智能电网中的电力设备状态检测技术及其进展

XJTUEE1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XJTUEE2一、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XJTUEEI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XJTUEE4科学技术进步是基础智能电网基础技术产业发展•电子•计算机•通讯•分布电源•蓄能技术•智能设备XJTUEE智能电网特征智能电网现代电力技术现代测控技术计算机技术电力电子技术通信技术传统输配电网XJTUEE6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。XJTUEEII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•……7XJTUEE8远红外法DGA监测系统（FTIR）XJTUEE9FTIR现场安装图XJTUEE10FTIR的性能项目H2C2H2C2H4CH4C2H6COCO2水份测量浓度(ppm)10131205105%FTIR重复性(+/-,ppm)50.30.60.25253%测量范围(ppm)10～2001～10003～15001～150020～15005～200010～80005～95％XJTUEE11UHF局放检测传感器XJTUEE12XJTUEE13UHF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XJTUEE14XJTUEE15在线测温的关键部件温度计（传感器端部）安装XJTUEE16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XJTUEE17温度计（传感器端部）安装XJTUEE18温度计（传感器端部）安装XJTUEE19温度计（传感器端部）安装XJTUEE20油箱壁安装方式XJTUEE21运行——动态负荷HotspotTopOilLoadXJTUEE22光纤测温的重要性HeatRunTestResultsforODFS-133000KVA/500KVTransformer0102030405060708090100123456789Time(hrs)Temperature(DegC)HVHVMVMVLeadHVLeadMVLeadRWTopOil1.与传统方法的不同2.在线监测3.油温与绕组温度不一致4.冷却系统瞬时控制5.现场维修人员有效工具6.热运行试验XJTUEE23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。XJTUEE24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XJTUEE25红外检测实例——线路绝缘子XJTUEE26红外检测实例——隔离开关20.0℃74.2℃203040506070AR0116.8℃92.0℃20406080AR01XJTUEE27红外检测实例——断路器XJTUEE28红外检测实例——PTXJTUEE29红外检测实例——避雷器XJTUEE30红外检测实例——CT28.1℃32.7℃29303132AR01AR02LI01LI02tand:3.1%超标(标准1.0%)DGA:(ppm)H2:73714CH4:13749C2H6:1884C2H4:125C2H2:7总烃:15766严重超标XJTUEE31红外检测实例——高压电缆XJTUEE32用吊舱进行线路航测XJTUEE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，受人为因素的影响比较大XJTUEEGIS内部温度等值曲线图（设线芯温度为368.613℃）XJTUEE35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XJTUEE36紫外成像——双光谱•在白天、日光下检测紫外光的放射现象太阳盲区滤片+紫外光探测器检测电晕及电气放电用可见光图像显示被测物体的实物形状光源紫外图像可见光图像图像重叠双光谱图像XJTUEE37紫外成像——污染、破损绝缘子XJTUEE38用紫外法监测带电水冲洗XJTUEE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XJTUEE40时域及频域的方法时域：※回复电压(RVM)※极化/去极化电流(PDC)频域：※频域谱法(FDS)缺点：低频段水分估计测试时间0,0010,010,11100,00010,0010,010,11101001000频率(Hz)tand高低高高低低纸板中的水分绝缘几何尺寸油电导率0,1101001000110100100010000时间(s)I((nA)1低highlow油电导率高IdepIpol绝缘几何尺寸XJTUEE碳纳米管SF6分解气体检测XJTUEECNT气体传感器对GIS中PD的基本响应特性0.1MPaSF6尖-板电极施加电压:10kV-30kV01020304050607000.511.522.533.5Conductance,G(S)Time,t(h)PDonPDoffPDonV=15kVV=30kV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XJTUEE43新型振荡波测试系统OWTSM2828kVpeakvoltageOWTSM6060kVpeakvoltageXJTUEE44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XJTUEEIII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2019/8/345XJTUEE我国智能电网的发展目标2019/8/346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：XJTUEE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–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XJTUEE48IV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XJTUEE49指纹识别——指纹库特征指纹库A内部放电特征指纹库B油中悬浮放电指纹A1指纹A2指纹An指纹B2指纹B2指纹Bn故障级设备级指纹级＃1主变XJTUEE50指纹识别——识别结果XJTUEE51DGA中的ANN例正常过热电弧放电火花放电C2H2H2C2H4C2H6CH4CO...Y1Y2Y3Y4XJTUEE52对某油浸变压器DGA的分析正常过热火花电弧气体组分（×106）ANN输出测试时间H2CH4C2H6C2H4C2H2COY1Y2Y3Y4IEC诊断结果6158504402120.2730.6280.1030.082正常6-24711008611203270.1520.8230.2650.023过热6-22XJTUEE53单神经网络和组合神经网络分类能力的比较项目导电回路过热导磁回路过热涉及固体绝缘放电不涉及固体绝缘放电检验样本数65794741正判台次52633733正判率（%）80.079.778.780.5单神经网络模型总正判率（%）79.7正判台次59724338正判率（%）90.891.191.592.7组合神经网络模型总正判率（%）91.4XJTUEE54援例推理综合诊断模型的结构示意待诊变压器的DGA数据诊断结论源范例集3源范例集2源范例集1源范例综合评判算法DGA数据的预处理基于神经网络的范例检索算法DGA数据的预处理基于欧式距离的范例检索算法检索指标的选取基于模糊数学的范例检索算法XJTUEE55不同检索方法在援例检索中的正判率(％)故障类型导电回路过热导磁回路过热涉及固体绝缘放电不涉及固体绝缘放电项目分接开关引线绕组低温过热铁芯漏磁过热围屏匝间短路引线闪落悬浮放电油中局放分接开关渗漏待诊样本数25355532612201524134欧式距离64.068.660.671.773.150.065.066.779.276.975.0神经网络72.080.060.081.176.975.075.073.375.076.975.0正判率模糊数学80.074.380.079.276.966.770.080.070.0869.275.0XJTUEE56一种综合诊断神经网络框图例模糊自适应共振网络H2CH4C2H6C2H4C2H2CO正常过热放电整体绝缘判断网络RKtand差值增长率套管绝缘判断网络RtandCx铁芯绝缘判断网络铁芯对地电阻综合判断网络空载试验网络直流电阻判断网络…套管绝缘正常受潮分接开关故障铁芯多点接地引线断股局部放电油试验判断网络…主绝缘事故匝间饼间绝缘故障XJTUEE57CLP油中溶解气体分析专家系统※国际标准–CigreWG1501–IEC60599–DL/T722-2000–IEEEC57.104※基于CLP数据及经验提出知识规则※每年分析超过7000条样本010020030040050060012345678910010020030040050060012345678910010020030040050060012345678910WarningLevelAnalysisTrendingAnalysisXJTUEE58一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XJTUEE59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