1、XJTUEE1智能電網中的電力設備狀態智能電網中的電力設備狀態檢測技術及其進展檢測技術及其進展 董明董明 嚴璋嚴璋西安交通大學西安交通大學2021年年4月月XJTUEE2一、前言一、前言二、電力設備狀態檢測與在線監測技術新進展二、電力設備狀態檢測與在線監測技術新進展三、智能電網中的狀態檢測特點與要求三、智能電網中的狀態檢測特點與要求 四、支持狀態檢測的高級算法和診斷系統四、支持狀態檢測的高級算法和診斷系統五、小結五、小結目目 錄錄XJTUEE3I 前言前言 進入21世紀，隨著全球資源、環境壓力的不斷增大，用戶對電能可靠性和質量要求的不斷提升，電力行業正面臨前所未有的挑戰和機遇。技術/標準進步設

2、備老化智能計量/需求響應環保壓力本錢上升電力需求增長XJTUEE4科學技術進步是基礎智能電網基礎技術產業發展電子計算機通訊分布電源蓄能技術智能設備XJTUEE智能電網特征智智能能電電網網 現代電力技術現代電力技術 現代測控技術現代測控技術計算機技術計算機技術 電力電子技術電力電子技術通信技術通信技術 傳統輸配電網傳統輸配電網XJTUEE6 隨著電網資產規模的擴大、設備數量隨著電網資產規模的擴大、設備數量的增加、技術水平的提高以及運行標準要的增加、技術水平的提高以及運行標準要求的日趨嚴格，管理好、維護好、運行好求的日趨嚴格，管理好、維護好、運行好各級電網，提高設備的健康水平和使用壽各級電網，提高

3、設備的健康水平和使用壽命，降低電網運行維護本錢，對于保證電命，降低電網運行維護本錢，對于保證電網平安、改善電能質量、提高供電可靠性網平安、改善電能質量、提高供電可靠性和資產運營效率，都具有重要的作用和資產運營效率，都具有重要的作用狀態檢修是智能電網建設中的關鍵一環。狀態檢修是智能電網建設中的關鍵一環。XJTUEE7II 電力設備狀態檢測與在線監測電力設備狀態檢測與在線監測技術新進展技術新進展 油中溶解氣體監測油中溶解氣體監測 局部放電監測局部放電監測 繞組測溫繞組測溫 紅外與紫外紅外與紫外 振蕩波振蕩波 XJTUEE8遠紅外法遠紅外法DGADGA監測系統監測系統FTIRFTIRXJTUEE9F

4、TIR現場安裝圖現場安裝圖XJTUEE10FTIR的性能的性能 XJTUEE11UHFUHF局放檢測傳感器局放檢測傳感器XJTUEE12XJTUEE13UHFUHF測局放實例測局放實例故障之一故障之一 局放量6000pC 解體發現系由于靜電屏蔽焊接不良造成電位浮動產生XJTUEE14XJTUEE15在線測溫的關鍵部件在線測溫的關鍵部件溫度計溫度計 傳感器端部安裝傳感器端部安裝XJTUEE16溫度計溫度計 傳感器端部安裝傳感器端部安裝 在線圈或線圈套筒處理之前安裝改進支撐、適宜的支架以保護光纖電在線圈或線圈套筒處理之前安裝改進支撐、適宜的支架以保護光纖電纜纜 為了便于安裝，需要將套筒磁極尾的末端

5、進行適當的改動為了便于安裝，需要將套筒磁極尾的末端進行適當的改動 完整撐條必須安裝在臨近最熱點的撐條中，更換原有的盤式繞組。適完整撐條必須安裝在臨近最熱點的撐條中，更換原有的盤式繞組。適宜尺寸的楔形撐條是必須的宜尺寸的楔形撐條是必須的XJTUEE17溫度計溫度計 傳感器端部安裝傳感器端部安裝XJTUEE18溫度計溫度計 傳感器端部安裝傳感器端部安裝XJTUEE19溫度計溫度計 傳感器端部安裝傳感器端部安裝XJTUEE20油箱壁安裝方式油箱壁安裝方式XJTUEE21運行運行動態負荷動態負荷02004006008001000120009:0012:0015:0018:0021:0000:0003:

