宁夏超高压电力工程有限公司 宁夏银川 750001
摘要：经济的发展，社会的进步推动了各个行业的发展，尤其是电力行业，近年来，电力系统运行相关方面引起用户广泛关注，电力公司不断推进智能电网建设，逐步扩大特高压实时监测的广度与深度，利用传感器装置不间断地测量反映设备运行状态的关键特征参量。针对特高压的状态监测手段在国内外已有较多的研究，主要包括特高压的绕组温度、顶层油温、局部放电、油中气体含量分析等。然而数据的质量不高会影响状态评估时准确率，因此诊断分析之前，进行异常数据检测与清洗十分必要。
关键词：特高压;输电线路;在线监测技术;应用
引言
特高压输电线路工作状态的好坏会直接影响电力系统的可靠性。特高压输电线路的运行性能主要包括电气性能和机械性能两大块，其中电气性能主要指其绝缘是否良好。一般在特高压运行过程中，会导致特高压故障的主要还是其机械特性。特高压机械特性主要包括分合闸时间、分合闸速度、超程以及不同期度等参数，其中分合闸时间、分合闸速度是特高压最重要的机械动作特性。
1异常数据检测模型的建立
特高压在线监测状态信息数据，通过传感器采集、传输后集成在数据信息平台上。按时间先后顺序排列的特征量数据，可认为采集的在线数据形成了一个连续而完整的时间序列。但由于传感器短时失效、通讯端口异常、装置老化以及一些人工失误等多种因素的存在，收集的状态信息数据会不可避免出现多种状态的异常值。在线监测异常数据的产生有多种原因，噪声值，这部分数据是与特高压自身无关，数据测量或传输系统受到外部环境因素的干扰而意外失灵包括缺失值、不变数据值、孤立噪声值、短时有变数据值。由装置异常引起的异常数据，持续性缺失值，高噪声或高方差异常数据，关联性性强的状态量同时出现突变，关联性强的检测量上升趋势异常。因此，提出基于灰色关联分析与K-means聚类方法对在线监测数据异常检测。
2特高压输电线路在线监测技术的应用
2.1宽带脉冲电流法
电缆局部放电测量多采用IEC60270—2015法，该方法在检测时需要从取样单元即检测阻抗上获取信号，而检测阻抗需要串联在试验回路中，将改变电缆原来的接线方式，不合适带电检测或在线监测。电缆本体或接头处的局部放电将在电缆的屏蔽层中产生mA数量级甚至更弱的高频脉冲电流，电流大小与放电的强度有关，该电流通过接头屏蔽层接地线入地。电磁耦合法则是利用宽频带罗戈夫斯基线圈型电流传感器通过感应流过电缆屏蔽层的局部放电脉冲电流来检测局部放电信号，示意图见图1。
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图1电磁耦合法监测电缆局部放电原理图
图1中：Cg为缺陷部分的等效电容；Cb为与该缺陷串联部分的等效电容；Ca为无缺陷部分的等效电容；Ut为施加在电缆高压导体与地之间的电压；Ug和Ub分别为为缺陷上以及与之串联的绝缘上的电压。虚线指示了高频脉冲电流的传输路径。主要测量位置在电缆终端或中间接头金属屏蔽层接地引线处。宽频带电磁耦合法由于其抗干扰性较强，能够较好的反映局部放电信息，所以较早就应用于发电机、特高压的绝缘检测，近些年也逐渐应用于交联聚乙烯电缆的局部放电检测。由于电磁耦合法是将交联聚乙烯电缆接地线中的局部放电电流信号通过电磁耦合线圈与测量回路相连，不需要在高压端通过耦合电容器来取得局部放电信号，因此适用于电缆敷设后的交接验收试验和运行中的带电检测或在线监测。电力电缆在高压情况下其内部的局部放电脉冲信号是一种含有丰富的高频分量的陡上升沿的窄脉冲信号，其脉冲信号的下降沿约为几百到几千纳秒，上升沿为几十到几百纳秒，其高频分量主要集中在1kHz至100MHz范围内，而且随着频率分量的增高，衰减愈发严重。