电气设备在线监测及故障诊断分析


 

本文主要分析了电气设备在线监测的相关问题，探讨了电气设备在线监测的要点，以及故障诊断的技术和方法，以期可以为电气设备的在线监测提供参考。
 
一、前言 
　　
目前，在线监测技术已经成为了电气设备运行过程中不可缺少的一种技术之一，因此，分析电气设备在线监测和故障诊断要点非常有必要，这是提高电气设备运行效果的必要工作。 
　　
二、电气设备故障及其危害性分析 
　　
常见的电气设备有电机、变压器、输电线路、电力电容器、避雷针、绝缘子等，这些不同种类的电气设备构成电力系统。为了保证电力系统的稳定正常运行，就要保证这些电气设备的质量，如果某一个电气设备的质量出现问题，就可能发生故障，一旦出现故障，将会影响到整个生产设备的停产。 
　　
为了保证系统供电的可靠性，电机、变压器、输电线路、电力电容器、避雷针、绝缘子等构成电力系统的主要电气设备必须要综合分析。电气设备一旦发生故障，将会出现大面积停电停产、造成巨大的经济损失。国内外的大量资料和统计结果表明，导致设备失效的主要原因是其绝缘性能的劣化。绝缘老化因子可分为热、电、环境和机械因子四种。 
　　
为了保证电力设备质量，在设备投入运行前都要进行严格的质量检查，基本消除了由于质量而引发的事故。而为了发挥电气设备的最大生产能力，常常需要进行日常的科学管理和维护。 
　　
三、电气设备在线监测原理 
　　
电气设备在线监测技术原理，是在电气设备正常运行时，通过对常规绝缘特征参数如电容量、电流、介质损耗因数等进行测量，来反映电气设备的运行是否存在问题。介质损耗因数对高压电气设备影响很大，还能反映运行时设备的缺陷，灵敏度很高，而且操作比较简单。介质损耗因数的原理分为两种，第一是硬件直接测量相位角，主要方法为过零相位比较法，第二是软件对检测信号变换后，对测量信号进行数字化处理，主要方法为谐波分析法。 
　　
过零相位比较法原理：获得电流和电压信号进行过零整形成为过零反转的方波电流和电压，用或门电路对电流电压过零时间差方波宽度进行比较，并读取方波宽度，最终根据电流电压信号计算出介质损耗因数。 
　　
谐波分析测试原理：电流互感器检测设备末端引出电流信号，二次抽取电压信号后经过滤波和程控放大后，再经过同步采样最终得到离散数字信号，利用计算机对其快速的傅里叶变换后得到基波傅里叶系数，然后计算基波相位差，最终得到介质损耗因数。 
　　
对于单一设备的在线监测数据融合一般应将数据传送到电厂综合信息管理系统（MIS），通过电厂综合管理系统将在线监测数据与状态检修系统 融合在一起；对于多设备、多系统的在线监测的数据融合应先建立内部设备状态监测中心，由监控中心实施对全部前端站的控制，同时由监控中心的监测工作站实施在线 监测数据与状态检修的融合。 
　　
四、电气设备故障诊断方法 
　　
针对不同的电气设备，目前的故障诊断方法主要可分为两类：

一类为传统的电气设备故障诊断方法，主要包括直观检查法、仪器仪表测量以及分段切割，逐段类推等；

另一类是针对现代化的电气设备采用粗糙集理论、震动信号处理、时间序列分析方法等。

传统电气设备诊断方法中直观检查法是电气设备故障诊断最基础的方法。主要是利用眼睛、鼻子、耳朵、手等感觉器官，来进行直接观察，观察温度、声音、颜色、气味有否异常，以判断电源装置的运行情况。

通过这种直观，将一些明显的故障能立即诊断出来，或者分析和掌握故障发生的部位、危及范围、严重程度以及元器件损坏情况。就是对那些隐蔽而复杂的故障，通过我们所直接观察到的各种现象，也能为进行诊断和分析提供重要依据，因此，直观是诊断故障的十分重要的第一步；仪器仪表测量法就是利用电气仪表测量某些电参数的大小，经与正常的数值对比后，来确定故障部位和故障原因，主要有测量电压法、测量电流法、测量电阻法、测量绝缘电阻法等。 