6、0006:00MVA0102030405060708090100110120DG RUDD T 230H500 3A MVA/DG (Sun 2004-07-04 08:00 - Mon 2004-07-05 08:00)MVATDG-ATDG-BTDG-CTDGHDG-AHDG-BHDG-CHDGHotspotTop OilLoadXJTUEE22光纖測溫的重要性光纖測溫的重要性與傳統方法的不與傳統方法的不同同在線監測在線監測油溫與繞組溫度油溫與繞組溫度不一致不一致冷卻系統瞬時控冷卻系統瞬時控制制現場維修人員有現場維修人員有效工具效工具熱運行試驗熱運行試驗XJTUEE23紅外熱成像測試技術紅

7、外熱成像測試技術原理：用紅外線熱像儀來捕捉接收物體外表發出的紅外輻射，顯示物體外表輻射能量密度的分布情況紅外熱圖。通過觀察物體的紅外熱分布圖，并測量所需位置的溫度，來判斷設備故障所在的位置及程度缺油，受潮，松動，絕緣老化等情況。特點：是被動的、非接觸式的檢測。在設備運行狀態時測試。遠距離、準確、實時、快速、簡便、平安、可靠、直觀。XJTUEE24紅外檢測實例紅外檢測實例導線導線 華中至上海500kV線路孝感段巡檢 導線連接處；距離50m 緊急缺陷256oC，現場帶電作業XJTUEE25紅外檢測實例紅外檢測實例線路絕緣子線路絕緣子XJTUEE26紅外檢測實例紅外檢測實例隔離開關隔離開關20.07

8、4.2203040506070AR0116.892.020406080AR01XJTUEE27紅外檢測實例紅外檢測實例斷路器斷路器XJTUEE28紅外檢測實例紅外檢測實例PTXJTUEE29紅外檢測實例紅外檢測實例避雷器避雷器XJTUEE30紅外檢測實例紅外檢測實例CT28.132.729303132AR01AR02LI01LI02 tand: 3.1%超標(標準 1.0%) DGA: (ppm)H2: 73714CH4: 13749C2H6: 1884C2H4: 125C2H2: 7總烴: 15766嚴重超標XJTUEE31紅外檢測實例紅外檢測實例高壓電纜高壓電纜XJTUEE32用吊艙進行線

9、路航測用吊艙進行線路航測XJTUEE紅外診斷的局限性紅外診斷的局限性1) 1) 由于環境因素的影響，設備散熱、傳熱條件不同，這樣由于環境因素的影響，設備散熱、傳熱條件不同，這樣所測得的發熱點相對環境溫度的溫升存在誤差，必然帶來熱所測得的發熱點相對環境溫度的溫升存在誤差，必然帶來熱缺陷判斷的誤差；缺陷判斷的誤差；2) 2) 只能觀察設備外表溫度分布，對于設備內部過熱點電只能觀察設備外表溫度分布，對于設備內部過熱點電纜接頭、纜接頭、GISGIS內部接頭、斷路器觸頭等，很難確定其警戒內部接頭、斷路器觸頭等，很難確定其警戒溫升。溫升。3) 3) 不同設備、不同材料的發熱特性各不相同，在不同條件不同設備

10、、不同材料的發熱特性各不相同，在不同條件下的允許溫升應各不相同，以及測量的誤差和參考點選取的下的允許溫升應各不相同，以及測量的誤差和參考點選取的隨機性，所得相對溫升存在很大誤差，根據相對溫升來分析隨機性，所得相對溫升存在很大誤差，根據相對溫升來分析熱缺陷并不準確。目前的紅外診斷技術側重于紅外圖譜的定熱缺陷并不準確。目前的紅外診斷技術側重于紅外圖譜的定性分析，受人為因素的影響比較大性分析，受人為因素的影響比較大XJTUEEGIS內部溫度等值曲線圖設線芯溫度為內部溫度等值曲線圖設線芯溫度為368.613 XJTUEE35紫外線成像紫外線成像通過觀察設備的 “電暈及 “電氣放電 “電弧 來判斷設備的

