:304作者：張1，2周1 1單位：1。寧波理工大學(xué)監(jiān)控設(shè)備有限公司2。浙江大學(xué)信息學(xué)院摘要：根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)檢修的要求，提出了一種實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠高壓電力干式變壓器狀態(tài)監(jiān)測的集成解決方案——MDDTM系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對發(fā)電廠干式變壓器進(jìn)行全面在線監(jiān)測，形成具有遠(yuǎn)程監(jiān)測和故障診斷功能的多級數(shù)字化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。通過系統(tǒng)提供的狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)和診斷結(jié)論，電廠可以科學(xué)地估計(jì)設(shè)備的運(yùn)行狀況和剩余壽命，確定維護(hù)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：視情維修；在線監(jiān)測；干式變壓器；故障診斷

自20世紀(jì)50年代以來，中的電廠一直根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行定期停電試驗(yàn)和維護(hù)，這被稱為計(jì)劃維護(hù)制度。隨著電力系統(tǒng)容量和電壓水平的不斷提高，以及電力部門對供電可靠性要求的不斷提高，無人值守變電站的數(shù)量越來越多，因此實(shí)施電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測勢在必行。在這種情況下，針對不同高壓設(shè)備的在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。干式變壓器在線監(jiān)測產(chǎn)品有多種類型，如色譜在線、套管絕緣在線、局部放電等。目前這些在線監(jiān)測系統(tǒng)都是不同廠家生產(chǎn)的，采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，資源無法共享，技術(shù)參差不齊，在同一個電廠“各奔東西”。這種情況一方面造成了巨大的資源浪費(fèi)，另一方面增加了運(yùn)維的難度和工作量[1，2】。

MDDTM系統(tǒng)采用集成化設(shè)計(jì)思想，以干式變壓器為目標(biāo)，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)干式變壓器遠(yuǎn)程、在線、網(wǎng)絡(luò)化集中監(jiān)測和故障診斷，克服了變電站不同設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)“先立行動”的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了干式變壓器的綜合故障診斷。

電廠一體化分布式監(jiān)測診斷系統(tǒng)的建立，可以使主管部門對各電廠干式變壓器的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測診斷，及時發(fā)現(xiàn)早期隱患，避免突發(fā)事故；它還可以使這些設(shè)備從定期維護(hù)過渡到狀態(tài)維護(hù)，提高電力設(shè)備監(jiān)管的技術(shù)水平，保證電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

該系統(tǒng)集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。建立遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與診斷中心，通過網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與各監(jiān)測變電站的正確數(shù)據(jù)傳輸，從而正確了解區(qū)域內(nèi)各電廠或變電站主要電力設(shè)備的運(yùn)行情況。

mddtm系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MDDTM系統(tǒng)主要針對110KV以上的干式變壓器設(shè)計(jì)，系統(tǒng)容量可以滿足各種容量干式變壓器在線監(jiān)測的需要。

它由主機(jī)系統(tǒng)、6個在線監(jiān)測子系統(tǒng)、一個模擬輸入模塊、一個開關(guān)輸入模塊和MDD監(jiān)測分析軟件組成。其組成原理如圖1所示：

圖1MDDTM系統(tǒng)組成

MDDTM系統(tǒng)由六個在線監(jiān)測子系統(tǒng)、模擬輸入子系統(tǒng)、開關(guān)輸入子系統(tǒng)和CMS監(jiān)測診斷軟件組成。六個在線監(jiān)控子系統(tǒng)是： #p#分頁標(biāo)題#e#

(1)干式變壓器油色譜在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(2)干式變壓器局部放電在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(3)干式變壓器油溫在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(4)干式變壓器繞組變形在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(5)鐵心接地電流在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(6)干式變壓器套管在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

MDDTM系統(tǒng)采用通信控制單元對各個子系統(tǒng)進(jìn)行透明的協(xié)議轉(zhuǎn)換，以及采集系統(tǒng)的配置和狀態(tài)分析。因此，整個系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，可以根據(jù)實(shí)際需要擴(kuò)展監(jiān)控子系統(tǒng)，并且可以很好地兼容o

