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1、 超声波技术在电力系统故障诊断中的应用 在我国快速发展过程中，市场经济在迅猛发展，社会在不断进步，电力设备的绝缘监督主要是采用预防性试验来进行，在实际工作中发现预防性试验对电力设备分布性缺陷监测效果较好，如绝缘受潮、绝缘电阻下降、介质老化、介质损耗增大，而对缺陷范围比较小但危害比较大的集中缺陷效果不理想，如电容器内部串并联部分小电容断线、瓷质开裂、绝缘部分受潮、绝缘内气泡、电缆故障点及路径查找。高频率超声波能形成很窄的波束，此指向性特性有助于发现设备故障点，即所谓的超声波定位技术。在电力系统中，超声波定位技术广泛应用于电气设备局部放电、发电机电晕、电气设备断线及电缆故障探测等多个方面，但电力系
2、统内强电场的电晕及背景噪音的干扰限制了超声波定位技术在电力系统的发展。近几年公司引进了美国Son-Tector 超声波定位仪，通过对其开发与应用，取得了一定的成效，特别是在均压电容器断线、电缆故障查找等方面效果显著。标签：电力设备;故障探测;超声波;定位技术;超声波定位仪 引言 电力系统是由电能的产生、变换、传送、分配和消费的各种设备，按照一定的需求组成的有机系统的总称，也是大型机电系统的重要组成部分，电力系统的稳定可靠运行对机电系统的安全运行十分重要。电力系统故障诊断是电力系统设计，电力系统与机电系统保护等的重要研究内容。电力系统故障诊断中的智能化技术主要包括电力系统仿真，先进故障诊断算法，
3、先进故障诊断设备等技术。电力系统仿真的目的是在电力系统相关环节中设置相应信息并对系统进行控制，便于测量、调节、控制、保护、调度电能以及保证用电系统的安全运行。目前针对电力系统故障诊断的算法包括遗传进化算法、模糊自适应算法、差分进化算分、专家系统、神经网络算法等，这些算法需要相关故障数据，数据可以通过仿真或实验获得。拥有了相关数据，即可通过微控制器，将这些算法及数据集成到诊断设备中。1 电力系统故障成因 电力系统主要由电源、变电所、输电线路与用户荷载组成，受用户端供电节点的分布影响电源点之间通过电源的二次电能交换才可实现跨区域的电能传输。电力网络主要是指输电线路与变电所之间形成的线路架构，通过智
4、能化设备、信息化技术的融入到电力系统信息管理体系，可令电力网络实现精准的电力分配以及智能优化配电，保证电力供应区域用电高峰期下可维系正常运作。随着高新技术与电力系统的深度融合，电力系统架构组成形式也逐渐趋于复杂化，尽管智能化设备的应用可有效提高整体运营质量，但同时也将增大电力网络的运营故障。特别是近年来数据时代的发展下，令电力系统承接更多的数据信息，一旦数据结构，整体系统造成冗余性影响，将导致系统设备出现一定的故障。从故障影响深度来看，对电力系统运行产生最为严重的安全影响问题，即为电力线路的短路故障，引起此类故障的因素较多，例如自然环境的雷击影响、工作人员误操作所带 来的影响、设备系统内数据运
5、行错误所带来的影响、电力网络内机械设备自身故障所带来的影响，都将造成严重的电力供应事故，影响与电力系统相关联的经济产业发展。2 超声波技术在电力系统故障诊断中的应用 2.1 输电线路悬垂线夹磨损导线检测 高压输电线路是连接变电站、传输电力的通道，是电网的重要组成部分。目前海拉尔地区油田的输电线路架设地多为空旷的草原和丘陵地带，此区域内并无减缓风力带。海拉尔地区气候环境恶劣，季节温差大，冬季极端气温可达-48，夏季极端气温可达 40，且冬、春季常出现暴风雪、沙尘暴等天气。严酷的气候环境导致线路出现导线、地线断股、断线;线路常年经受风的作用，线路联接各部件（金具）易反复摇动，造成导线、地线和金具的