11、故障所在位置斷股，污染，裂紋等現象與紅外互補XJTUEE36紫外成像紫外成像雙光譜雙光譜在白天、日光下檢測 紫外光的放射現象太陽盲區濾片太陽盲區濾片+紫外光探測器紫外光探測器 檢測電暈及電氣放電檢測電暈及電氣放電用可見光圖像用可見光圖像 顯示被測物體的實物形狀顯示被測物體的實物形狀光源光源紫外圖像紫外圖像可見光圖像可見光圖像圖像重疊圖像重疊雙光譜圖像雙光譜圖像XJTUEE37紫外成像紫外成像污染、破損絕緣子污染、破損絕緣子XJTUEE38用紫外法監測帶電水沖洗用紫外法監測帶電水沖洗XJTUEE電介質響應測量方法電介質響應測量方法油箱保護高壓繞組低壓繞組高壓電源主絕緣電流表物理性質測量: 紙板及

12、絕緣油的導電率 界面極化影響因素: 絕緣幾何尺寸 溫度 受潮程度 可導電的老化產物XJTUEE40時域及頻域的方法時域及頻域的方法時域：時域： 回復電壓(RVM) 極化/去極化電流(PDC)頻域：頻域： 頻域譜法(FDS)缺點：缺點： 低頻段水分估計低頻段水分估計 測試時間測試時間0,0010,010,11100,0001 0,001 0,010,11101001000頻率 (Hz)tand高 低 高 高 低 低紙板中的水分絕緣幾何尺寸油電導率0,1101001000110100100010000 時間 (s)I ( (nA)1低 high low 油電導率高 IdepIpol絕緣幾何尺寸 X

13、JTUEE碳納米管碳納米管SF6SF6分解氣體檢測分解氣體檢測XJTUEECNT氣體傳感器對氣體傳感器對GIS中中PD的根本響應特性的根本響應特性 0.1 MPa SF6尖-板電極施加電壓: 10 kV-30 kV01020304050607000.511.522.533.5Conductance, G (S)Time, t (h)PD onPD offPD onV=15 kVV=30 kV使用CNT氣體傳感器能夠檢測出SF6中發生的局部放電PD發生傳感器導納增加XJTUEE43新型振蕩波測試系統 OWTS M 28 28 kV peak voltageOWTS M 60 60 kV peak

14、 voltage XJTUEE44電力設備狀態檢測新的開展方向電力設備狀態檢測新的開展方向氣象信息的結合地理信息系統合并單元與二次保護系統結合 XJTUEE45III 智能電網中的狀態檢測智能電網中的狀態檢測特點與要求特點與要求實現智能電網的關鍵技術實現智能電網的關鍵技術 智能計量技術 傳感與通信技術 分析與輔助決策技術 可視化展現與操作2022-2-2545XJTUEE46我國智能電網的開展目標全面建設階段，建成發、輸配、用互動式交易、運行平臺，為發電廠、用戶提供在線定制效勞。推廣運用階段，總結試點經驗，提出智能電網建設標準，逐步推廣智能電網建設。規劃試點階段，重點開展智能電網開展規劃工作，

15、制定技術和管理標準，開展關鍵技術研發和設備研制，開展各環節的試點工作。 第一階段第一階段第二階段第二階段第三階段第三階段我國應分三個階段推進智能電網的建設：XJTUEE47智能電網對狀態檢測技術具體要求大量的智能分析算法大量的智能分析算法數據就地存儲與判斷，再逐層綜合分析數據就地存儲與判斷，再逐層綜合分析同類設備相互比較同類設備相互比較穩定性與可靠性要求大幅提高穩定性與可靠性要求大幅提高自動化程度提高自動化程度提高技術有效性要求提高技術有效性要求提高經濟性經濟性 XJTUEE48IV IV 支持狀態檢測的高級算法和支持狀態檢測的高級算法和診斷系統診斷系統 數據預處理 濾波、平滑 趨勢預測 “指

16、紋識別技術 人工神經網絡 援例推理 基于統計的隱含馬爾可夫模型HMM 專家系統XJTUEE49指紋識別指紋庫XJTUEE50指紋識別識別結果XJTUEE51DGA中的ANN例 正常 過熱電弧放電火花放電C2H2H2C2H4C2H6CH4CO.Y1Y2Y3Y4XJTUEE52對某油浸變壓器DGA的分析 正正常常過過熱熱火火花花電電弧弧XJTUEE53單神經網絡和組合神經網絡分類能力的比較 項目導電回路過熱 導磁回路過熱涉及固體絕緣放電不涉及固體絕緣放電檢驗樣本數65794741正判臺次52633733正判率（%）80.079.778.780.5單神經網絡模型總正判率（%）79.7正判臺次5972