因为高频电流传感器一般安装于电缆接头处，所以对于接头处所发生的局部放电，因为高频衰减很小，监测的上限频率很高，而且具有很高的灵敏度。而电缆本体的放电，随着电缆长度的增加，高频分量会有比较大的衰减。仿真分析和模拟实验表明，电缆局部放电高频成分的衰减比较大，低频信号衰减比较小。对于长度为500m的电缆，在中间接头要获得30pC的测试灵敏度，所选择的测试系统需要足够低的下限频率，一般测试频率需要选择在5MHz以下。因而在监测电缆局部放电的时候，要兼顾到高低频段，选用宽频的电流传感器。文中采用传感器和后续处理电路的频带为300~50MHz，经实测，在满足信噪比大于2:1的条件下，可以检测到长度为2000m内，约50pC的放电。
2.2在线监测数据时间序列表征
由影响因素发生作用的大小和方向变化不同可分为三类。平稳时间序列:随着时间的变化，状态变量并不随之变化。波动幅度随时间变化:随着时间变化，状态变量的方差发生变化。非平稳时间序列:有两种，趋势性时间序列，表现为监测变量随着时间的变化呈现出变动趋向，持续性、长期性出现较缓慢的上下。周期性时间序列，表现为监测变量随着季节或者其他周期的交替出现高峰与低谷，周期内的时间序列有相似的特征。由此选取特高压在线监测的实时数据以下几类，作为后续在线数据预测算法的基础。然而闪络放电的电压、电流等突变的数据类型，属于有用的故障信息不能舍去，所以在此不能适用于时间序列分析方法。1)短期平稳长期缓慢上升序列:该类数据包括微水、氢气、CH4、C2H4、C2H6等。2)长期平稳序列:无明显下降趋势，仅在设备状态异常时数值会明显升高。该类数据包括铁芯接地电流、C2H2、套管全电流等。3)短至长期均为缓慢上升序列:监测数据中的CO和CO2数据长期表现为向上的趋势。这类数据可通过差分运算进行变换，对非平稳序列的均值平稳化预处理，通过这种方法可以将趋势性去除，变为平稳性序列。4)周期性序列，通常以天为单位:包括特高压绕组、顶层、底层等的油温，在实际清洗过程中先用季节差分将这些数据变为平稳时间序列，再进行拟合，以降低计算的复杂度。
2.3主动抢修
主动抢修模式是指通过智能公用配变系统、配电自动化系统、配电线路在线监测系统等归集停电信息数据并加以分析，实时捕捉线路、低压台区停电信息，创建以“停电信息实时获取、故障范围智能研判、任务派单智能高效、抢修过程全程可控”的抢修服务新模式，在客户发现停电之前发现并先期处理停电问题，减少维修滞后对客户生产生活的影响以及由此产生的各种纠纷，提高企业供电服务质量、减少企业电量损失、降低客户投诉风险，实现企业效益与客户体验“双提升”。
2.4在线监测系统软件设计
（1）信号处理模块：主要负责电机电流、顶盖振动、传动轴转动数据的采集以及前期的预处理，以供监测算法模块使用；（2）监测算法模块：主要通过电机电流、顶盖振动、传动轴转动等数据进行分析，以实现有载开关运行状态的实时监测、异常预警、故障识别等；（3）人机交互模块：主要负责将监测算法模块处理后的数据进行存储、展示、上传等。
结语
总之，开发了特高压有载开关智能在线监测系统，实现了有载开关运行状态的有效监测。设计的在线监测系统有助于提高有载开关维护的及时性，可以大幅提高设备运行可靠性，对提高特高压的运行安全和供电可靠性具有重要意义。
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