智能电网中的电力设备状态检测技术及其进展

1、XJTUEE1智能电网中的电力设备状态智能电网中的电力设备状态检测技术及其进展检测技术及其进展 董明董明 严璋严璋西安交通大学西安交通大学2010年年4月月XJTUEE2一、前言一、前言二、电力设备状态检测与在线监测技术新进展二、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四、支持状态检测的高级算法和诊断系统五、小结五、小结目目 录录XJTUEEI 前言前言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

2、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智能电网特征智智能能电电网网 现代电力技术现代电力技术 现代测控技术现代测控技术计算机技术计算机技术 电力电子技术电力电子技术通信技术通信技术 传统输配电网传统输配电网XJTUEE6 随着电网资产规模的扩大、设备数量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各级电网，提高

3、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电力设备状态检测与在线监测技术新进展技术新进展 油中溶解气体监测油中溶解气体监测 局部放电监测局部放电监测 绕组测温绕组测温 红外与紫外红外与紫外 振荡波振荡波 7XJTUEE8远红外法远红外法DGADGA监测系统（监测系统（FTIR）XJTUEE9FTI

4、R现场安装图现场安装图XJTUEE10FTIR的性能的性能 XJTUEE11UHFUHF局放检测传感器局放检测传感器XJTUEE12XJTUEE13UHFUHF测局放实例测局放实例故障之一故障之一 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在线测温的关键部件温度计 （传感器端部）安装XJTUEE16温度计温度计 （传感器端部）安装（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缆 为了便于安装，需要将套筒磁极尾的末端进行适当的改

5、动为了便于安装，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适尺寸的楔形撑条是必须的XJTUEE17温度计温度计 （传感器端部）安装（传感器端部）安装XJTUEE18温度计温度计 （传感器端部）安装（传感器端部）安装XJTUEE19温度计温度计 （传感器端部）安装（传感器端部）安装XJTUEE20油箱壁安装方式油箱壁安装方式XJTUEE21运行运行动态负荷动态负荷02004006008001000120009:0012:0015:0018:0021:0000

6、:0003:0006:00MVA0102030405060708090100110120DG RUDD T 230H500 3A MVA/DG (Sun 2004-07-04 08:00 - Mon 2004-07-05 08:00)MVATDG-ATDG-BTDG-CTDGHDG-AHDG-BHDG-CHDGHotspotTop OilLoadXJTUEE22光纤测温的重要性光纤测温的重要性1. 与传统方法的不与传统方法的不同同2. 在线监测在线监测3. 油温与绕组温度油温与绕组温度不一致不一致4. 冷却系统瞬时控冷却系统瞬时控制制5. 现场维修人员有现场维修人员有效工具效工具6. 热运行试

7、验热运行试验XJTUEE23红外热成像测试技术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红外检测实例红外检测实例导线导线 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红外检测实例红外检测实例线路绝缘子线

8、路绝缘子XJTUEE26红外检测实例红外检测实例隔离开关隔离开关20.074.2203040506070AR0116.892.020406080AR01XJTUEE27红外检测实例红外检测实例断路器断路器XJTUEE28红外检测实例红外检测实例PTXJTUEE29红外检测实例红外检测实例避雷器避雷器XJTUEE30红外检测实例红外检测实例CT28.132.729303132AR01AR02LI01LI02 tand: 3.1%超标(标准 1.0%) DGA: (ppm)H2: 73714CH4: 13749C2H6: 1884C2H4: 125C2H2: 7总烃: 15766严重超标XJTUE

9、E31红外检测实例红外检测实例高压电缆高压电缆XJTUEE32用吊舱进行线路航测用吊舱进行线路航测XJTUEE红外诊断的局限性红外诊断的局限性1) 1) 由于环境因素的影响，设备散热、传热条件不同，这样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；缺陷判断的误差；2) 2) 只能观察设备表面温度分布，对于设备内部过热点（电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、缆接头、GISGIS内部接头、断路器触头等），很难确定其警戒内部接头、断路器触头等），很难确定其警

