:304作者：張1，2周1 1單位：1。寧波理工大學監(jiān)控設備有限公司2。浙江大學信息學院摘要：根據(jù)當前狀態(tài)檢修的要求，提出了一種實現(xiàn)發(fā)電廠高壓電力干式變壓器狀態(tài)監(jiān)測的集成解決方案——MDDTM系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對發(fā)電廠干式變壓器進行全面在線監(jiān)測，形成具有遠程監(jiān)測和故障診斷功能的多級數(shù)字化監(jiān)測網(wǎng)絡。通過系統(tǒng)提供的狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)和診斷結論，電廠可以科學地估計設備的運行狀況和剩余壽命，確定維護強度。

關鍵詞：視情維修；在線監(jiān)測；干式變壓器；故障診斷

自20世紀50年代以來，中的電廠一直根據(jù)電力設備預防性試驗規(guī)程進行定期停電試驗和維護，這被稱為計劃維護制度。隨著電力系統(tǒng)容量和電壓水平的不斷提高，以及電力部門對供電可靠性要求的不斷提高，無人值守變電站的數(shù)量越來越多，因此實施電力系統(tǒng)設備狀態(tài)監(jiān)測勢在必行。在這種情況下，針對不同高壓設備的在線監(jiān)測系統(tǒng)應運而生。干式變壓器在線監(jiān)測產(chǎn)品有多種類型，如色譜在線、套管絕緣在線、局部放電等。目前這些在線監(jiān)測系統(tǒng)都是不同廠家生產(chǎn)的，采用不同的標準，資源無法共享，技術參差不齊，在同一個電廠“各奔東西”。這種情況一方面造成了巨大的資源浪費，另一方面增加了運維的難度和工作量[1，2】。

MDDTM系統(tǒng)采用集成化設計思想，以干式變壓器為目標，采用分層分布式網(wǎng)絡結構，實現(xiàn)干式變壓器遠程、在線、網(wǎng)絡化集中監(jiān)測和故障診斷，克服了變電站不同設備在線監(jiān)測系統(tǒng)“先立行動”的缺點，實現(xiàn)了干式變壓器的綜合故障診斷。

電廠一體化分布式監(jiān)測診斷系統(tǒng)的建立，可以使主管部門對各電廠干式變壓器的運行狀況進行監(jiān)測診斷，及時發(fā)現(xiàn)早期隱患，避免突發(fā)事故；它還可以使這些設備從定期維護過渡到狀態(tài)維護，提高電力設備監(jiān)管的技術水平，保證電廠的安全經(jīng)濟運行，具有很大的經(jīng)濟效益和社會效益。

該系統(tǒng)集成了計算機技術、信息技術、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術和網(wǎng)絡通信技術。建立遠程狀態(tài)監(jiān)測與診斷中心，通過網(wǎng)絡通信系統(tǒng)實現(xiàn)與各監(jiān)測變電站的正確數(shù)據(jù)傳輸，從而正確了解區(qū)域內(nèi)各電廠或變電站主要電力設備的運行情況。

mddtm系統(tǒng)結構MDDTM系統(tǒng)主要針對110KV以上的干式變壓器設計，系統(tǒng)容量可以滿足各種容量干式變壓器在線監(jiān)測的需要。

它由主機系統(tǒng)、6個在線監(jiān)測子系統(tǒng)、一個模擬輸入模塊、一個開關輸入模塊和MDD監(jiān)測分析軟件組成。其組成原理如圖1所示：

圖1MDDTM系統(tǒng)組成

MDDTM系統(tǒng)由六個在線監(jiān)測子系統(tǒng)、模擬輸入子系統(tǒng)、開關輸入子系統(tǒng)和CMS監(jiān)測診斷軟件組成。六個在線監(jiān)控子系統(tǒng)是： #p#分頁標題#e#

(1)干式變壓器油色譜在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(2)干式變壓器局部放電在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(3)干式變壓器油溫在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(4)干式變壓器繞組變形在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(5)鐵心接地電流在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