17、4338正判率（%）90.891.191.592.7組合神經網絡模型總正判率（%）91.4XJTUEE54援例推理綜合診斷模型的結構示意XJTUEE55不同檢索方法在援例檢索中的正判率() 故 障 類 型 導 電 回 路 過 熱 導 磁 回 路 過 熱 涉 及 固 體 絕 緣 放 電 不 涉 及 固 體 絕 緣 放 電 項 目 分 接 開 關 引 線 繞 組 低 溫 過 熱 鐵 芯 漏 磁 過 熱 圍 屏 匝 間 短 路 引 線 閃 落 懸 浮 放 電 油 中 局 放 分 接 開 關 滲 漏 待 診 樣 本 數 25 35 5 53 26 12 20 15 24 13 4 歐 式 距 離 64

18、.0 68.6 60.6 71.7 73.1 50.0 65.0 66.7 79.2 76.9 75.0 神 經 網 絡 72.0 80.0 60.0 81.1 76.9 75.0 75.0 73.3 75.0 76.9 75.0 正 判 率 模 糊 數 學 80.0 74.3 80.0 79.2 76.9 66.7 70.0 80.0 70.08 69.2 75.0 XJTUEE56一種綜合診斷神經網絡框圖例 模糊自適應共振網絡H2CH4C2H6C2H4C2H2CO正常過熱放電整體絕緣判斷網絡RK tand差值 增長率套管絕緣判斷網絡RtandCx鐵芯絕緣判斷網絡鐵芯對地電阻綜合判斷網絡空載

19、試驗網絡直流電阻判斷網絡套管絕緣正常受潮分接開關故障鐵芯多點接地引線斷股局部放電油試驗判斷網絡主絕緣事故匝間餅間絕緣故障XJTUEE57CLP油中溶解氣體分析專家系統 國際標準國際標準Cigre WG 1501IEC 60599DL/T722-2000IEEE C57.104基于基于CLP數據及經驗提出知識數據及經驗提出知識規那么規那么每年分析超過每年分析超過7000條樣本條樣本 Warning Level AnalysisTrending AnalysisXJTUEE58一種已實現的診斷專家系統框圖Y過熱放電導電回路過熱導磁回路過熱涉及固體絕緣不涉及固體絕緣三比值法、神經網絡、援例分析作第二

20、次判斷三比值法、神經網絡、援例分析作第二次判斷三比值法、神經網絡、援例分析作第一次判斷輸入電氣試驗、附件及外觀檢查等異常信息N附件故障內部故障判斷套管、風扇、油泵等附件故障基于粗糙集的故障診斷較詳細的故障類型、相關案例與建議色譜異常？輸入油色譜試驗數據綜合診斷XJTUEE59 為建設智能電網，必須總結經驗，為建設智能電網，必須總結經驗，找出薄弱及缺乏處。找出薄弱及缺乏處。方向方向 I I 積極引用有效、性價比高的各類檢測手段，積極引用有效、性價比高的各類檢測手段，特別是對關鍵設備及薄弱環節。特別是對關鍵設備及薄弱環節。 高壓一次設備的數字化轉換高壓一次設備的數字化轉換 提高在線監測的效果，使得

21、數字電網更加智能化提高在線監測的效果，使得數字電網更加智能化V V 小結小結XJTUEE60方向方向 II 研發狀態分析診斷系統，逐步實現自我研發狀態分析診斷系統，逐步實現自我智能診斷、自我智能調整等能力。智能診斷、自我智能調整等能力。XJTUEE61方向方向 III III掌握設備狀況還要為運行、擴改掌握設備狀況還要為運行、擴改建等效勞，即努力實現全壽命建等效勞，即努力實現全壽命優化、為全局性的資產管理效優化、為全局性的資產管理效勞。勞。XJTUEE62方向方向 IV IV對在線監測技術開展過程中的認識缺乏問題對在線監測技術開展過程中的認識缺乏問題將某些設備、某些技術在推廣過程中的薄弱環將某些設備、某些技術在推廣過程中的薄弱環節誤認為在線監測的先天缺陷，難以克服提節誤認為在線監測的先天缺陷，難以克服提高，以至于局部人對該技術開展、推廣抱有高，以至于局部人對該技術開展、推廣抱有觀望、否認甚至抵抗等態度。根據國內近年觀望、否認甚至抵抗等