摘要：電力GIS設備在電力系統(tǒng)中具有廣泛的應用，但由于本身的特性使得其故障的診斷與分析相對困難，導致GIS設備引發(fā)的事故屢見不鮮。針對上述問題通過GIS設備狀態(tài)監(jiān)測的研究，結合有關數據挖掘技術智能決策理論形成軟硬件一體的GIS設備故障綜合診斷系統(tǒng)提高供電的可靠性。

　　關鍵詞：電力GIS設備；故障診斷。局部放電

　　引言

　　電力GIS設備(gas-insulated metal-enclosed switch gear，氣體絕緣金屬封閉開關設備)是由斷路器、接地開關、母線等元件直接聯(lián)到一起，并壘部封閉在接地的金屬外殼內，殼內充以一定壓力的絕緣氣體作為滅弧介質。近年來，隨著城市電網建設的發(fā)展，GIS變電站的數量不斷增加。GIS因其具有的諸多優(yōu)點，已經成為主導開關設備。但是，由于電力GIs設備本身的封閉性，使得故障檢測和診斷相對困難，同時該類設備內部場強又很高，一旦出現(xiàn)內部缺陷，極易發(fā)生設備故障，嚴重時發(fā)生爆炸，造成巨大損失。到目前為止，國內已發(fā)生多起由于電力GIS／斷路器絕緣故障引起的變電站事故，例如韶關和溪電站的110KV GIS、江門的220KV和500KVGIS、大亞灣的400KVGIS、云南臨滄大朝山500KVGIS等都發(fā)生過絕緣事故。為提高供電可靠性，及時發(fā)現(xiàn)事故的征兆，避免重大事故，同時也是為了減少盲目的定期檢修造成的停電、人力物力浪費和可能的設備損壞，具備一套完整準確的電力GIS設備故障診斷與分析綜合系統(tǒng)是非常必要的。

　　一、設計原則

　　由于GIs設備本身的特性，除微水等少數試驗項目外，現(xiàn)行的高壓電氣設備預防性實驗方法大多無法用于GIs設備。一般來講，在電力GIS設備在現(xiàn)場安裝前，只進行耐壓試驗，驗證其運輸和安裝過程中是否受損以及檢查其重新組裝的正確性。統(tǒng)計表明，通過試驗的GIs設備如果存在的一些缺陷，最初可能無害，也不容易發(fā)現(xiàn)，但隨著運行年限的延長，在開關操作震動和靜電力作用下，異物碎屑的移動或是絕緣的老化等可能產生局部的放電現(xiàn)象，以致最終發(fā)展為擊穿放電事故。研究表明，GIs設備內部故障以絕緣性故障為多。GIs設備的局部放電往往是絕緣性故障的先兆和表現(xiàn)形式。

一般認為，GIS設備中放電使SF6氣體分解，嚴重影響電場分布，導致電場畸變，絕緣材料腐蝕，最終引發(fā)絕緣擊穿。實踐證明，開展局部放電檢測可以有效避免GIs事故的發(fā)生。針對上述問題，對于電力GIS設備的故障診斷和分析系統(tǒng)要具有高靈敏度、強抗干擾性，盡量避免設備的體內傳感器。在設計上可概括為：按照模塊化、通用化、標準化的原則，通過對電力GIS設備局部放電現(xiàn)象的研究，設計電力GIS設備故障診斷模型，以及電力GIS設備通用故障檢測算法和分析決策算法，構建由硬軟件結合的電力GIS設備故障綜合診斷系統(tǒng)。軟件研發(fā)過程采用了面向構件的設計方法，為系統(tǒng)日后升級提供了必要條件，同時也為最終實現(xiàn)一個綜合的電力設備狀態(tài)監(jiān)測綜合管理系統(tǒng)奠定基礎。另外，設計過程中系統(tǒng)突出資源共享的特性，力求實現(xiàn)電氣設備故障綜合診斷系統(tǒng)和其他電力軟件系統(tǒng)的數據共享、信息交換。