　　
其它的故障诊断方法包括对直观检查中发现的可疑对象、易损易碎元件进行重点检查法，采用相同规格元件对嫌疑、易坏设备进行替换测试，逐步缩小故障范围的方法，采用分段切割的方法诊断一些故障现象复杂、问题很多、涉及面很广，故障范围又不明的疑难故障，特别是闭环系统故障以及采用从输入或输出端开始逐级往前类推检查，直至暴露故障的逐段类推法等。

针对现代化的电气设备主要采用时间序列分析、热红外方法、粗糙集理论、震动信号处理、小波理论等。时间序列分析方法就是将电力设备的历史状态参数结合当前测得的状态参数进行分析比较，根据设备状态参数的统计值、参数的变化值和变化速度，来描述设备状态参数的变化规律和发展趋势，推断设备状态未来发展、演变的过程，并进一步预测异常或故障可能发生的时间及部位、设备或元件的剩余寿命等。

在电力系统设备中，由于设备出现故障而导致运行的温度状态发生异常，电气设备的绝缘部分出现性能劣化或绝缘故障，将会引起介质损耗增大，在运行电压下发热。具有磁回路的电气设备，由于磁回路漏磁、磁饱和或铁芯片间绝缘局部短路造成铁损增大，引起局部环流或涡流发热。

还有些电气设备，因故障而改变电压分布状态或增大泄漏电流，同样会导致设备运行中出现温度分布异常，多以采用热红外的方法监测电气设备相关部位的温度或热状态变化，从而判断设备故障就是电气设备故障的热红外诊断。粗糙集理论是一种基于不完备不准确信息进行模糊分析的数学方法。

电气设备通过线监测的数据在时间上、空间上以及设备类型上都积累了一定的数据。这些数据单个或是简单组合分析很难获得设备的运行状态信息。

通过粗糙集理论结合专家系统、神经网络技术、模糊理论等在不需要人类专家参与的情况下，自动从历史数据中提取电力设备潜在的运行状态和故障规律、发展趋势等信息，并随着数据的不断积累和动态变更及时的更新对故障的预测和判断。 
　　
五、在线监测的发展趋势 
　　
20世纪60年代，国外就已经开始了对水电厂电气设备状态监测与故障诊断技术的研究，随着传感器、计算机、光纤等高新技术的发展及应用，设备的在线检测技术也得到了迅速的发展，对于水电厂电气设备的监测与故障检修的重要性，60年代就已经提出过不少带电监测方法，但遗憾的是，这些方法由于操作复杂，测量结果分散性很大没有推广下去。

随着高新技术的发展与应用，进入到80年代以来，我国的电气设备在线监测技术也得到了迅猛发展。再加上，我国现在处于发展阶段，工业发展迅速，用电一直很紧张，我国现在目前的设备并不是很先进，有些设备很容易出现故障，这就造成了我国对于推行在线监测技术和提高电力系统运行可靠性的要求更加迫切。 
　　
由于在线监测技术中的状态监测与故障诊断技术的难度，目前，不论国内还是国外，多数的监测系统的功能还比较单一，不能全面对水电厂电气设备进行监测。在线监测技术将朝着以下的方向发展： 
　　
1、多功能多参数的综合监测和诊断，在线监测技术必须能同时监测能够反映电气设备的状态的多个特征的参数。 
　　
2、形成一套完整的分布式在线监测系统，能够对水电厂整个电气设备进行集中监测和诊断，以便于更好的省时、省力和省钱。 
　　
3、由于目前的在线监测系统的可靠性和灵敏度不是很高，因此，在未来的发展中，在线检测技术必须不断的提高检测系统的可靠性和灵敏度。 
　　
六、结束语 
　　
综上所述，电气设备在线监测技术作为一种可以为设备稳定运行提供支持的技术，必须要加以科学利用。今后电气设备运用的过程中，要适当的采用在线监测技术，尽量提高设备的运行效果。 
　　
参考文献 
[1] 卢纬.浅析电气设备在线监测及故障诊断[J].科技风，2011（14）. 
[2] 马伟，郭永超，胡燕梅等.电气设备在线监测及故障诊断分析[J].今日科苑，2010（20）.

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