浅谈输电设备实时监测与故障诊断
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摘要：随着社会发展，输电设备的稳定性越来越重要，本文从如何建立实时监测系统入手，浅谈了电力系统故障检测发展史、电力实时检测系统组成以及故障分析方法。
随着输电系统朝着高电压、大容量的方向发展，保证输电设备安全工作越来越重要，停电事故给国民经济和人民生活带来的影响和损失越来越大。统计表明，输电设备工作中70%左右的问题是由绝缘故障造成的，因此确保输电设备在其制造和工作过程中严格检测，进行交接试验和预防性试验，才能及时掌握输电设别绝缘状况，确保输电设备的正常工作。
一、输电设备实时监测及发展
国际上在早期都是采用事后维修，后来演变为定期维修，即按事先制订的检修周期进行停机检测，因而也称“时间基准维修”。它虽然对提高设备可靠性起了一定作用，但由于未考虑设备的具体情况，而且制定的周期往往比较保守，以致出现了过多不必要的停机维修，甚至因拆卸、组装等过多而出现过早损坏。
20世纪50年代，美国出现了以状态为基准的维修方式，各国相继效仿。由于大多数故障事前都有先兆，这就要求需要发展一种连续或定时的检测技术，实时监测技术应运而生。
二、实时监测系统
输电设备实时监测技术是一种利用工作电压来对高压设备绝缘情况进行试验的方法，可达到提高试验的真实性和灵敏性，及时发现绝缘缺陷。采用实时监测的方法可以根据设备的好坏选择不同的检测周期，并且可以积累大量数据，通过当前数据与前期数据比较分析，即可以有效预测故障特征。这种输电设备的实时监测系统主要由传感器系统、信号采集系统、分析诊断系统这三部分组成。
1、 传感器系统
传感器系统主要是用来感知所需要的电器参数或非电器参数，能够完成检测任务，它的输出参数与被测参数有一种内在的定量关系，且具有一定的精度，被测量包括物理量、光、电气、化学量、生物量等。目前常用的传感器有电磁传感器、力学传感器、声参数传感器、热参数传感器、化学量传感器。
2、 数据采集系统
信号采集系统的功能是采用来自传感器的各种信号，并将其送往数据处理和诊断系统对监测到的数据进行分析、处理，使其由模拟量转变为数字量进行传输。此外，为了提高监测系统的监测灵敏性，还需要采取一些抗干扰措施以提高信号的信噪比。通常采用放大器对信号进行处理，提高有用信号的成分，并对噪声信号进行抑制。
3、 信号传送与电磁干扰抑制
实时监测系统的信号不仅包括从传感器传来的待测信号，而且还有来自微机的控制信号。这些信号需要在各个系统间、单元间、甚至部件间进行传递，通常信号传送的方式有串行传输方法，并行传输方法和光电光纤传输方法。此外，针对传输信号中干扰信号的来源不同，可分别对内部干扰和外部干扰加以抑制。对于内部干扰，可以通过保证一点接地、隔离、以及尽可能拉开各个通道之间的距离，特别要避免通过高阻连接等方法解决，对于系统外部产生的干扰，应根据进入的途径采取不同的措施。干扰通常分为共模干扰和差模干扰，对于两根电源线对地之间的干扰，其电位相等、相位相同。对于差模干扰，是两根电源线之间形成的干扰。其干扰电流在两根线上是异向的环流，我们应该根据实际情况选择不同的应对措施。
4、 分级集成系统和远程监控系统
输电设备的实时监测系统中存在着计算机的分级管理，它的上位C是微型计算机，下位机是单片机。下位机负责数据的采集和存取，上位机进行数据的处理和诊断。在一个变电站里需要检测的设备很多，这就需要对整个变电站的主要电气设备进行全面的检测和诊断，形成全变电站的实时监测系统。各类设备的数据采集和存储仍由各自监测系统的单片机担负。各单片机分散在现场各自被测设备的附近，并由微机来集中管理和控制各个监测系统，进行数据处理和诊断。
三、故障诊断方法
1、依据规则诊断
工程诊断问题的关键在于要找到特征、状态、诊断规则这三者之间的关系，从而可根据诊断规则由特征函数推断出设备的状态。根据诊断规则的不同，可以将诊断分为三种类型：逻辑诊断、模糊诊断、统计诊断。
2、依据样板诊断
设备诊断过程通常从测试开始，测出能表征设备状态的信号，这些信号被称为初始模式，然后检验出其中的干扰信号，提取特征，形成待检模式；最后将待检模式与样板模式对比，确定故障类型。根据这个过程中所用的样板模式的不同，可将诊断分为以下几类：
a、 阈值诊断：对设备进行测试，按照所得特征量是否超过规定阈值来判断设备状态。该方法比较简单，容易推行，但也存在判断不够全面，容易发生误报等缺点。
b、 时阈波形诊断：对设备进行监测，将测得的某种物理量随时间变化的曲线与样条板对照来判断设备状态。
c、 频率特性诊断：对设备监测之后，将测得的某种物理量的频谱特性与样板特性进行对照，进而判断设备状态。
d、 指纹诊断：对设备进行监测之后，将测得的数据进行处理，将得到的特殊图形与样条板进行对比，进而判断设备状态。
3、应用专家系统进行诊断
从本质上讲，专家系统是一类包含着知识和推理的智能计算机程序。但是这种“智能程序”与传统的计算机“应用程序”已有本质区别。专家系统已经从传统的“数据结构+算法=程序”的应用程序模式变成了“知识+推理=系统”的模式。
通常，一个以规则为基础、以问题为求解中心的系统主要包括五个组成部分：知识库、推理机、综合数据库、解释接口或人机界面和知识获取。按照不同的方法分为不同的类别。可从应用领域分为化学专家系统、医疗专家系统、气象专家系统、地质专家系统等系统；按照知识表示技术可分为基于规则的专家系统、基于框架的专家系统、基于语义网络的专家系统等；
诊断专家系统已经在不少领域显示出强大的工作能力，许多场合已经远远超过人类专家的工作能力。并且随着计算机技术的发展，它也在不断发展和完善。但依然存在知识获取较困难，诊断处理不完全匹配问题的能力还不强等限制。这依然是人类努力打破的枷锁，目前人工神经网络以其模拟人脑的能力备受关注，基于神经网络系统的诊断专家系统也许会很好的解决上述缺陷问题。
参考文献：
[1]梅生伟、薛安城、张雪敏，电力系统自组织临界特性与大电网安全，清华大学出版社，2009
[2]郭福田、王仲奕等，电气工程原理与应用，电子工业出版社，2004