1智能電網中的電力設備狀態檢測技術及其進展

董明嚴璋西安交通大學2010年4月2一、前言二、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四、支持狀態檢測的高級算法和診斷系統五、小結目錄I前言3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/標準進步設備老化智能計量/需求響應環保壓力成本上升電力需求增長4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智能電網特征智能電網

現代電力技術

現代測控技術計算機技術

電力電子技術通信技術

傳統輸配電網6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命，降低電網運行維護成本，對于保證電網安全、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——狀態檢修是智能電網建設中的關鍵一環。II

電力設備狀態檢測與在線監測技術新進展油中溶解氣體監測局部放電監測繞組測溫紅外與紫外振蕩波……78遠紅外法DGA監測系統（FTIR）9FTIR現場安裝圖10FTIR的性能

11UHF局放檢檢測傳傳感器器1213UHF測局放放實例例——故障之之一局放量量6000pC解體發發現系系由于于靜電電屏蔽蔽焊接接不良良造成成電位位浮動動產生生1415在線測測溫的的關鍵鍵部件件溫度計計（傳感感器端端部））安裝裝16溫度計計（傳感感器端端部））安裝裝在線圈圈或線線圈套套筒處處理之之前安安裝改改良支支撐、、合適適的支支架以以保護護光纖纖電纜纜為了便便于安安裝，，需要要將套套筒磁磁極尾尾的末末端進進行適適當的的改動動完整撐條必須須安裝在臨近近最熱點的撐撐條中，更換換原有的盤式式繞組。合適適尺寸的楔形形撐條是必須須的17溫度計（傳感器端部部）安裝18溫度計（傳感器端部部）安裝19溫度計（傳感器端部部）安裝20油箱壁安裝方方式21運行——動態負荷HotspotTopOilLoad22光纖測溫的重重要性與傳統方法的的不同在線監測油溫與繞組溫溫度不一致冷卻系統瞬時時控制現場維修人員員有效工具熱運行試驗23紅外熱成像測測試技術原理：用紅外線熱像像儀來捕捉（（接收）物體體表面發出的紅外輻輻射，顯示物物體表面輻射射能量密度的的分布情況（（紅外熱圖）。通過觀察物體體的紅外熱分布圖圖，并測量所需需位置的溫度度，來判斷設設備故障所在在的位置及程程度（缺油，，受潮，松動動，絕緣老化化等情況）。。特點：是被動的、非非接觸式的檢檢測。在設備運行狀狀態時測試。。遠距離、準確確、實時、快快速、簡便、、安全、可靠靠、直觀。24紅外檢測實例例——導線華中至上海500kV線路孝感段巡巡檢導線連接處；；距離50m緊急缺陷（256oC），現場帶電電作業25紅外檢測實例例——線路絕緣子26紅外檢測實例例——隔離開關27紅外檢測實例例——斷路器28紅外檢測實例例——PT29紅外檢測實例例——避雷器30紅外檢測實例例——CTtand:3.1%超標(標準1.0%)DGA:(ppm)H2:73714

CH4:13749

C2H6:1884

C2H4:125C2H2:7總烴:15766嚴重超標31紅外檢測實例例——高壓電纜32用吊艙進行線線路航測紅外診斷的局局限性1)由于環境因素素的影響，設設備散熱、傳傳熱條件不同同，這樣所測測得的發熱點點相對環境溫溫度的溫升存存在誤差，必必然帶來熱缺缺陷判斷的誤誤差；2)只能觀察設備備表面溫度分分布，對于設設備內部過熱熱點（電纜接接頭、GIS內部接頭、斷斷路器觸頭等等），很難確確定其警戒溫溫升。3)不同設備、不不同材料的發發熱特性各不不相同，在不不同條件下的的允許溫升應應各不相同，，以及測量的的誤差和參考考點選取的隨隨機性，所得得相對溫升存存在很大誤差差，根據相對對溫升來分析析熱缺陷并不不準確。目前的紅外診診斷技術側重重于紅外圖譜譜的定性分析析，受人為因因素的影響比比較大GIS內部溫度等值值曲線圖（設設線芯溫度為為368.613℃）35紫外線成像通過觀察設備備的“電暈”及“電氣放電”“電弧”來判斷設備的的故障所在位位置斷股，污染，，裂紋等現象象與紅外互補36紫外成像——雙光譜在白天、日光下檢測紫外外光的放射現現象太陽盲區濾片+紫外光探測器檢測電暈及電氣放電用可見光圖像顯示被測物體的實物形狀光源紫外圖像可見光圖像圖像重疊雙光譜圖像37紫外成像——污染、破損絕絕緣子38用紫外法監測測帶電水沖洗洗電介質響應測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量:紙板及絕緣油油的導電率界面極化影響因素:絕緣幾何尺寸寸溫度受潮程度可導電的老化化產物40時域及頻域的的方法時域：回復電壓(RVM)極化/去極化電流(PDC)頻域：頻域譜法(FDS)缺點：低頻段水分估估計測試時間0,0010,010,11100,00010,0010,010,11101001000頻率(Hz)tan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highlow油電導率高IdepIpol絕緣幾何尺寸

