基于智能监测的输电设备状态监测系统建设

基于智能监测的输电设备状态监测系统建设

张晓龙1蒋正虎2余晶晶3蒋绍康4王华楠5

(1234567云南电网有限责任公司保山供电局云南省保山市678000)

摘要：智能电网是未来电网的发展趋势，状态监测是支撑智能电网建设的重要基础。本文提出了基于IEC61850协议的智能传感网络、智能通信网络的概念与研究思路，研究智能传感器、智能电子设备、非接触式能量储存和电源管理模块在线监测和物联网通信技术；最后介绍了智能电网设备状态评价方法，利用改进层次分析和灰色关联分析两种方法，将两种方法引入到变电设备状态评价中，能够客观准确地反映设备实际的运行状态，具有重要的理论意义和实用价值。

关键字：智能电网；IEC61850；状态监测；物联网

1引言

为满足电力负荷高速增长的需求，确保电力供应的安全性、可靠性与经济性，提高电力企业的运行和管理水平，智能电网已成为近年来国内外有关未来电网发展趋势的热点话题。特别是高压直流（HVDC,HighVoltageDirectCurrent）输电系统和高压交流（HVAC,HighVoltageAlternatingCurrent）传输系统而言，通过状态监测使电力部门能够实时掌控设备运行状态并开展设备检修业务，进行事故及灾害抢修决策，将对实现智能电网自愈与自适应性做出巨大的贡献]。

本文在分析智能电网中高压设备的综合状态监测方法的基础上，介绍了智能电网中电力系统的状态监测系统、智能传感器和智能电子设备。最后，针对智能电网中高压设备的状态监测数据通信问题，提出了基于IEC61850协议的智能传感网络、通信网络。

2状态监测的发展现状

2.1监控设备及参数

基于智能电网中高压设备的特点，状态监测主要包括针对变电站设备、变电站设备和输电线路的状态监测。显示了高压设备状态监测的监测对象与主要状态参数。

2.2变电站的状态监测

变电站设备安全技术研究成果以比较丰富，表1所示的各设备监测项目都有研究和应用，其中变压器绝缘安全监测技术始终是研究的热点，自20世纪70年代以来，国内外对变压器油中溶解气体监测技术进行了广泛研究，近年来提出应用油中糠醛含量和绝缘纸聚合度作为特征值对变压器等设备进行故障诊断。局部放电是有效反映输变电装备内绝缘运行状态的特征量，变压器、断路器、互感器及避雷器等电气设备的局部放电机理、传播特性与规律、传感器技术、强电磁干扰去噪理论与方法、故障定位、特征信息提取与故障诊断是目前研究热点。

2.3变电站的状态监测

随着直流输电技术的迅速发展，变电站电气设备在线监测技术也得到了初步地发展，为换流变压器、平波电抗器、直流互感器等电气设备在线监测的各种技术。通过在线监测技术发现变压器绕组温度过高等，这些都避免了直流输电系统可能发生的主设备严重损坏事故，有力保证了电网主网架的安全运行[3]。

2.4输电线的状态监测

输电线路主要监测，这些参量反映输电线路主要电气设备的电气、机械、气象、状态等参数，通过实时监测，是实现电网智能化和提高电网运行安全性的重要保障。

3智能电网设备状态评价方法

3.1评价原理

辅助状态检修是整个监测系统的最终目的，如何科学合理地建立变电设备健康评价体系，是长期困扰工程应用的难点问题。利用改进层次分析和灰色关联分析两种方法，将两种方法引入到变电设备状态评价中，能够客观准确地反映设备实际的运行状态，具有重要的理论意义和实用价值。

该方法具体的评价流程为：首先根据实际情况和专家经验建立设备状态指标体系，请专家对各特征参数分别评分，建立参评向量；然后利用改进的层次分析法确定各特征参数的权重；最后采用灰色关联法计算给出的分数序列与各级标准序列之间的关联度，关联度越大，表示参评向量与标准向量越接近。计算结果中，关联度最大的值所对应的标准向量等级，即为变电设备的评价状态。整个计算流程.

