水電設(shè)備的故障診斷分析

蔡勝勇

（中國水利水電第八工程局有限公司,，湖南 長沙 410004）

摘 要：文章基于SCADA/EMS（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）的工作原理與設(shè)計,，將“水電設(shè)備故障診斷工作站”這個新模塊嵌入SCADA/EMS系統(tǒng)，從而實現(xiàn)水電設(shè)備整體分布式在線監(jiān)測與故障診斷,，結(jié)果表明,，這種做法可以充分利用SCADA/EMS系統(tǒng)已有的網(wǎng)絡(luò)平臺與數(shù)據(jù)資源實現(xiàn)資源共享，減少重復(fù)建設(shè),，節(jié)約投資,，在水電設(shè)備故障診斷領(lǐng)域具有普遍適用性。

關(guān)鍵詞：水電設(shè)備,；故障診斷,；專家系統(tǒng)

1 水電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

1.1 水電設(shè)備監(jiān)測項目

通過狀態(tài)監(jiān)測旨在實現(xiàn)對水電設(shè)備各監(jiān)測項目參數(shù)以及隨著時間的變動各參數(shù)變動趨勢等數(shù)據(jù)的收集、記錄與分析,，并對各類數(shù)據(jù)進行橫向與縱向比較,，并通過監(jiān)測系統(tǒng)將分析比對結(jié)果加以顯示、便于調(diào)用,。如若所監(jiān)測的結(jié)果超出合理范圍系統(tǒng)便會實時作出預(yù)警,，以便及時發(fā)現(xiàn)安全隱患所在。水電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)重點與難點在于在線式監(jiān)測傳感變送器的研制與運用,，當前水電設(shè)備在線式監(jiān)測傳感變送器及其主要測試項目如表1所示,。功能的工作站構(gòu)成，“水電設(shè)備故障診斷工作站”這個新模塊嵌入系統(tǒng)后,，可以充分利用原有的系統(tǒng)資源,，實現(xiàn)資源共享。在水電設(shè)備附近設(shè)置傳感器及其他信息采集與處理模塊,，并通過SCADA網(wǎng)絡(luò)上傳所收集的監(jiān)測數(shù)據(jù)并在監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)綜合處理,，以實現(xiàn)水電設(shè)備運行狀態(tài)的實施監(jiān)控、故障診斷和處理,。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

作為人工智能的重要分支,，水電設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)通過運用業(yè)內(nèi)有關(guān)專家的知識與經(jīng)驗，并結(jié)合系統(tǒng)自學習的特性優(yōu)勢,，進行人類思維過程的模擬,，對原本需

表1 水電設(shè)備在線式監(jiān)測傳感變送器的主要測試項目

主要設(shè)備測試項目變壓器 繞組、鐵芯溫度的測量,；油量,、油位及油溫的測量；繞組輸入（出）電壓,、電流的測量,；絕緣分解物測量,；水電設(shè)備內(nèi)部局部放電量測量；冷卻系統(tǒng)監(jiān)測電容型設(shè)備 三相不平衡電流的監(jiān)測,；電容量與介質(zhì)損耗系數(shù)的監(jiān)測高壓斷路器 合閘,、分閘線圈通路（或時間）及電壓、電流監(jiān)測,；超程監(jiān)測,；合閘、分閘彈簧狀態(tài)監(jiān)測,；機械振動測試；操作次數(shù)記錄GIS設(shè)備 SF6氣體監(jiān)測,；開關(guān)電壽命測試,；開關(guān)機械特性監(jiān)測；局部放電情況監(jiān)測避雷器 泄漏電流監(jiān)測

1.2 水電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的傳統(tǒng)方法

當前所采用的水電設(shè)備監(jiān)測的方式主要是定期停電的集中式預(yù)防方式,，在此傳統(tǒng)方式下,，無論采用單臺設(shè)備測試+手動記錄，還是水電設(shè)備試驗車+集成測試系統(tǒng),，均會出現(xiàn)故障漏報,、早報、錯報,、試驗成本高,、斷電延誤生產(chǎn)等弊端，監(jiān)測效率較低,。

近年來,，水電設(shè)備狀態(tài)在線式監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)逐漸開始應(yīng)用，該系統(tǒng)包括信息收集,、信號傳送,、數(shù)據(jù)處理、信息反饋等部分,，上述部分分別由系統(tǒng)智能單元和監(jiān)控室狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷程序完成,。在處理中，“數(shù)據(jù)處理”所包含的步驟與內(nèi)容較多,，必須輔之以人工智能等信息處理技術(shù)才能完成故障特征的提取與分類,、故障診斷與處理等任務(wù)。加入人工智能后,，使長距離連續(xù)在線監(jiān)測成為可能,，既能提供水電設(shè)備實時運行狀態(tài)信息，也能對重要參數(shù)的動態(tài)加以分析,，進行隱性故障是否存在等的判斷,，從而徹底實現(xiàn)了水電設(shè)備定期檢修向狀態(tài)檢修的過渡,。