6、磨损断裂，酿成线路事故。从多年的运行情况看，线路杆、塔用于悬挂导、地线的悬垂线夹磨损比较突出，近 3 年共发生 8 起该类事故，而且有逐年增加的趋势。悬垂线夹是杆、塔连接导线的重要金具，正常巡线的情况下发现不了悬垂线夹内铝包带包裹的导线磨损情况。针对线路悬垂线夹磨损导线的问题，从2010 年起采取了检修人员登杆、塔打开线夹检查磨损情况的措施，这种方法既耗费检修时间，又存在安全风险。悬垂线夹是由可锻铸铁的线夹船体、压板及 U 型螺栓组成，它利用两块钢板冲压挂板吊挂，挂板安装在船体两侧的挂轴上。在悬垂线夹线路中，曾出现多次因悬垂线夹磨损问题而引发的架空避雷线掉线造成的接地故障，这类故障通常都是永久
7、性的事故，轻则造成跳闸停电，重则可能烧断导线或避雷线，给线路的修复带来了困难，严重威胁电网的安全。为准确地发现这类缺陷，利用超声波定位仪具有指向性及可在输电线路带电情况下使用的特性，在巡线中使用超声波定位仪进行探测，效果显著。2018 年以来共发现线路悬垂线夹磨损导线缺陷 15 项，有效地避免了该类缺陷的发生。2.2 红外热像技术 应用于电力系统故障检测中的技术手段和处理方法层出不穷。用红外热像测温跟踪缺陷合成绝缘子的状况及其电气试验情况。通过控制容积法对带有破损的高压输电线及电缆建立了物理和数学模型。模型考虑了电线和电缆芯的轴向导热，更精确地描述了破损程度和温度响应的关系;得到了无破损以及不
8、同程度破损时电线以及电缆的表面温度分布规律;提出了通过红外热像仪测量表面温度分布在线检测与诊断输电线和电缆破损程度的方法，并针对常用电线电缆进行了具体分析和诊断。理论和实验研究均证明了红外在线检测电线电缆破损的可行性及定量诊断方法的有效性。等提出电子部件的热性能是高压、高功率密度设计系统的限制因素。因此，准确评估各部件性能是至关重要的。利用红外相机测量高压电力设备半导体元件节点处的温度时，喷上两种不同的涂层能够提供相同的发射率，但氮化硼涂层较黑色喷漆涂层易从设备表面去除，且氮化硼能够提供更精确的测量结果。等利用红外热成像技术实时监测电力系统故障，提出一种适用于任意情况下异常检测的系统。即可根据
9、热特征确定故障类型并驱动相应的操作模式;可对组件老化和退化做出系统调度维护，是一种自动化性能较强的监测系统。并 且，该系统还适用于环境恶劣、有毒物质等的检测。2.3 电力系统仿真技术 确切地了解电力系统的静态和动态特性等信息较困难，有必要对电力系统进行仿真研究。其仿真研究的基本过程是：根据电力系统的物理模型建立其数学模型;建立仿真模型;进行相关试验和研究;根据仿真结果对系统进行分析。国内外关于电力系统仿真技术的研究有许多，进行了输电线的仿真模拟研究，提高了输电线的风灾防御能力。认为故障信息包含在线路的故障信号中，为电力系统故障诊断提供了诊断数据和依据。研究了基于深度学习网络的故障诊断方法。目前
10、关于电力系统仿真的技术软件有多种，如 MATLAB/Simulink、Multisum、ADS 等。ADS 由 美 国 Agilent 公司推出，用于微波电路和通信系统仿真。Multisim 的电路仿真功能是相对全面的，且能够与 LabVIEW 进行无缝联合，能够很好地解决电子电路设计问题。MATLAB 来源于 Cleve Moler 博士及其同事开发的 LINPACK 和 EISPACK 程序包，现已广泛应用于科学研究、工程应用、系统建模与仿真等。MATLAB Simulink 以窗口和图形方式进行物理系统建模，可用于连续时间或离散时间的动态系统建模。结语 目前公司正开展超声波局部放电检测及
11、定位技术在开关柜中的应用研究。开关柜设备是保证电力系统正常运行的關键设备之一，一旦开关柜发生故障会导致企业电网大面积停电，给生产造成影响，从而造成重大的经济损失。将超声波非接触检测技术应用到开关柜设备绝缘的检测中，可在开关柜运行中诊断设备状态，及时发现开关柜设备绝缘中的安全隐患，合理安排停电消缺处理，从而保证整个电力系统的正常运行，有力地保障企业生产不间断。参考文献 1韩奇.电力变压器局部放电超声波定位方法的仿真研究D.沈阳：沈阳工业大学，2015.2卢红利.超声波技术在电力系统中的应用C/高效清洁安全电力发展与和谐社会建设吉林省电机工程学会2008 年学术年会论文集.吉林：吉林省电机工程学会，2008：689.