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基于综合数据平台的状态检修系统
jiang_0514 发表于 2009/8/26 13:29:14 1678 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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基于综合数据平台的状态检修系统
作者：上海龙源智光电力技术有限公司 杜剑光 吴翚 来源：赛尔输配电产品应用变压器及仪器仪表卷 总第81期
摘要 本文介绍了一套以设备状态信息化综合数据平台为基础的状态检修软件系统，提出了以在线和离线信息为基本数据源，以通信集成、数据建模、综合数据平台及高级应用为基本要素的软件系统架构。并结合某500kV变电站状态检修系统实例，对状态检修系统的关键功能和实用手段进行了初步探讨。
1引言
电力系统正处在由计划检修向状态检修的一个过渡时期，要真正实现状态检修就要及时掌握电气设备的运行状态，就是通过各种离线的、在线的试验把电气设备的状态量检测出来，并通过真正的数据融合、加权处理、状态分析对电气设备的真实运行状态进行正确的评价，以确定设备是否需要检修或需进行的检修项目和检修方法，因此需要建立一套完善的状态检修系统。建立变电站状态检修系统的目的是：在比较成熟的输变电设备测试技术的基础上，将先进的计算机技术、人工智能技术、通信技术应用于变电站各主要设备的状态检修，使电力部门实现设备检修制度逐步由计划检修向状态检修过渡。这样，电力运行部门既能保证电气设备的安全可靠运行，又可获得最大的经济效益和社会效益。
目前很多在线监测系统及带电测试技术通过各种形式在电力系统有了较为广泛的应用，也不乏成功的应用经验，但由于技术上的不成熟及标准的缺乏也带来了很多问题，离用户的期望和应用目标还有较大的差距。同时以试验数据等静态信息为主体的设备管理信息系统已较为成熟，并可结合相关诊断和评估模型实现部分状态检修的雏形，但此类模式对于电气设备实时信息的动态变化导致的影响没有充分考虑，用于指导生产存在明显的滞后性。
成熟的在线监测技术能够及时、准确、灵敏地获取高压设备的实时状态信息，如果在此基础上再结合各类试验数据进行综合诊断，同时提供设备实时动态评估，就能够克服传统方法的不足。
为了进一步积累经验，以徐行500kV变电站为试点安装了一套综合状态检修管理系统并对其应用情况进行了分析。
2系统关键点
要建立真正意义上的高压设备状态监测及检修管理系统，必须在以下几个关键点有所突破。
2.1设备状态信息的获取
设备状态信息包括设备基本信息、试验信息、运行信息、缺陷信息、巡检记录、带电测试数据、在线监测数据等全景信息。
2.2数据信息整合
包括通讯处理、通讯协议、数据建模等标准化信息集成问题。
2.3系统交互
状态检修系统作为电力部门信息化建设的重要组成部分，与生产管理、调度管理、全寿命周期管理、ERP等系统之间必然存在数据交换、数据集成等系统交互问题。
2.4设备诊断，状态评估及检修管理
积累设备故障数据，建立各类高压设备的故障模型，发展相关人工智能技术及数据分析技术，结合设备综合信息得出有针对性的设备状态评估结论，指导状态检修。这一点是难点，可逐步采用一些成熟的方法。但在做好前面三点的基础上结合先进的检修管理理论和经验，状态检修可具备充分的实施依据。
3状态数据选取
3.1主变油中溶解气体监测
