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1、1,智能电网中的电力设备状态检测技术及其进展,董明 严璋 西安交通大学 2010年4月,2,一、前言 二、电力设备状态检测与在线监测技术新进展 三、智能电网中的状态检测特点与要求 四、支持状态检测的高级算法和诊断系统 五、小结,目 录,I 前言,3,进入21世纪，随着全球资源、环境压力的不断增大，用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，电力行业正面临前所未有的挑战和机遇。,技术/标准进步,设备老化,智能计量/需求 响应,环保压力,成本上升,电力需求增长,4,6,随着电网资产规模的扩大、设备数量的增加、技术水平的提高以及运行标准要求的日趋严格，管理好、维护好、运行好各级电网，提高设备的健康水平和使
2、用寿命，降低电网运行维护成本，对于保证电网安全、改善电能质量、提高供电可靠性和资产运营效率，都具有重要的作用状态检修是智能电网建设中的关键一环。,II 电力设备状态检测与在线监测技术新进展,油中溶解气体监测 局部放电监测 绕组测温 红外与紫外 振荡波 ,7,8,远红外法DGA监测系统（FTIR）,9,FTIR现场安装图,10,FTIR的性能,11,UHF局放检测传感器,12,13,UHF测局放实例故障之一,局放量6000pC 解体发现系由于静电屏蔽焊接不良造成电位浮动产生,14,15,在线测温的关键部件温度计 （传感器端部）安装,16,温度计 （传感器端部）安装,在线圈或线圈套筒处理之前安装改
3、良支撑、合适的支架以保护光纤电缆 为了便于安装，需要将套筒磁极尾的末端进行适当的改动 完整撑条必须安装在临近最热点的撑条中，更换原有的盘式绕组。合适尺寸的楔形撑条是必须的,17,温度计 （传感器端部）安装,18,温度计 （传感器端部）安装,19,温度计 （传感器端部）安装,20,油箱壁安装方式,21,运行动态负荷,22,光纤测温的重要性,与传统方法的不同 在线监测 油温与绕组温度不一致 冷却系统瞬时控制 现场维修人员有效工具 热运行试验,23,红外热成像测试技术,原理： 用红外线热像仪来捕捉（接收）物体表面发出的红外辐射，显示物体表面辐射能量密度的分布情况（红外热图）。 通过观察物体的红外热分
4、布图，并测量所需位置的温度，来判断设备故障所在的位置及程度（缺油，受潮，松动，绝缘老化等情况）。 特点： 是被动的、非接触式的检测。 在设备运行状态时测试。 远距离、准确、实时、快速、简便、安全、可靠、直观。,24,红外检测实例导线,华中至上海500kV线路孝感段巡检 导线连接处；距离50m 紧急缺陷（256oC），现场带电作业,25,红外检测实例线路绝缘子,26,红外检测实例隔离开关,27,红外检测实例断路器,28,红外检测实例PT,29,红外检测实例避雷器,30,红外检测实例CT,tand: 3.1%超标(标准 1.0%) DGA: (ppm)H2: 73714CH4: 13749C2H6
5、: 1884C2H4: 125C2H2: 7总烃: 15766严重超标,31,红外检测实例高压电缆,32,用吊舱进行线路航测,红外诊断的局限性 1) 由于环境因素的影响，设备散热、传热条件不同，这样所测得的发热点相对环境温度的温升存在误差，必然带来热缺陷判断的误差；2) 只能观察设备表面温度分布，对于设备内部过热点（电缆接头、GIS内部接头、断路器触头等），很难确定其警戒温升。 3) 不同设备、不同材料的发热特性各不相同，在不同条件下的允许温升应各不相同，以及测量的误差和参考点选取的随机性，所得相对温升存在很大误差，根据相对温升来分析热缺陷并不准确。目前的红外诊断技术侧重于红外图谱的定性分析，
6、受人为因素的影响比较大,GIS内部温度等值曲线图（设线芯温度为368.613）,35,紫外线成像,通过观察设备的 “电晕”及 “电气放电” “电弧” 来判断设备的故障所在位置 断股，污染，裂纹等现象 与红外互补,36,紫外成像双光谱,在白天、日光下检测 紫外光的放射现象,37,紫外成像污染、破损绝缘子,38,用紫外法监测带电水冲洗,电介质响应测量方法,油箱,保护,高压绕组,低压绕组,高压电源,主绝缘,电流表,物理性质测量: 纸板及绝缘油的导电率 界面极化 影响因素: 绝缘几何尺寸 温度 受潮程度 可导电的老化产物,40,时域及频域的方法,时域： 回复电压(RVM) 极化/去极化电流(PDC),
