故障监测下电力线路论文
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我国电网主要由两大部分组成，输配电线路和升降压变电所。输配电线路担负着输送和分配电能的任务，是不同等级的电能由发电中心向电力负荷中心输送的通道。根据电压的等级，输配电线路又可分为送电线路和配电线路两种，送电线路输送的电压较高，一般在110kV以上，主要完成从发电中心至变电站电能的输送，而配电线路一般在35kV以下，完成从变电站至用户的电能输送任务。不管是送电线路还是配电线路，作为电力输送的关键设备，都面临着线路长、结构复杂、设备种类及数量多、负荷分散等问题，再加上电力线路大多都裸露在室外，气候、动物、外力及其他因素大大地增加了电网线路故障的可能性。为了保证电力线路的正常工作状态，对电力线路中的各种设备进行故障监测是必要的环节。根据设备的种类，故障监测主要应包括：电力电缆绝缘特性监测；高压断路器的合分闸线圈中各种阻力及机械特性、弹簧操动机构储能弹簧状态监测；保护SF6气体密度的监测；避雷器阻性电流监测；变压器振动监测；电容值监测等。不同的故障部位，监测的方法有所不同。目前，随着电力电子、传感器、红外线测温等技术的发展，电气设备在线状态监测与故障诊断也取得了一定的进步。在本设计中，电力电缆的绝缘电阻值采用交流低频叠加法进行测量，利用了检测电路中电阻分压状态来计算电缆的绝缘值。这种方法在电缆端电压检测仪中内置处理器，可以实时准确地得到分压值，通过分压值的高低，来确定是否有漏电流产生，从而可有效地实现电缆绝缘性能的检测。对于一个电力线路来说，高压断路器的可靠性也是重中之重。为了保证合分闸线圈、操控弹簧机械动作的可靠实现，本设计利用电流互感器来对分闸线圈和弹簧的工作电流特征点进行监测，形成工作波形，并将工作波形与监控中心的标准波形相对比，从而分析得出其工作状态的准确结论。高压断路器保护SF6气体密度对高压断路器的绝缘和灭弧性能有着直接影响，本设计利用压力传感器和温度传感器来监测高压断路器中的气压值与温度值。由于不同密度下的SF6气体与温度具备一定比例关系，因此将SF6的气压值和温度值通过处理器进行计算后，就可得到SF6的具体密度值。本设计中，避雷器阻性电流采用电容电流补偿法来监测，变压器振动利用振动传感器将振动信号转换为电压信号，利用振动与电压的正比关系来确定变压器绕组和铁芯的运行状况。
2电力线路监控方案设计
电力线路状态监测系统的主要功能是在电力线路的现场利用各种监测技术在线获得线路的运行状况，并利用处理器将相应的数据进行处理，利用现场工作PC机对数据进行初步分析，把具有故障可能性的数据远程发送至监控中心，监控中心利用现场数据和数据库中的标准运行数据构建一棵分析树，并利用诊断软件对树的结构及数据进行分析，从而实现对线路及其相关设备进行状态评估以及故障诊断的目的。整个系统分为五大模块，分别为信息采集模块、现场PC机、通信模块、数据管理模块与故障诊断模块。信息采集模块主要完成对电力线路中的相关参量的采集工作。根据参量类型的不同，这些参量可分为电参量、非电参量以及开关量的数据采集，并通过通信模块将这些数据输入到现场PC机的数据处理中心。其中，电参量是指电平较高的电压电流值，而非电参量主要是指一些小电流信号量，而开关量是指断路器等设备的开关状态。现场PC机将通信模块传输过来的采集数据进行计算处理，与PC机中所存储的故障特征或运行标准值进行对比分析，把疑似故障数据迅速上传至远程监控中心，进行进一步的故障分析，而PC机发送保护命令至信息采集点，将疑似故障点保护起来。通信模块是在现场PC机及各个监测点中内嵌智能网卡，利用TCP协议构建网络监测程序，该程序的主要功能是根据需要在各个监测点、PC机间发送和接收UDP组播报文，以确定通信链路的可靠性。因为通信模块所承担的通信是双向的，同时工作的可靠性又相当的重要。因此，在重要监测点和PC机中安装的都是双网卡，双网卡同时向外发送组播信息，又同时接收来自其他结点的信息。在PC机中设置TCP通信链路共享内存，内存中存放着某一结点在不同时刻所发送信息的次数，如果发送两次，说明两个网卡工作均正常且网络安全，如果只有一次数据则可能有一个网卡出了故障，而如果没有数据传送则可能是通信链路出现了故障。基于TCP协议的双网卡通信模块有效地保障了底层通信的可靠性，而上层通信采用公共通信网络即可。数据管理模块和故障诊断模块都位于远程监控中心。远程监控中心设置大型数据库，数据库内存有各设备的标准运行数据及历史运行数据，数据管理模块的任务就是对远程传送过来的数据进行实时在线分析，以确定设备的运行状态，并生成相应的统计报表，完成图形显示、存储、打印等功能；而故障诊断模块内设有故障分析算法，在算法的指导下对可能的故障信息进行分析，并将分析结果回传至PC机，从而实现远程控制的功能。
3算法分析
随着经济的不断发展，电力系统日益庞大且结构复杂，所以故障的可能性和复杂度也在增加。一般来说，电力线路所发生的故障可能是多种原因所导致的，而且每一个故障的部位和原因也不是一种独立的事件，很可能与其它故障或者电力线路有联系，因此，针对电力线路的故障预防和诊断就存在着相当的难度。为了深入掌握故障的模式，以达到准确判断的目的，利用树来构建相应的故障模式数据结构，并辅之以故障树分析方法来进行故障的推断是一种行之有效的方法。故障树分析法是以系统中各种可能的故障作为树根，以系统内可能发生的各种因素(例如部件失效、环境变化、人为失误等)作为树叶，利用树型结构的构建与分析找出系统元素与系统故障之间的逻辑关系，便于实现系统故障分析、预测和诊断，是一种高效、直观明了的逻辑算法。结合电力线路实际情况，本设计建立了一系列故障树，图2、图3分别为高压断路器及线路绝缘的故障树模型，其他树型模型不再赘述。在构建故障树的基础上，利用程序为每一棵故障树确立了相应的知识库判断系统，利用数据库中存储的标准数据、历史数据、实行运行数据，并结合知识库中所存放的判断模型，就可以实现电力线路的故障判断。
4总结
随着电力电子技术的发展，电力系统的故障对各行各业所带来的影响越来越大。因此，及时发现和排除电力系统的故障对国民经济及人民生活而言显得越来越重要。本文正是基于此目的而开发的电力线路监测与故障诊断系统。该系统由五大模块组成，分别完成信息采集、底层数据处理及控制、底层及上层通信、数据管理与故障诊断等功能，并利用了TCP协议将系统的数据传送至远程监控中心。在远程监控中心设立相应的数据库和专家分析系统，利用故障树分析法对系统故障征兆信息进行有效地分析，从而实现了故障的快速诊断，提高了故障预测、诊断、处理的速度。
作者：李雅丽李永江单位：石家庄信息工程职业学院