对于油浸式电力设备，尤其是变压器，油中溶解气体分析技术已被实践证明是一种可靠有效的诊断设备潜伏性故障的试验技术，作为离线的带电检测手段已比较成熟。其缺点是在取油样周期间隔中，无法对变压器油中气体进行实时有效的监测，因此有可能漏报某些发展比较快的设备故障；而且在取样到实验室试验的过程中有些气体易于散逸，影响其准确性。安装应用油中溶解气体在线监测系统，则可以实现对设备状态的连续监测，其检测周期可以短到数小时，利于及早发现故障征兆，并及早采取纠正措施，这样既可减少了故障漏报的风险和损失，又可减少人工测量所需的工作量。
3.2铁心接地电流监测
用于监测铁心是否有多点接地。
3.3中性点接地电流监测
由于目前磁暴、直流输电系统单极大地回路运行以及城网的谐波污染负荷，可能导致直流串入铁心引起偏磁，给设备和系统带来不良影响。因此有必要监视是否有异常的直流串入变压器。
3.4局部放电监测
对于很多绝缘材料，特别是有机绝缘材料，局部放电是衡量绝缘性能劣化的重要指标，局部放电水平的突然增长是某些突发绝缘故障的先兆，因此对局部放电实现在线监测是有必要的。
3.5容性设备监测
按预试规程进行停电试验时，电容量与tanδ的测量一般在10kV电压下进行，这在现场实施比较容易，因此是我国定期预防性试验中的必选项目。tanδ的测量对于整体性的绝缘劣化如受潮、老化、杂质等比较敏感，而电容量的测量对于内部发生电容屏间短路的缺陷非常有效。在设备运行额定电压下进行电容量与介质损耗因数的监测比低电压下的检测结果更加真实准确，该技术已相对比较成熟。
3.6避雷器监测
在正常运行情况下，氧化锌避雷器的主要电流为容性电流，阻性电流只占很小部分。当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损或表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流却大大增加。故监测避雷器泄漏电流及其有功分量可以完全反映避雷器的绝缘状态。
3.7HGIS、断路器、刀闸、接地刀闸监测
(1)断路器遮断电流以及操作次数
通过监测断路器的操作次数和累计开断电流，据此计算触头累积磨损量，从而判断断路器的电寿命。
(2)断路器分合闸线圈电流
通过监测和记录断路器操作时分合闸线圈的电流波形，可进一步分析判断操作机构的状态变化。
(3)高速接地开关分合闸线圈电流
通过监测和记录高速接地开关操作时分合闸线圈的电流波形，进一步分析判断操作机构的状态变化。
(4)储能电机动作时间和次数
为及时把握储能电机的状况，通过检测电机的电流检测其动作时间和次数，监视储能系统是否工作正常。
3.8红外成像监测
红外检测已成为比较成熟的发现设备异常发热的有效手段。对于检查套管接头不良、电抗器缺陷、刀闸接触不良、变压器油箱异常涡流、油枕假油位等缺陷特别有效。
3.9线路外绝缘监测
通过测量线路绝缘子的稳态绝缘子泄漏电流、局部放电信号，判断线路的外绝缘状况和污秽状况。
该系统涉及的动态状态信息存在多样性、异构性、冗余性等特点，因此数据建模和通信集成是本系统需要解决的核心问题之一。
4系统架构
图1.系统架构图
4.1变电站当地数据集成平台部分特点
采用工业级、高性能32位ARM9处理芯片，嵌入式实时操作系统，专业处理数据的采集与传输，具有极高的运行效率，同时，能够有效的防止病毒入侵，保证系统的可靠运行；
支持各种类型规约的信息采集，规约以动态库的方式动态加载运行，能够广泛适应各类监测单元的信息采集；
支持各类规约之间的相互转换，很好的支持了当地后台或者是远方综合数据平台以统一的方式获取监测单元数据；
支持多条路径的数据转发，可以同时向当地后台和远方综合数据平台提供数据，还支持其它应用获取数据；
对外支持IEC61850的数据通信。
4.2远方综合数据平台特点
基于CIM统一建模，将从变电站采集的数据按照标准模型的存储，真正意义上实现了设备状态信息的高度共享；
对外提供符合IEC61970标准的CIS接口，使得新开发的应用可以方便的获取到综合平台的数据信息，有利于更好的挖掘综合数据平台信息价值；
