所以要采取相应的措施，首先是进行检测化验，一般油污化验大多会使用油务化验。

1配电变压器状态监测装置设计方案

监测装置由状态传感单元和采集终端两部分构成，状态传感单元包括金属筒壁、标识管、观察窗、金属连杆、浮子、各类传感器等构成。在不改变配电变压器原有结构、功能及密封性的基础上，将各传感器布置在原有管式油位计内部；配套采集终端则由传感器信号处理模块、国产芯MCU、通信模块、航插接口、后备电池等构成。传感单元保持原有的管状结构，标识管、观察窗等仍然有油位识别功能，测温铂电阻为细长型结构从金属连杆和浮子中穿过，其顶端浸入到变压器油中。压力传感器和红外距离传感器安装于金属管壁顶部，分别用于测量油位计内部气压及变压器油箱的油位。压力释放阀安装于金属管壁侧面，各个传感器信号输出线及电源线通过航插与采集终端连接。

2供配电系统的PHM系统构型设计需求

分布式供配电系统则是将供配电设备与用电设备分散布置，通过分布配电设备就近进行供配电和配电，分布式供配电系统能够缩短供配电线缆的长度，分散控制、分散供配电的特点能够提高供配电的可靠性。分布式特征可以存在于不同体制的供配电系统之中，交流供配电系统和直流供配电系统均可设计成为分布式供配电系统。相较于集中式供配电系统，分布式供配电系统具有较大优势，将是未来新型军用飞机供配电的主流发展方向。不同类型的供配电系统之间的设备连接形式差别很大，拓扑结构之间存在很大差异。所以针对不同类型的供配电系统需要设计不同组织形式的故障预测和健康管理系统。同样，故障预测和健康管理系统可以分为集中式PHM系统和分布式PHM系统两种。集中式PHM系统具有一个PHM管理中心和多个信号传感器，管理中心接收分布在不同位置的传感器的不同种类的信号，经过分析处理得到各设备的健康状态信息。集中式PHM系统必须保证信号传感器与管理中心的数据传输通畅，以便管理中心及时判断机载供配电系统设备的健康水平和预测可能发生的故障。数据传输可以使用有线传输和无线传输。

3健康管理策略

3.1使用有效的在线检测技术

在不同检修场景应使用不同的检修技术，检修人员应根据实际情况灵活选择在线检修技术，必要时可以灵活组合使用多种在线检测技术。例如，利用红外线热像仪探测物体表面辐射情况时，相关人员需基于辐射接收情况绘制辐射能量密度分布图，观察密度分布情况，从而了解物体的红外热具体分布趋势，推测特定位置的温度，辅助故障识别，探明缺油风险、受潮风险等，以故障的精准判断指导检修作业。使用微气象在线监测，可以准确获知配电网系统局部区域设备实际运行情况，获得设备运行中对应的风速、温度、湿度等系列参数，方便检修维护人员制定可靠的防护举措应对恶劣天气，减少配电网事故发生。使用杆塔倾斜在线监测，可以及时监测塌陷区杆塔的倾斜情况，定期分析其倾斜度，判断其倾斜等级，及时发出安全告警，并通过在线监测系统将结果反馈给检修人员，帮助检修人员制定完善的修复加固方案，真正做到配电网运行管理中的防患于未然。

3.2实现配电网运行状态监测

监测模型搭建完成之后，对监测区域的传感器进行运行状态监测。状态监测包括状态的分类、排序与控制等信息，也可以简单地进行电网结构的建立和调整。当电网运行时，传感器会启动监测功能，可以对线路上的电流和大型发电机运行时的运行情况进行监测。在电网中接入控制型的监测机，利用电流监测原理对运行状态进行监测，再接入集中式的运行感应器，监测输出电流的波形是否出现阻断情况。运行监测模块需要进行状态监测和运行时间的监测，当电网运行时，会开始监测，并向传感器发送监测信号。首先根据监测模块所监测到的信息并进行判断，若运行状态出现异常或者停止运行则会进行警报提示，若为正常运行信号，则通过辐射面积识别是否为两组线路同时运行，再通过实际的运行时间或者理论上的运行时间确定有无重叠运行和停止运行的情况，从而计算正常的运行状态量等。实现了电网的集中管理下的运行状态的监测。可以自动生成新能源电网的信息、运行进度和运行速度，还能自动生成每次运行的状态，自动将所监测到的信息生成到对应的数据分析模块中。

3.3运维一体化

按照国家电网的运维工作思路，在实施电力设备的运维工作过程中，需要调整生产管理职责，促使每一对应监管单位都能够参与到电力设备的运维工作中，从而实现更加良好的工作建设。减少重叠工作或是交叉检修的工作问题，提升电力设备的工作效率。实施一体化运维工作之前，以往的电力运维工作是由相应的电力设备监管人员开展电力设备的整体巡视工作，在这样的工作模式下，监管人员由于缺乏电力设备应用技术，会导致难以充分掌握设备的运行性能及正常参数状态等，从而在出现任何问题时，都难以及时地对其进行管理控制。发现问题的时间相对较晚，往往会使电力设备产生更加严重的故障问题。而开展一体化运维工作，则能够培养具有专业知识的运维人员，从而开展相应的运维工作，保障能够形成更加良好的技术表现。深入展开电力设备的运维工作，从而及时发现其中的故障问题，形成实时动态化的管理工作，便于在问题出现时即刻解决，从而提升电力设备运行可靠度与安全性。

3.4油务化验工作的作用

在电力系统当中有无化验工作非常的重要，并且工作量也日益的增加，对于电力系统来讲，用油的安全以及用油的检验目前还存在着很多的不足之处，所以应该制定相应的策略以及解决措施，及时排除隐患。即使避免由于隐患所带来的影响，确保电力系统在正常运行的状态下可以获得更高的利益，同时避免过多的投入在化验中各个程序需要工作人员做到严谨。各个步骤也需要做到位，所以在检测之后获得的数据也要一一核对，要确保数据的精准，在化验工作开展时要有条不紊，持续进行。

3.5特征参数提取

提取故障特征参量是供配电系统故障预测和健康管理的重要环节，为学习样本的建立提供数据基础，同时它也是故障预测和健康管理的一个非常关键的问题，目的是尽可能地减少模式识别过程中的工作量；研究故障特征的提取方法，同时也是为了解决故障诊断过程中模式识别中存在的一些问题，如精度、计算时间等问题。

结束语

建设坚强电网，积累优良资产并提供优质服务是当代电网建设中的重要内容。为实现上述目标，则需要保障当前电力系统中的电力设备均处于安全稳定运行状态。状态检修与运维则是根据电力设备当前的运行评估及风险预测等众多方式解决电力设备可能存在的问题。相较于定期检修而言，状态检修具有实时性，减少检修停电时长，并能够降低运维成本。良好的运维一体化技术能够保障电力设备高效运行。

参考文献

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