第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
智能变电站以及智能高压设备技术就是在这样的背景下提出来的。智能电网是促进可再生能源发展、实现绿色低碳经济的核心。智能变电站是伴随着智能电网概念的提出而出现的,是发展智能电网的重要基础和支撑。作为衔接发电、输电、配电、用电以及调度六大环节的关键,智能变电站是变换电压、接收和分配电能、控制电力流向和调整电压的重要电力设施,是智能电网“电力流、信息流、业务流”三流汇集的焦点,对建设坚强智能电网具有极为重要的作用。
随着电网规模不断扩大,对电网供电的可靠性、安全性要求也越来越高。输变电设备的安全稳定运行已经成为影响电力系统安全、稳定、可靠、经济运行的重要因素。为实现电力系统的长期稳定运行,开展输变电设备在线监测以及状态评估与故障诊断是不可缺少的手段之一,对减少电力系统事故、提高电力设备运行可靠性具有非常重要的意义。
长期以来,电力行业采用定期维修和绝缘预防性试验,根据试验的结果来判断设备的运行状况,从而确定其是否可以继续投入运行。预防性试验是电力设备运行以及维护中的重要环节,是保证电力设备安全稳定运行的有效手段之一。预防性试验规程也是电力系统绝缘监督工作的主要依据,在我国已有 40 多年的应用经验。但这种维修方法不考虑设备实际状况的差异,由此产生了维修不足以及过剩维修的双重局限。因此,为对变电设备做出及时的状态评估和故障诊断,更好的保障设备的正常运行,出现了一种新的维修策略,即状态维修(Condition-based Maintenance)。
这种检修方式能够及时有针对性的对设备进行检修,但要实现状态维修,其前提条件是完善的在线监测和状态评估诊断技术。随着状态维修概念的推广,变电站电气设备的在线监测和状态评估诊断技术已经成为国内外高压技术研究人员关注的热点问题。
在输变电设备的状态评估和故障诊断中,检修人员的专业知识、经验对评估设备的运行状态和故障诊断起着关键性作用。随着输变电设备智能化水平的提高,加上电力系统结构的复杂化,仅仅依靠个别专家或检修人员的经验难以快速发现并解决问题,因此迫切需要建立一个集多专家知识于一体的状态评估和故障诊断系统,以提高系统的安全性、可靠性,同时大大降低成本。................
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第二章 基于在线监测的变压器状态评估方法
到目前为止,工作人员对电力系统中的设备着重采用定期维修以及预防性试验来对变压器的运行状态是否保持良好以及对变压器的健康水平进行评估。在实际应用中,仅仅依靠静态的评估方式来判断电力系统中的设备的运行状况并不能起到确保输变电设备安全稳定且可靠运行的目的。在本课题研究中,采用基于在线监测技术获取的多参量数据来对输变电设备的运行状态进行评估诊断,此研究具有非常重要的实用价值,为今后智能输变电设备的发展奠定了理论基础。
2.1 变压器状态评估的研究现状
随着电力系统规模的不断扩大,且电力变压器的制造工艺不断提高,因此,对变压器运行可靠性的要求也不断提高。除此之外,随着电力系统对生产效率以及经济效益的要求日益提高,定期维修以及离线试验的手段已经无法满足目前电力系统对安全稳定运行的要求。变压器是电力系统中最重要的设备,因此,基于在线监测的对变压器的运行状态进行综合评估受到了越来越多的关注。
目前,出现了多种变压器状态评估方法,如神经网络、灰色理论、贝叶斯网络、支持向量机等。上述几种方法对样本数据的要求较高,而在实际运用中符合要求的样本数据又没那么容易得到,因此,目前对电力变压器运行状态的评估采用的基本是变压器油中溶解气体的监测数据这个单一参量。
模糊数学是对变压器进行状态评估的一种重要方法,其原理是通过对指标体系中的每个指标得到的评估值进行模糊评判,从而获取一个隶属度向量,对全部指标规范化处理后得出的隶属度向量进行合成运算,就能够算出评估对象的综合评定结果。变压器的运行状态是多因素共同作用的结果,各因素对整个变压器状态评估的影响又具有一定的模糊性,因此非常适合采用模糊数学的方法来评估变压器状态,具有非常重要的现实意义。确定模糊数学的隶属函数实质上是将模糊度进行精确化,此外隶属度的获取和确定带有一定的人为主观性。文献利用统计数据和专家经验确定指标的模糊隶属度函数,利用模糊理论进行变压器状态评估,但评估结果易出现不相容现象。.............