平台提供了丰富的信息展现手段，可以使用户更为便捷的发现自己关心的信息，更好的支持决策水平；
平台具有稳定可靠的运行机制，包括双机双网冗余配置，服务器群备运行，完整的数据备份恢复策略等，同时平台可以处理数据量在设计上无上限，非常适合作为设备状态信息的存储、服务和展现中心。
5综合数据平台技术概要
数据平台不仅仅满足现有需求，还要有充分的延展性和持续性，综合数据平台主要解决的问题可以分为三个方面，即：信息的采集、信息的交换、信息的存储和发布，从信息的采集端来说，综合数据平台需要接入不同的监测装置，这些装置本身的数据模型和数据接口互不相同，造成了信息不能很好的采集利用。因此，综合数据平台采用采集层装置CMU通信管理机，消除不同装置采集数据的模型和接口的障碍，从而能够让这些装置信息能够方便的接入。
系统不仅应充分满足当前的需求，更应该兼顾到以后发展的需要，考虑系统接入多样性，应用先进的网络技术和数据通讯技术，采用国际标准和行业相关标准，增强扩容系统的可适应性。状态检修数据平台必须集成各个变电站不同监测设备的信息，并为以后接入其它新增应用提供统一的模型视图，满足“即插即用”的扩展要求。以下是此过程中主要的技术关注点。
5.1信息建模（CIM/CIS）、数据规范化
通过数据平台，还可以根据需要将物理数据模型整理成符合需要的模型，规范化数据服务，将物理模型转成符合CIM规范的数据模型，满足与GIS、EIS等系统的接口功能。
5.2IEC61850
IEC61850是关于未来变电站自动化的通信体系标准。其目标是最大限度地利用现有的标准和被广泛接受的通信原理，在不同制造商的智能电子设备（IntelligentElectricDevice，IED）之间实现良好的互操作，并且能适应通信及应用技术的快速发展。
为未来数字化变电站建设的需要，徐行系统具备IEC61850通讯接入能力。包括两个方面的内容：
对原来不支持IEC61850的装置，通过接入到站内综合数据平台的通讯网关以后，封装成IEC61850访问接口，供其它的系统或者应用调用；
对已经支持IEC61850的装置，站内综合数据平台通讯网关可以直接按照IEC61850的通讯规范接入到综合数据平台。
6系统基本功能模块
实现高压设备的故障诊断、状态评价、风险评估和检修决策建议。包含以下模块：
油浸设备诊断模块：变压器、电抗器的故障诊断。
充气设备诊断模块：GIS及SF6的绝缘及结构特性诊断。
互感器设备诊断模块：电流互感器、CVT*等设备的绝缘诊断。
其它设备诊断模块：隔离开关、干式电抗器、外绝缘、避雷器等设备的诊断。
诊断参数配置模块：阈值管理与阈值自动生成等模块。
预处理与预警模块：能够根据在线数据在站内给出预警标志，并触发远方诊断。
设备诊断工具：数理统计、人工神经网络、援例推理等。
趋势预测工具：选用数理统计、时间序列分析等方法给出设备相应发展趋势及其结论。
状态评价模块：根据离线、在线、带电检测及巡检等信息给出设备综合评价。
风险评估模块：从安全、成本、运行、可用率、社会声誉和环保等角度，确定设备面临的和其可能导致的风险。
检修决策模块：按照维修性质和涉及范围，检修分为四类：A、B、C类是停电检修，D类是不停电检修。根据最近一次设备状态评价结果，考虑设备风险评估因素，制定不同的检修策略。
7结论
本文以常规静态数据为基本模型，同时引入各类成熟监测系统数据为动态参量，形成了基于全景信息的设备状态特征谱，首次对基于IEC61850数字化变电站的状态监测扩展子系统做了有效的尝试，并提出了基于综合数据平台技术的数据建模、通信集成及系统交互的一体化状态检修系统解决方案，在此基础上实现状态检修流程中涉及到的设备诊断、状态评价、风险评估及检修策略等功能模块，为状态检修系统的实用化提供了坚实的技术支撑平台。