(6)干式變壓器套管在線監(jiān)測子系統(tǒng)；

MDDTM系統(tǒng)采用通信控制單元對各個子系統(tǒng)進行透明的協(xié)議轉(zhuǎn)換，以及采集系統(tǒng)的配置和狀態(tài)分析。因此，整個系統(tǒng)具有良好的可擴展性，可以根據(jù)實際需要擴展監(jiān)控子系統(tǒng)，并且可以很好地兼容o

3MDDTM系統(tǒng)的主要功能(1)系統(tǒng)具有自診斷功能，MDD主機能自動診斷硬件設備故障并給出明確提示；該系統(tǒng)配備了硬件和軟件看門狗，以確保沒有崩潰。系統(tǒng)可以對監(jiān)控系統(tǒng)的硬件狀態(tài)進行自診斷，如采集系統(tǒng)AD卡、I/O卡、網(wǎng)絡設備、傳感器、系統(tǒng)狀態(tài)等。同時，軟件可以給出自己的運行狀態(tài)參數(shù)。

(2)系統(tǒng)可以設置用戶的基本信息；

(3)系統(tǒng)可以設置設備配置信息；

(4)系統(tǒng)可以設置各在線監(jiān)測子系統(tǒng)的運行參數(shù)(監(jiān)測間隔時間、數(shù)據(jù)采樣周期、定期檢查時間等)。);

(5)系統(tǒng)采用定期檢查收集數(shù)據(jù)；

(6)系統(tǒng)運行參數(shù)可由MDD主機設置，也可由具有相應權限的網(wǎng)絡用戶遠程設置。

(7)系統(tǒng)具有跟蹤監(jiān)控(閉鎖監(jiān)控)功能，可用于干式變壓器的自動監(jiān)控；當檢測到的參數(shù)高于設定的閾值時，當設備參數(shù)的變化趨勢較快時，或者經(jīng)過監(jiān)控系統(tǒng)診斷軟件的計算和處理后，可以自動跟蹤和監(jiān)控出現(xiàn)故障癥狀的設備。

(8)系統(tǒng)具有全面的故障診斷功能，充分利用監(jiān)控數(shù)據(jù)；干式變壓器智能故障診斷是基于在線監(jiān)測的各種設備數(shù)據(jù)，具有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡或模糊數(shù)學等先進人工智能的故障診斷能力。

(9)系統(tǒng)采用多級報警模式，當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設定限值或總診斷結果需要報警時，會自動報警，并可在線修改報警閾值；報警方式可靈活設置，報警信息可發(fā)送至遠程計算機，并可設置通訊接口自動連接相關人員的通訊設備。報警閾值的在線修改可由現(xiàn)場主機或網(wǎng)絡用戶遠程設置；

(10)系統(tǒng)有故障報警輸出觸點；

(11)系統(tǒng)可以圖形化顯示設備的監(jiān)控位置(監(jiān)控設備拓撲圖)；

(12)系統(tǒng)可以報表的形式顯示監(jiān)控數(shù)據(jù)；

(13)系統(tǒng)能以趨勢圖、直方圖、放電譜、三維放電譜和工頻放電譜的形式顯示監(jiān)測結果；

（

14)系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)編程、數(shù)據(jù)拷貝、列表打印等計算和管理系統(tǒng)基本功能；

(15)可以鎖定方式顯示某個子系統(tǒng)的監(jiān)測結果；

(16)可以循環(huán)方式顯示各個子系統(tǒng)的監(jiān)測結果；

(17)系統(tǒng)具有與用戶MIS、SCADA等系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)功能，可方便實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送，能將檢測數(shù)據(jù)傳送到局內(nèi)MIS系統(tǒng)或其它數(shù)據(jù)庫上，供生產(chǎn)技術管理人員、領導查閱和系統(tǒng)分析用。網(wǎng)絡用戶具有不同的權限，對設備參數(shù)實現(xiàn)分級查閱。；#p#分頁標題#e#

(18)具有遠程監(jiān)測與診斷功能；

(19)具有打印輸出監(jiān)測圖表功能；

4MDDTM主機系統(tǒng)

MDDTM主機系統(tǒng)由一臺網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫服務器、一臺WEB服務器、三臺監(jiān)控工作站組成，采用C/S和B/S混合體系結構。主機系統(tǒng)架構如圖2所示：