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第三章 基于在线监测的变压器故障诊断算法 ...............................19
3.1 基于油中溶解气体在线
监测的变压器综合故障诊断算法................................................... 19
3.1.1 判断故障有无的方法............................................................. 20
3.1.2 基于油中溶解气体在线监测的变压器故障诊断子模块 ..... 22
3.1.3 基于油中溶解气体在线监测的变压器故障诊断性能 .........28
3.2 基于故障模式分析的变压器故障诊断算法...........................30
3.2.1 功能结构分析........................................................................30
3.2.2 故障模式分析.......................................................................31
3.2.3 基于故障模式的故障综合诊断指标体系..........................32
3.2.4 故障模式的劣化度故障综合诊断..................................... 35
3.3 本章小结 ................................................................................36
第四章 基于图像摄影的输电线路状态监测方法研究 ................37
4.1 输电线路弧垂测量方法研究概况......................................37
4.2 输电线路图像的分割处理............................................37
4.2.1 边缘检测.......................................................................37
4.2.2 边界追踪..................................................................... 38
4.2.3 输电线路图像分割处理的算法流程........................ 39
4.3 输电线路弧垂摄影测量解析计算...............................40
4.3.1 航摄像片的坐标系统变换...................................... 40
4.3.2 立体像对的空间前方交会......................................42
4.4 试验验证及分析.......................................................43
4.4.1 试验目的................................................................ 43
4.4.2 试验内容............................................................... 43
4.4.3 试验结果............................................................... 45
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结论
开发了智能输变电设备评估诊断系统及其可视化监测软件,开发了监控主站通信服务系统,并通过试验全面验证了系统功能。本文对智能输变电设备监测系统的背景展开了介绍,提出基于在线监测的变压器状态评估方法和基于在线监测的变压器故障诊断算法,提出基于图像摄影的输电线路状态监测方法,主要工作及结论如下:
(1). 提出基于可拓理论的电力变压器运行状态评估算法,实现对电力变压器运行状态定性和定量分析相结合的综合状态评估,并通过实例证明了该算法的有效性和准确性;
(2). 详细介绍了基于油中溶解气体在线监测的变压器综合故障诊断算法,并结合实例分析其存在的不足,在此基础上提出基于故障模式分析的变压器故障诊断算法,实现变压器故障的综合诊断,能够适应变压器故障实际情况复杂性和故障模式多样性;
(3). 提出基于图像摄影的输电线路状态监测方法,基于数据采集系统拍摄传回的现场照片,利用数字图像处理技术,结合摄影测量技术,实现了输电线弧垂对地之间距离的准确测量。采用高压输电线路实拍图片计算结果与激光测距仪测量结果对比,平均误差 1.3%,最大误差 2.8%。充分验证了算法的有效性、精确性、快速性和抗噪性;
(4). 开发了智能输变电设备评估诊断系统软件,实现了用户登录与退出、用户与设备信息管理、实时数据显示与存储、历史数据查询、在线评估诊断等功能。开发了基于 ORCALE 平台的输变电设备状态评估诊断数据库,实现了输变电设备在线监测数据的大容量、长时间存储；
(5). 开发的通信服务系统通过 IEC61850 标准获取 IED 监测数据,实现了良好的实现信息共享和交换;不仅能从 IED 装置获取监测数据,同时还能通过 IEC61850协议向下设置各个 IED 的运行参数(如:采样时间间隔等),能够实现与 IED 的信息交互;
(6). 为了验证本文系统的各项功能,本文分别进行了输电线路弧垂测量实验、IED 监测数据获取实验、IED 运行参数设置实验、可视化监测软件相关功能验证实验、状态评估诊断算法验证实验,通过实验表明,开发的智能输变电设备状态评估及诊断专家系统及其可视化监测软件计划功能均已实现、运行情况良好。....
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