3MDDTM系統(tǒng)的主要功能(1)系統(tǒng)具有自診斷功能，MDD主機(jī)能自動診斷硬件設(shè)備故障并給出明確提示；該系統(tǒng)配備了硬件和軟件看門狗，以確保沒有崩潰。系統(tǒng)可以對監(jiān)控系統(tǒng)的硬件狀態(tài)進(jìn)行自診斷，如采集系統(tǒng)AD卡、I/O卡、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳感器、系統(tǒng)狀態(tài)等。同時，軟件可以給出自己的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。

(2)系統(tǒng)可以設(shè)置用戶的基本信息；

(3)系統(tǒng)可以設(shè)置設(shè)備配置信息；

(4)系統(tǒng)可以設(shè)置各在線監(jiān)測子系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)(監(jiān)測間隔時間、數(shù)據(jù)采樣周期、定期檢查時間等)。);

(5)系統(tǒng)采用定期檢查收集數(shù)據(jù)；

(6)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)可由MDD主機(jī)設(shè)置，也可由具有相應(yīng)權(quán)限的網(wǎng)絡(luò)用戶遠(yuǎn)程設(shè)置。

(7)系統(tǒng)具有跟蹤監(jiān)控(閉鎖監(jiān)控)功能，可用于干式變壓器的自動監(jiān)控；當(dāng)檢測到的參數(shù)高于設(shè)定的閾值時，當(dāng)設(shè)備參數(shù)的變化趨勢較快時，或者經(jīng)過監(jiān)控系統(tǒng)診斷軟件的計(jì)算和處理后，可以自動跟蹤和監(jiān)控出現(xiàn)故障癥狀的設(shè)備。

(8)系統(tǒng)具有全面的故障診斷功能，充分利用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；干式變壓器智能故障診斷是基于在線監(jiān)測的各種設(shè)備數(shù)據(jù)，具有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊數(shù)學(xué)等先進(jìn)人工智能的故障診斷能力。

(9)系統(tǒng)采用多級報(bào)警模式，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設(shè)定限值或總診斷結(jié)果需要報(bào)警時，會自動報(bào)警，并可在線修改報(bào)警閾值；報(bào)警方式可靈活設(shè)置，報(bào)警信息可發(fā)送至遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，并可設(shè)置通訊接口自動連接相關(guān)人員的通訊設(shè)備。報(bào)警閾值的在線修改可由現(xiàn)場主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)用戶遠(yuǎn)程設(shè)置；

(10)系統(tǒng)有故障報(bào)警輸出觸點(diǎn)；

(11)系統(tǒng)可以圖形化顯示設(shè)備的監(jiān)控位置(監(jiān)控設(shè)備拓?fù)鋱D)；

(12)系統(tǒng)可以報(bào)表的形式顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；

(13)系統(tǒng)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(jiān)測結(jié)果；

（

14)系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)編程、數(shù)據(jù)拷貝、列表打印等計(jì)算和管理系統(tǒng)基本功能；

(15)可以鎖定方式顯示某個子系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果；

(16)可以循環(huán)方式顯示各個子系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果；

(17)系統(tǒng)具有與用戶MIS、SCADA等系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)功能，可方便實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送，能將檢測數(shù)據(jù)傳送到局內(nèi)MIS系統(tǒng)或其它數(shù)據(jù)庫上，供生產(chǎn)技術(shù)管理人員、領(lǐng)導(dǎo)查閱和系統(tǒng)分析用。網(wǎng)絡(luò)用戶具有不同的權(quán)限，對設(shè)備參數(shù)實(shí)現(xiàn)分級查閱。；#p#分頁標(biāo)題#e#

(18)具有遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷功能；

(19)具有打印輸出監(jiān)測圖表功能；

4MDDTM主機(jī)系統(tǒng)

MDDTM主機(jī)系統(tǒng)由一臺網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、一臺WEB服務(wù)器、三臺監(jiān)控工作站組成，采用C/S和B/S混合體系結(jié)構(gòu)。主機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示：