3.2评价方法的具体计算过程

3.2.1改进层次分析法确定各特征参数的权重

1）建立变电设备状态指标体系

将复杂问题分解为各种具体的因素，把这些因素按属性不同分成若干组，以形成不同层次。以变压器本体部分为例，将从电气试验、油中溶解气体、绝缘油特性以及其他信息4个方面选择特征参数，建立其状态评价指标体系。

2）建立判断矩阵A

首先通过专家评分，对每组因素采用两两比较其相对重要性，采用九标度法，得出相应的判断矩阵。

3）求上述判断矩阵A的传递矩阵B

（i，j=1，2，…，n）（5-2）

4）求传递矩阵B的最优传递矩阵C

（i，j=1，2，…，n）（5-3）

5）求判断矩阵A的拟优一致矩阵D

（i，j=1，2，…，n）（5-4）

6）确定每组参数的单排序

a.计算矩阵D每一行元素乘积

（i=1，2，…，n）（5-5）

b.计算矩阵D的特征向量

（5-6）

c.作归一化处理,，得到

（5-7）

即为每组参数单排序的结果。

7）总排序

利用单层次排序结果进行总层次排序，例如：某一准则层权重为a，其下因素的权重分别为，则在总排序中这些因素的权重为(i=1，2，…，n)。

3.2.2灰色关联法确定比较序列与标准序列的关联系数

1）设备状态划分及数学描述

评价首先要建立设备状态等级的评分标准,将设备状态划分为4个等级，各级标准序列如下:

Ⅰ级，正常（设备状态较好，可以适当延长检修周期）={85,85,…，85}；

Ⅱ级，注意（设备状态一般，按正常周期检修）={75，75，…，75}；

Ⅲ级，异常（出现一些异常参数值，应加强监视）={65，65，…，65}；

Ⅳ级，严重（无法继续进行，应尽快安排检修）={55，55，…，65}。

2）确定比较序列(评价对象)和参考序列(评价标准)

设评价对象为m个，评价指标为n个，比较数列为（i=1，2，…，m），参考序列为。比较序列的确定采用专家评分法，由专家对m个对象进行评价打分；参考数列为各级状态下的标准序列。按初值化对评价矩阵进行无量纲化后形成如下矩阵：

（5-8）

3）计算灰色关联系数

（5-9）

其中，ξi(k)为第i个评价对象中第k个指标与第k个评价标准的关联系数；

ρ为分辨系数，ρ∈[0，1]，一般取ρ=0.5。

4.2.3评价分析

考虑因子间权重差异时，比较序列和参考数列的灰色加权关联度为：

（i=1，2，…，m）（5-10）

上式中为第i个评价对象与评价标准之间的关联度，各因子的权重由层次分析法确定。

经过实例验证，基于改进层次分析和灰色关联分析的评价方法，可以较好地用于变电设备的状态评价中，其评价结果与设备实际状况基本相符，可以为状态检修的实施提供一定的参考依据；同时该方法具有较强的可操作性，易于编程实现，评价结果直观，实用性较强。

5结论

本文讨论了智能电网中高压设备的状态监测和物联网通信技术，介绍了变电站、输电线路状态监测技术的发展状况。介绍了智能电网设备状态评价方法，利用改进层次分析和灰色关联分析两种方法，将两种方法引入到变电设备状态评价中，能够客观准确地反映设备实际的运行状态，具有重要的理论意义和实用价值。

参考文献：

[1]向NIST报告由电力研究所编写的智能电网互操作性标准路线图，2009年8月。

[2]欧洲技术平台——未来欧洲电网的智能电网愿景与策略，欧洲委员会2006,22040欧元，ISBN92-79-01414-5。

[3]杨清，西马文夏，孙蔡欣，等。冰覆盖高压绝缘子直流和交流闪络场电路模型研究[J]。CSEE会议记录，2008,28(6):13-19。