　　二　系統(tǒng)總體設計方案

　　電力GIS設備故障綜合診斷系統(tǒng)在體系上主要由狀態(tài)監(jiān)測單元、數據預處理與初判單元和服務器三部分組成。具體結構見圖1。系統(tǒng)通過GI s設備狀態(tài)監(jiān)測單元獲得電力G r S設備運行時狀態(tài)監(jiān)測關鍵數據，上傳至上位主機，在主機中提取特征信息，進行一般的設備狀態(tài)判別與分類，并將提取的數據通過上位主機借助網絡上傳至服務器，建立數據庫，通過智能算法對異常設備進行深入的多層次地識別與分析，得出準確的故障定位與故障種類，同時進行趨勢預測，為診斷決策提供依據，利用分析后的結論來進行設備維修和更換的科學合理的決策。

　　三、系統(tǒng)功能分析

　　(一)狀態(tài)監(jiān)測單元
　　該部分主要由氣體密度測量裝置傳感器和局部放電監(jiān)測裝置傳感器等功能模塊組成，監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，完成測量信號的模數轉換和預處理。其原理框圖如圖2。其中針對監(jiān)測中抗干擾性、檢測靈敏度，以及滿足避免電力GIS設備體內傳感器的要求，在局部放電監(jiān)測中采用GI S局部放電uHF信號傳感。

　　(二)數據預處理與初判單元
　　通過u SB接口接收狀態(tài)監(jiān)測單元的狀態(tài)數據信息，對接收的設備氣體密度狀態(tài)數據同標準數據進行比對，若超出正常范圍則報警；對所接收的局部放電信號進行特征提取，并同典型波形進行初步比對，進行初步判別；將狀態(tài)信息上傳至服務器，以便建立數據庫。

        (三)服務器
　　在系統(tǒng)中服務器端主要實現(xiàn)以下功能：海量數據存儲與處理，提取關鍵特征數據，對電力GIS設備進行多層次的故障診斷分析。實現(xiàn)GIS設備重要參數的長期狀態(tài)監(jiān)測，進行分布式數據存儲。系統(tǒng)不僅要提供GIS現(xiàn)有的狀態(tài)，而且還能通過這些數據分析各種重要參數的變化趨勢，識別GIs設備可能存在的故障}通過數據挖掘技術將有益于動態(tài)分析的數據從大量的監(jiān)測數據中提取出來，形成故障特征數據樣本；由淺入深地從不同層面對監(jiān)測到的電力GIS設備數據進行動態(tài)分析。結合智能化解決方案，對異常數據進行動態(tài)分析和趨勢分析，辨別設備狀態(tài)，對存在故障隱患的設備進行跟蹤，適時報警，做出對電力GIS設備科學合理的維修和更換策略。制定維修計劃、合理地下達維修工單，根據系統(tǒng)中得出的設備狀態(tài)的結論，實現(xiàn)預防性維修、以可靠性為中心的維修以及狀態(tài)維修等幾種維修模式，合理制定電力GIS設備檢修。同時，對每次維修的維修成本進行總體量化，對電力網絡中多個GIS設備的維修做出合理決策。同時將設備整體情況進行實時分析與決策，以工作單的提交為執(zhí)行主線，對進行檢修和維護人員的工作進行規(guī)范，把檢修過程中責任明確到個人，杜絕事故的發(fā)生。

　　
　　四、結論

　　本文以電力GIS設備局部放電現(xiàn)象和SF6氣體檢測研究為基點，設計電力GIS設備運行狀態(tài)監(jiān)測模型，研究電力GIS設備局部放電模式識別模型和動態(tài)分析決策模型，在此基礎上研發(fā)電力GIS設備故障綜合診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用GIS局部放電UHF信號傳感。以滿足監(jiān)測中抗干擾性、檢測靈敏度，以及滿足避免電力GIS設備體內傳感器的要求。在設計上按照模塊化、通用化、標準化的原則，通過對電力G Is設備局部放電現(xiàn)象的研究，設計電力GIS設備故障診斷模型，以及電力GIS設備通用故障檢測算法和分析決策算法，構建由硬軟件結合的電力GIS設備故障綜合診斷系統(tǒng)。目前國內運行的變電站電氣設備在線監(jiān)測裝置大體可分為集中式微機在線監(jiān)測系統(tǒng)和分散式在線監(jiān)測系統(tǒng)兩大類。監(jiān)測功能全面而且在線集成化系統(tǒng)到目前還未見相關報導。系統(tǒng)檢測數據能夠為狀態(tài)檢修提供科學依據，提高GIS檢修質量。避免GIs突發(fā)事故，提高了供電可靠性}從而減少了因事故停電造成的不必要的電力損失及對國民經濟的影響。