根據(jù)在線監(jiān)測的實(shí)時性要求，站內(nèi)監(jiān)測曾采用傳統(tǒng)的Client/Server體系結(jié)構(gòu)，同時為滿足遠(yuǎn)程用戶對監(jiān)測數(shù)據(jù)、報(bào)警信息查詢、瀏覽的需要，對遠(yuǎn)程用戶采用目前流行的Browser/Server體系結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成以Client/Server方式為主，Browser/Server方式為輔的混合體系結(jié)構(gòu)。此方案能很好地滿足用戶的需求，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，使系統(tǒng)有較好的開放性和易擴(kuò)展性。其中，B/S方式用于查詢和瀏覽，B/S方式的特點(diǎn)在于具有廣泛的信息發(fā)布能力。它對前端的用戶數(shù)目沒有限制，客戶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)也沒有特殊要求。

圖2MDDTM主機(jī)框架

5子系統(tǒng)功能概述

MDDTM系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的監(jiān)測目標(biāo)要求，按不同的配置進(jìn)行集成。系統(tǒng)支持現(xiàn)有的大多數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，在技術(shù)方案設(shè)計(jì)上，同時考慮了保持系統(tǒng)擴(kuò)展的可能性。本節(jié)就干式變壓器油色譜及微水在線子系統(tǒng)等三個主要子系統(tǒng)作簡單的介紹。

5.1干式變壓器油色譜及微水在線監(jiān)測子系統(tǒng)

干式變壓器油色譜在線監(jiān)測子系統(tǒng)采用MGA2000-6E型干式變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時高精度在線監(jiān)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，并通過計(jì)算獲得總烴的含量、各組份的相對增長率以及絕對增長速度[3-5]。該系統(tǒng)的監(jiān)測指標(biāo)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，能不依賴于保留時間識別出峰的位置和峰的高度。解決了保留時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家系統(tǒng)，該系統(tǒng)故障診斷準(zhǔn)確率高，故障分類有效。

(3)系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，采用了基于權(quán)限的用戶管理，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的魯棒性，同時使系統(tǒng)用戶管理更富有人性化。

(4)提供原始譜圖，并具有強(qiáng)大豐富的譜圖控制功能。

(5)數(shù)據(jù)顯示生動形象，報(bào)表實(shí)用、美觀。

5.2局部放電在線監(jiān)測子系統(tǒng)

干式變壓器內(nèi)部故障分為過熱和放電兩大類。過熱性故障發(fā)展較緩慢，在短時間內(nèi)不會釀成事故。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?yàn)楫?dāng)這些部位的絕緣受損后，其沿面放電電壓將降低，在受到內(nèi)部或外部過電壓的沖擊后，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(jiān)測手段可有效防止設(shè)備事故的發(fā)生[7]。#p#分頁標(biāo)題#e#

局部放電在線監(jiān)測子系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于拓展應(yīng)用。硬件模塊包括傳感器、放大器、信號調(diào)理、采集卡、監(jiān)控主機(jī)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(zhuǎn)換巡回選通兩路信號通過采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。分析軟件對采集的局部放電數(shù)據(jù)抗干擾等數(shù)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(biāo)，并將結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)接口傳送個MDDTM主機(jī)系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)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(cè)電壓互感器(PT)信號經(jīng)信號預(yù)處理后來觸發(fā)采集卡采集。

5.3套管絕緣在線監(jiān)測子系統(tǒng)

套管絕緣在線監(jiān)測子系統(tǒng)主要監(jiān)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(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采用相對比較等分析方法對被監(jiān)測設(shè)備的絕緣狀況作出診斷。

該子系統(tǒng)采用全數(shù)字式交流同步采集及自適應(yīng)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“過零比較法”測量介損時由于諧波影響及模擬電子線路原器件漂移造成的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差的弊病。真正實(shí)現(xiàn)了測量的高精度、高穩(wěn)定度。傳感器設(shè)計(jì)成自動補(bǔ)償方式，受溫度、振動及磁滯回線的影響要?。淮判静捎酶邔?dǎo)磁率的玻莫合金材料，線性度、穩(wěn)定性高，性能好。單匝穿芯式結(jié)構(gòu)，不影響被測設(shè)備的安全性；外殼采用多重屏蔽特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗干擾性能強(qiáng)。而在數(shù)據(jù)處理時，對傳感器受到的溫度和磁滯回線的影響進(jìn)行修正。