碳納米管SF6分解氣體檢測測CNT氣體傳感器對對GIS中PD的基本響應特特性0.1MPaSF6尖-板電極施加電壓:10kV-30kV使用CNT氣體傳感器能能夠檢測出SF6中發生的局部部放電PD發生傳感器導納增增加43新型振蕩波測測試系統OWTSM2828kVpeakvoltageOWTSM6060kVpeakvoltage44電力設備狀態態檢測新的發發展方向氣象信息的結結合地理信息系統統合并單元與二次保護系系統結合III智能電網中的的狀態檢測特特點與要求求45實現智能電網網的關鍵技術術智能計量技術術傳感與通信技技術分析與輔助決決策技術可視化展現與與操作2022/12/1345我國國智智能能電電網網的的發發展展目目標標2022/12/1346全面面建建設設階階段段，建成成發發、、輸輸（（配配））、、用用互互動動式式交交易易、、運運行行平平臺臺，，為為發發電電廠廠、、用用戶戶提提供供在在線線定定制制服服務務。。推廣廣運運用用階階段段，總結結試試點點經經驗驗，，提提出出智智能能電電網網建建設設標標準準，，逐逐步步推推廣廣智智能能電電網網建建設設。。規劃劃試試點點階階段段，重重點點開開展展智智能能電電網網發發展展規規劃劃工工作作，，制制定定技技術術和和管管理理標標準準，，開開展展關關鍵鍵技技術術研研發發和和設設備備研研制制，，開開展展各各環環節節的的試試點點工工作作。。第一一階階段段第二二階階段段第三三階階段段我國國應應分分三三個個階階段段推推進進智智能能電電網網的的建建設設：：智能能電電網網對對狀狀態態檢檢測測技技術術具具體體要要求求47大量量的的智智能能分分析析算算法法數據據就就地地存存儲儲與與判判斷斷，，再再逐逐層層綜綜合合分分析析同類類設設備備相相互互比比較較穩定定性性與與可可靠靠性性要要求求大大幅幅提提高高自動動化化程程度度提提高高技術術有有效效性性要要求求提提高高經濟濟性性48IV支持持狀狀態態檢檢測測的的高高級級算算法法和和診診斷斷系系統統數據據預預處處理理濾波波、、平平滑滑趨勢勢預預測測“指指紋紋””識識別別技技術術人工工神神經經網網絡絡援例例推推理理基于于統統計計的的隱隱含含馬馬爾爾可可夫夫模模型型（（HMM）專家家系系統統49指紋紋識識別別———指紋紋庫庫50指紋紋識識別別———識別別結結果果51DGA中的的ANN例Y1Y2Y3Y452對某某油油浸浸變變壓壓器器DGA的分分析析正常常過熱熱火花花電弧弧53單神神經經網網絡絡和和組組合合神神經經網網絡絡分分類類能能力力的的比比較較54援例例推推理理綜綜合合診診斷斷模模型型的的結結構構示示意意55不同同檢檢索索方方法法在在援援例例檢檢索索中中的的正正判判率率(％)56一種種綜綜合合診診斷斷神神經經網網絡絡框框圖圖例例57CLP油中中溶溶解解氣氣體體分分析析專專家家系系統統國際際標標準準CigreWG1501IEC60599DL/T722-2000IEEEC57.104基于于CLP數據據及及經經驗驗提提出出知知識識規規則則每年年分分析析超超過過7000條樣樣本本WarningLevelAnalysisTrendingAnalysis58一種種已已實實現現的的診診斷斷專專家家系系統統框框圖圖Y過熱熱放電電導電電回回路路過過熱熱導磁磁回回路路過過熱熱涉及及固固體體絕絕緣緣不涉涉及及固固體體絕絕緣緣三比比值值法法、、神神經經網網絡絡、、援援例例分分析析作作第第二二次次判判斷斷三比比值值法法、、神神經經網網絡絡、、援援例例分分析析作作第第二二次次判判斷斷三比比值值法法、、神神經經網網絡絡、、援援例例分分析析作作第第一一次次判判斷斷輸入入電電氣氣試試驗驗、、附附件件及及外外觀觀檢檢查查等等異異常常信信息息N附件件故故障障內部部故故障障判斷斷套套管管、、風風扇扇、、油油泵泵等等附附件件故故障障基于于粗粗糙糙集集的的故故障障診診斷斷較詳詳細細的的故故障障類類型型、、相相關關案案例例與與建建議議色譜譜異異常常？輸入入油油色色譜譜試試驗驗數數據據綜合合診診斷斷59為建建設設智智能能電電網網，，必必須須總總結結經經驗驗，，找出薄弱及及不足處。。方向I積極引用有有效、性價價比高的各各類檢測手手段，特別別是對關鍵鍵設備及薄薄弱環節。。高壓一次設設備的數字字化轉換提高在線監監測的效果果，使得數數字電網更更加智能化化V小結60方向II研發狀態分分析診斷系系統，逐步步實現自我我智能診斷斷、自我智智能調整等等能力。61方向III掌握設備狀狀況還要為為運行、擴擴改建等服服務，即努努力實現全全壽命優化化、為全局局性的資產產管理服務務。62方向IV對在線監測測技術發展展過程中的的認識不足足問題將某些設備備、某些技技術在推廣廣過程中的的薄弱環節節誤認為在在線監測的的先天缺陷陷，難以克克服提高，，以至于部部分人對該該技術發展展、推廣抱抱有觀望、、否定甚至至抵制等態態度。根據據國內近年年來的研究究，已突破破了大部分分影響在線線監測推廣廣應用的技技術瓶頸（（避雷器、、變壓器、、GIS、