10、戒温升。温升。3) 3) 不同设备、不同材料的发热特性各不相同，在不同条件不同设备、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。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（设线芯温度为内部温度等值曲线图（设线芯温度为368.613） XJT

11、UEE35紫外线成像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紫外成像紫外成像双光谱双光谱在白天、日光下检测 紫外光的放射现象太阳盲区滤片太阳盲区滤片+紫外光探测器紫外光探测器 检测电晕及电气放电检测电晕及电气放电用可见光图像用可见光图像 显示被测物体的实物形状显示被测物体的实物形状光源光源紫外图像紫外图像可见光图像可见光图像图像重叠图像重叠双光谱图像双光谱图像XJTUEE37紫外成像紫外成像污染、破损绝缘子污染、破损绝缘子XJTUEE38用紫外法监测带电水冲洗用紫外法监测带电水冲洗XJTUEE电介质响

12、应测量方法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及频域的方法时域：时域： 回复电压(RVM) 极化/去极化电流(PDC)频域：频域： 频域谱法(FDS)缺点：缺点： 低频段水分估计低频段水分估计 测试时间测试时间0,0010,010,11100,0001 0,001 0,010,11101001000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

13、间 (s)I ( (nA)1低 high low 油电导率高 IdepIpol绝缘几何尺寸 XJTUEE碳纳米管碳纳米管SF6SF6分解气体检测分解气体检测XJTUEECNT气体传感器对气体传感器对GIS中中PD的基本响应特性的基本响应特性 0.1 MPa SF6尖-板电极施加电压: 10 kV-30 kV01020304050607000.511.522.533.5Conductance, G (S)Time, t (h)PD onPD offPD onV=15 kVV=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XJTUEE43新型振荡波测试系统 O

14、WTS M 28 28 kV peak voltageOWTS M 60 60 kV peak voltage XJTUEE44电力设备状态检测新的发展方向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智能电网中的状态检测特点与要求特点与要求45实现智能电网的关键技术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2022-1-1245XJTUEE我国智能电网的发展目标2022-1-1246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。

15、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。 第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三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，再逐层综合分析数据就地存储与判断，再逐层综合分析同类设备相互比较同类设备相互比较稳定性与可靠性要求大幅提高稳定性与可靠性要求大幅提高自动化程度提高自动化程度提高技术有效性要求提高技术有效性要求提高经济性经济性 XJTUEE48

16、IV IV 支持状态检测的高级算法和支持状态检测的高级算法和诊断系统诊断系统 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 正正常常过过热热火火花花电电弧弧XJTUEE53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

17、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 25 35 5 53 26 12 20 15 24

18、13 4 欧式 距离 64.0 68.6 60.6 71.7 73.1 50.0 65.0 66.7 79.2 76.9 75.0 神经 网络 72.0 80.0 60.0 81.1 76.9 75.0 75.0 73.3 75.0 76.9 75.0 正 判 率 模糊 数学 80.0 74.3 80.0 79.2 76.9 66.7 70.0 80.0 70.08 69.2 75.0 XJTUEE56一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RK tand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

19、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 国际标准国际标准Cigre WG 1501IEC 60599DL/T722-2000IEEE C57.104基于基于CLPCLP数据及经验提出知识数据及经验提出知识规则规则每年分析超过每年分析超过70007000条样本条样本 Warning Level AnalysisTrending AnalysisXJTUEE58一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

20、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，为建设智能电网，必须总结经验，找出薄弱及不足处。找出薄弱及不足处。方向方向 I I 积极引用有效、性价比高的各类检测手段，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。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高压一次设备的数字化转

21、换 提高在线监测的效果，使得数字电网更加智能化提高在线监测的效果，使得数字电网更加智能化V V 小结小结XJTUEE60方向方向 II 研发状态分析诊断系统，逐步实现自我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。智能诊断、自我智能调整等能力。XJTUEE61方向方向 III 掌握设备状况还要为运行、扩改建等服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、为全局性务，即努力实现全寿命优化、为全局性的资产管理服务。的资产管理服务。XJTUEE62方向方向 IVIV 对在线监测技术发展过程中的认识不足问题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的将某些设备、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、推广抱有先天缺陷，难以克服