7、频域： 频域谱法(FDS),缺点： 低频段水分估计 测试时间,碳纳米管SF6分解气体检测,CNT气体传感器对GIS中PD的基本响应特性,0.1 MPa SF6 尖-板电极 施加电压: 10 kV-30 kV,使用CNT气体传感器能够检测出SF6中发生的局部放电,PD发生 传感器导纳增加,43,新型振荡波测试系统,OWTS M 28 28 kV peak voltage,OWTS M 60 60 kV peak voltage,44,电力设备状态检测新的发展方向,气象信息的结合 地理信息系统 合并单元 与二次保护系统结合,III 智能电网中的状态检测特点与要求,45,实现智能电网的关键技术 智能
8、计量技术 传感与通信技术 分析与辅助决策技术 可视化展现与操作,2020/7/10,45,我国智能电网的发展目标,2020/7/10,46,全面建设阶段，建成发、输（配）、用互动式交易、运行平台，为发电厂、用户提供在线定制服务。,推广运用阶段，总结试点经验，提出智能电网建设标准，逐步推广智能电网建设。,规划试点阶段，重点开展智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作。,第一阶段,第二阶段,第三阶段,我国应分三个阶段推进智能电网的建设：,智能电网对状态检测技术具体要求,47,大量的智能分析算法 数据就地存储与判断，再逐层综合分析 同类设备相互比较
9、稳定性与可靠性要求大幅提高 自动化程度提高 技术有效性要求提高 经济性,48,IV 支持状态检测的高级算法和诊断系统,数据预处理 滤波、平滑 趋势预测 “指纹”识别技术 人工神经网络 援例推理 基于统计的隐含马尔可夫模型（HMM） 专家系统,49,指纹识别指纹库,50,指纹识别识别结果,51,DGA中的ANN例,Y1,Y2,Y3,Y4,52,对某油浸变压器DGA的分析,正常,过热,火花,电弧,53,单神经网络和组合神经网络分类能力的比较,54,援例推理综合诊断模型的结构示意,55,不同检索方法在援例检索中的正判率(),56,一种综合诊断神经网络框图例,57,CLP油中溶解气体分析专家系统,国际
10、标准 Cigre WG 1501 IEC 60599 DL/T722-2000 IEEE C57.104 基于CLP数据及经验提出知识规则 每年分析超过7000条样本,Warning Level Analysis,Trending Analysis,58,一种已实现的诊断专家系统框图,Y,过热,放电,导电回路过热,导磁回路过热,涉及固体绝缘,不涉及固体绝缘,三比值法、神经网络、援例分析作第二次判断,三比值法、神经网络、援例分析作第二次判断,三比值法、神经网络、援例分析作第一次判断,输入电气试验、附件及外观检查等异常信息,N,附件故障,内部故障,判断套管、风扇、油泵等附件故障,基于粗糙集的故障诊
11、断,较详细的故障类型、相关案例与建议,色谱异常？,输入油色谱试验数据,综合诊断,59,为建设智能电网，必须总结经验， 找出薄弱及不足处。,方向 I 积极引用有效、性价比高的各类检测手段，特别是对关键设备及薄弱环节。 高压一次设备的数字化转换 提高在线监测的效果，使得数字电网更加智能化,V 小结,60,方向 II 研发状态分析诊断系统，逐步实现自我智能诊断、自我智能调整等能力。,61,方向 III 掌握设备状况还要为运行、扩改建等服务，即努力实现全寿命优化、为全局性的资产管理服务。,62,方向 IV 对在线监测技术发展过程中的认识不足问题 将某些设备、某些技术在推广过程中的薄弱环节误认为在线监测
12、的先天缺陷，难以克服提高，以至于部分人对该技术发展、推广抱有观望、否定甚至抵制等态度。根据国内近年来的研究，已突破了大部分影响在线监测推广应用的技术瓶颈（避雷器、变压器、GIS、套管、CT、视频等在智能检测、数据处理及诊断技术领域），达到了技术实用化和智能化的效益。目前针对个别技术难题，正在集中人力、物力进行技术攻关，并趋于解决。 目前在线监测装置的投资价格限制其发展和推广，但随着技术的成熟化、产品化、国产化，投资价格会大幅度下降；投入与产出绩效比较宜以长远的眼光来着眼，社会效益及经济效益综合分析 在线监测技术自身的发展也需要在大量推广实用过程中，不断发现、克服及研究提高,63,方向 V 安装、完善检测设备前后的效益对比： 非计划停电次数、时间的对比； 计划停电时间、次数的对比； 试验、检修所花人力、物力的对比； 设备及系统可靠性对比；,64,智能电网并不是一次性全部完成，而需要通过局部的试点验证，再逐步往前推进。通过不断地总结、完善、提高，最终实现发展目标。,65,谢 谢,