根據(jù)在線監(jiān)測的實時性要求，站內(nèi)監(jiān)測曾采用傳統(tǒng)的Client/Server體系結構，同時為滿足遠程用戶對監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警信息查詢、瀏覽的需要，對遠程用戶采用目前流行的Browser/Server體系結構，從而構成以Client/Server方式為主，Browser/Server方式為輔的混合體系結構。此方案能很好地滿足用戶的需求，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，使系統(tǒng)有較好的開放性和易擴展性。其中，B/S方式用于查詢和瀏覽，B/S方式的特點在于具有廣泛的信息發(fā)布能力。它對前端的用戶數(shù)目沒有限制，客戶端只需要普通的瀏覽器即可，不需要其他任何特殊軟件，另外對網(wǎng)絡也沒有特殊要求。

圖2MDDTM主機框架

5子系統(tǒng)功能概述

MDDTM系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的監(jiān)測目標要求，按不同的配置進行集成。系統(tǒng)支持現(xiàn)有的大多數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，在技術方案設計上，同時考慮了保持系統(tǒng)擴展的可能性。本節(jié)就干式變壓器油色譜及微水在線子系統(tǒng)等三個主要子系統(tǒng)作簡單的介紹。

5.1干式變壓器油色譜及微水在線監(jiān)測子系統(tǒng)

干式變壓器油色譜在線監(jiān)測子系統(tǒng)采用MGA2000-6E型干式變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時高精度在線監(jiān)測干式變壓器油中溶解的氫氣(H2)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、乙烷(C2H6)等六種氣體組分及油中微水含量，并通過計算獲得總烴的含量、各組份的相對增長率以及絕對增長速度[3-5]。該系統(tǒng)的監(jiān)測指標如下表所示：

MGA2000-6的關鍵技術及軟件主要特點是：

(1)采用一種全新的智能譜峰識別算法，能不依賴于保留時間識別出峰的位置和峰的高度。解決了保留時間的變化對峰的識別和測量精度的影響[6]。

(2)采用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡的干式變壓器故障診斷專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)故障診斷準確率高，故障分類有效。

(3)系統(tǒng)運行安全可靠，采用了基于權限的用戶管理，使系統(tǒng)具有很強的魯棒性，同時使系統(tǒng)用戶管理更富有人性化。

(4)提供原始譜圖，并具有強大豐富的譜圖控制功能。

(5)數(shù)據(jù)顯示生動形象，報表實用、美觀。

5.2局部放電在線監(jiān)測子系統(tǒng)

干式變壓器內(nèi)部故障分為過熱和放電兩大類。過熱性故障發(fā)展較緩慢，在短時間內(nèi)不會釀成事故。而局部放電性故障，尤其是匝、層間和圍屏的局部放電，就大不相同了。因為當這些部位的絕緣受損后，其沿面放電電壓將降低，在受到內(nèi)部或外部過電壓的沖擊后，絕緣性能迅速下降，引起局部放電及至發(fā)展成電弧放電而燒毀。因此，采取可靠的局部放電監(jiān)測手段可有效防止設備事故的發(fā)生[7]。#p#分頁標題#e#

局部放電在線監(jiān)測子系統(tǒng)采用模塊化設計，便于拓展應用。硬件模塊包括傳感器、放大器、信號調(diào)理、采集卡、監(jiān)控主機等，模塊之間主要依靠BNC雙屏蔽同軸電纜相聯(lián)接。干式變壓器上的局放信號經(jīng)傳感器耦合后送入放大器，放大之后的信號由多路轉(zhuǎn)換巡回選通兩路信號通過采集卡進行數(shù)據(jù)采集。分析軟件對采集的局部放電數(shù)據(jù)抗干擾等數(shù)字處理，獲得放電量、三維放電圖譜、工頻放電圖譜、放電趨勢圖等指標，并將結果通過網(wǎng)絡接口傳送個MDDTM主機系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫中存儲。另外，為了獲得每次采集的工頻相位信息，利用高壓側(cè)電壓互感器(PT)信號經(jīng)信號預處理后來觸發(fā)采集卡采集。

5.3套管絕緣在線監(jiān)測子系統(tǒng)