2 基于SCADA/EMS的水電設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概況

基于SCADA/EMS的水電設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)由SCADA數(shù)據(jù)傳輸信道、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及網(wǎng)絡(luò)平臺等不同要專家才能解決的難題加以解析,，具備這種診斷性質(zhì)的專家系統(tǒng)適用于對經(jīng)驗性要求較強的水電設(shè)備故障診斷,，在以往的水電設(shè)備故障診斷中缺乏數(shù)學模型和相關(guān)軟件的應(yīng)用，且從專家經(jīng)驗中較容易獲取故障發(fā)生,、運行規(guī)程及故障診斷等方面的原始數(shù)據(jù),，但是所得出的診斷結(jié)論往往數(shù)量有限，搜索空間相對狹小,，大大降低了水電設(shè)備故障診斷環(huán)節(jié)的工作效率,。

2.3 知識的獲取與表達

水電設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)主要通過獲取故障診斷相關(guān)知識，作為故障分析與推理的基礎(chǔ),，所需獲取與表達的知識的主要來源包括：通用水電設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程,，水電設(shè)備現(xiàn)場運行與檢修經(jīng)驗，水電設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)通過“自學習”所給出的主要結(jié)論,。

在運行電壓下,，水電設(shè)備中的變壓器油與油中固體絕緣材料會逐漸發(fā)生變質(zhì)與裂解，進而產(chǎn)生少量低分子烴類氣體后迅速溶解在油中,；變壓器存在隱性故障的情況下會加速烴類氣體的產(chǎn)生,，所以通過分析油中已經(jīng)溶解氣體的組分與含量便可推算出變壓器是否存在隱性故障及故障程度?！蹲儔浩饔椭腥芙鈿怏w分析和判斷導(dǎo)則》（GB/T7252-2001）對變壓器故障類型及氣體組分等進行了相關(guān)規(guī)定,。

假設(shè)一組水電設(shè)備變壓器油氣試驗的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)已知，如表2所示,，則水電設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)所給出的診斷結(jié)果置信程度如表3所示,，系統(tǒng)最終給出的診斷結(jié)果為“過熱+高溫”，所以必須對變壓器進行停運檢修處理,，以避免更嚴重安全事故的發(fā)生,。

表2 變壓器油氣試驗的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)

H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6C2H2

表3 水電設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)診斷結(jié)果

故障 過熱 放電 過熱+放電 過熱+低溫 過熱+高溫 過熱+中溫0.67 0.859 -0.957 0 0.004 0.784 0.135

2.4 系統(tǒng)功能與流程

水電設(shè)備故障診斷主要實現(xiàn)以下目標：通過診斷判斷故障是否存在，若存在則需判斷故障的性質(zhì)與部位,，通過分析給出故障的合理解釋與處理意見,。基于上述目標,，可將水電設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的主要功能與運作流程進行設(shè)計,，水電設(shè)備故障診斷系統(tǒng)運行后便進入自動診斷狀態(tài)，在數(shù)據(jù)庫中進行變壓器狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的相關(guān)檢索,，并結(jié)合設(shè)備狀態(tài)階段性評估知識,，對變壓器運行工況下所可能存在的隱性故障進行監(jiān)測診斷，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫中所能檢索到的其他關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù),，進一步進行故障的證實,、原因分析及部位確定,。通過“人機接口界面”將故障診斷結(jié)果向用戶做出解釋，并根據(jù)結(jié)果及解釋進一步提出預(yù)警,、減輕負荷,、停運檢修、正常運行等處理建議,。

3 結(jié)束語

綜上所述,，通過將“水電設(shè)備故障診斷工作站”新模塊嵌入水電設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的做法切實可行，既充分利用了SCADA/EMS系統(tǒng)已有的網(wǎng)絡(luò)平臺資源,，實現(xiàn)資源共享,，又可以借鑒原系統(tǒng)已有的水電設(shè)備運行特性參數(shù)，大大降低診斷誤差率,，徹底實現(xiàn)水電設(shè)備故障的分布式在線監(jiān)測與故障診斷,。

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中圖分類號：S219.033

文獻標志碼：A

文章編號：2096-2789（2017）11-0102-02

作者簡介：蔡勝勇（1972-），男,，高級工程師,，研究方向：水電站機電設(shè)備安裝技術(shù)工作,。