6干式變壓器故障診斷系統(tǒng)

針對電力干式變壓器故障診斷專家系統(tǒng)的現(xiàn)狀，MDDTM干式變壓器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)開發(fā)了“電力干式變壓器故障診斷專家系統(tǒng)V1.0”。該系統(tǒng)以在線監(jiān)測系統(tǒng)獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，充分利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)特性，融合多類型的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)技術(shù)，開發(fā)了綜合型智能動態(tài)診斷專家系統(tǒng)。系統(tǒng)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成知識獲取、推理和知識庫維護(hù)等任務(wù)，專家系統(tǒng)部分負(fù)責(zé)與用戶交互，對輸入信息預(yù)處理，以及對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出進(jìn)行綜合分析[8]。

對設(shè)備實(shí)施多參數(shù)、多種故障特征信息的在線監(jiān)測是故障綜合診斷的基礎(chǔ)，在線監(jiān)測系統(tǒng)提供的連續(xù)數(shù)據(jù)保證了電力干式變壓器故障診斷專家系統(tǒng)V1.0具有動態(tài)特性，可以對設(shè)備潛在故障的發(fā)展趨勢作出有效的判斷，本診斷系統(tǒng)的多信息綜合和動態(tài)診斷特性是區(qū)別于以往類似系統(tǒng)的主要特征。

7 遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

該系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由遠(yuǎn)程監(jiān)控主站系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控子站系統(tǒng)構(gòu)成，兩者之間通過通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個有效的整體，并在主站端與MIS系統(tǒng)其總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。#p#分頁標(biāo)題#e#

子站主要完成對變電站內(nèi)的所有干式變壓器狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集、處理以及一些簡單的存儲、打印和分析功能，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上送。主站主要實(shí)現(xiàn)對地區(qū)或省內(nèi)所有在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測的信息的統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)分析、高級應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)如MIS等的數(shù)據(jù)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，其一是通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)SPDnet以TCP/IP方式與主站相連；其二是以電話撥號的方式通過公共電話網(wǎng)與主站通信。由于該系統(tǒng)應(yīng)用的各個變電站基本上已經(jīng)鋪設(shè)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(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)拓樸

本文適應(yīng)發(fā)電廠變電設(shè)備和狀態(tài)檢修的需要，開發(fā)了集成式干式變壓器在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)MDDTM。該系統(tǒng)包括干式變壓器油色譜在線監(jiān)測等6個子系統(tǒng)，并具有良好的可擴(kuò)展性。既能夠?qū)崿F(xiàn)各個監(jiān)測裝置實(shí)時數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和集中存儲，并通過與生產(chǎn)MIS系統(tǒng)等外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合分析。

[1]王青華,汪江,陸頌元.發(fā)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)檢修的若干技術(shù)問題.汽輪機(jī)技術(shù),2003,45(6):337-401.

[2]莊興元.電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀及實(shí)際開發(fā)應(yīng)用前景.電工技術(shù)雜志,2003,5:19-21.

[3]成永紅.電力設(shè)備絕緣檢測與診斷.北京:中電力出版社,2001.

[4]楊啟平,薛五德.油中氣體分析在干式變壓器故障診斷中的應(yīng)用.上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),1996,12(3):60-68.

[5]劉娜,談克雄,高文勝.基于油中溶解氣體譜圖的干式變壓器故障識別方法.清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,43(3):301-303.

[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(xiàn)狀.干式變壓器,2003,40(8):20-23.

[7]ElectricMachineryCommitteeoftheIEEEPowerEngineeringSociety.IEEETrial-UseGuidetotheMeasurementofPartialDischargesinRotatingMachinery(IEEEStd1434-2000).TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers,Inc.,2000.

[8]家電力公司.火力發(fā)電廠實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修的指導(dǎo)意見.中電力,2002,25(2):1-5.

原文發(fā)表時間：2006-05-15