套管絕緣在線監(jiān)測子系統(tǒng)主要監(jiān)測干式變壓器套管的介質(zhì)損耗、等值電容、泄漏電流、環(huán)境溫濕度等，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采用相對比較等分析方法對被監(jiān)測設備的絕緣狀況作出診斷。

該子系統(tǒng)采用全數(shù)字式交流同步采集及自適應信號處理技術對介質(zhì)損耗進行測量，從根本上解決了以往產(chǎn)品采用的“過零比較法”測量介損時由于諧波影響及模擬電子線路原器件漂移造成的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差的弊病。真正實現(xiàn)了測量的高精度、高穩(wěn)定度。傳感器設計成自動補償方式，受溫度、振動及磁滯回線的影響要??；磁芯采用高導磁率的玻莫合金材料，線性度、穩(wěn)定性高，性能好。單匝穿芯式結構，不影響被測設備的安全性；外殼采用多重屏蔽特殊結構設計，抗干擾性能強。而在數(shù)據(jù)處理時，對傳感器受到的溫度和磁滯回線的影響進行修正。

6干式變壓器故障診斷系統(tǒng)

針對電力干式變壓器故障診斷專家系統(tǒng)的現(xiàn)狀，MDDTM干式變壓器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)開發(fā)了“電力干式變壓器故障診斷專家系統(tǒng)V1.0”。該系統(tǒng)以在線監(jiān)測系統(tǒng)獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，充分利用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)特性，融合多類型的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，結合了人工神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)技術，開發(fā)了綜合型智能動態(tài)診斷專家系統(tǒng)。系統(tǒng)利用神經(jīng)網(wǎng)絡完成知識獲取、推理和知識庫維護等任務，專家系統(tǒng)部分負責與用戶交互，對輸入信息預處理，以及對神經(jīng)網(wǎng)絡輸出進行綜合分析[8]。

對設備實施多參數(shù)、多種故障特征信息的在線監(jiān)測是故障綜合診斷的基礎，在線監(jiān)測系統(tǒng)提供的連續(xù)數(shù)據(jù)保證了電力干式變壓器故障診斷專家系統(tǒng)V1.0具有動態(tài)特性，可以對設備潛在故障的發(fā)展趨勢作出有效的判斷，本診斷系統(tǒng)的多信息綜合和動態(tài)診斷特性是區(qū)別于以往類似系統(tǒng)的主要特征。

7 遠程監(jiān)測網(wǎng)絡

該系統(tǒng)的系統(tǒng)結構由遠程監(jiān)控主站系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控子站系統(tǒng)構成，兩者之間通過通訊網(wǎng)絡構成一個有效的整體，并在主站端與MIS系統(tǒng)其總體結構如圖3所示。#p#分頁標題#e#

子站主要完成對變電站內(nèi)的所有干式變壓器狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集、處理以及一些簡單的存儲、打印和分析功能，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)上送。主站主要實現(xiàn)對地區(qū)或省內(nèi)所有在線監(jiān)測設備監(jiān)測的信息的統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)分析、高級應用，實現(xiàn)與其他系統(tǒng)如MIS等的數(shù)據(jù)共享。

通信網(wǎng)絡主要提供主站和子站間的通信鏈路。子站與主站的通信有兩種方式，其一是通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)SPDnet以TCP/IP方式與主站相連；其二是以電話撥號的方式通過公共電話網(wǎng)與主站通信。由于該系統(tǒng)應用的各個變電站基本上已經(jīng)鋪設了光纖，而且目前的網(wǎng)絡技術已經(jīng)比較成熟，因此子站和主站間的通信主要采用較好種方式。

圖3遠程監(jiān)測網(wǎng)絡拓樸

本文適應發(fā)電廠變電設備和狀態(tài)檢修的需要，開發(fā)了集成式干式變壓器在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)MDDTM。該系統(tǒng)包括干式變壓器油色譜在線監(jiān)測等6個子系統(tǒng)，并具有良好的可擴展性。既能夠?qū)崿F(xiàn)各個監(jiān)測裝置實時數(shù)據(jù)的遠傳和集中存儲，并通過與生產(chǎn)MIS系統(tǒng)等外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合分析。

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原文發(fā)表時間：2006-05-15