第1课 电气设备在线监测与故障诊断

电气设备状态监测与故障诊断ConditionMonitoringandFaultDiagnosisofElectricalEquipment变压器GIS···电力电缆发电机电容性设备电气设备界定课程涉及的领域高电压工程电子测试技术电磁兼容人工智能可靠性工程传感技术1.《电气绝缘在线检测技术》，严璋编北京，中国电力出版社，1995.112.《电绝缘诊断技术》，朱德恒、谈克雄主编北京，中国电力出版社，1999.043.《电工高新技术丛书》第五分册(电气设备状态监测与故障诊断技术)朱德恒、谈克雄编北京，机械工业出版社，2000.03主要参考书目电力——现代文明之轮一次能源火力水力风力核能太阳能地热•••电能全球截止到2030年仍将有1/5的人口，根本的不到电力供应。美国在未来20年中需要建设1300个发电厂（平均每年65个）才能保证充足的发电能力。否则，加州停电问题就肯定会在全国范围内出现。能源短缺将对美国所有的地区造成影响。发展中国家和不发达国家严重的能源短缺和电力工业的落后状态，已成为影响其经济发展的瓶颈。世界电力之现状中国电力之现状到2001年底:发电装机容量3.38亿千瓦发电量完成14780亿千瓦时35kV及以上线路总长度762000公里其中，500kV线路31394公里330kV线路8669公里220kV线路134875公里345991081310121847234702898010000200003000040000美国中国日本俄罗斯英国巴西年发电量（亿千瓦时）129808074623255882026891050001000015000美国日本英国俄罗斯巴西中国人均用电量（kWh/人）世界各国1996年的电力状况和人均消费电量排序东北电网华北电网西北电网川渝电网华中电网华东电网南方电网我国电网基本框架新疆西藏500kV220kV330kV热电厂水电站核电站我国的发电一次能源主要分布西部地区，而电力消费主要集中在中、东部和南部地区。西电东送、南北互供，发展全国联网是解决我国能源分布与电力消费矛盾的重要措施。并将形成北、中、南三个输电通道。中国电力工业分为7个跨省(区)电力集团:东北、华北、华东、华中、西北、南方和川渝，5个独立省级电网:山东、福建、新疆、海南、西藏(未包括台湾和港澳地区)。电力系统的构成电厂输电网配电网用户瞬间平衡的电力系统电力系统是世界上最大的“瞬间动态平衡系统”。发电和用电是同时发生的，基本没有存储环节。电力系统的所有问题都是围绕这个特点展开的。电力系统的稳定性问题电厂电力网用户系统瞬间改变发电、输电和用电过程构成了不可分割的整体，任何环节发生故障都有可能引起链式反应，导致整个系统的崩溃。历史上的大停电事故1965年由于保护继电器动作失灵导致的美国纽约大停电，造成近30亿美元经济损失，50多万人被困在地下和地铁的车厢里。1989年3月6日太阳出现过一次强度达的X15级耀斑，伴随产生的太阳风暴导致加拿大电力输送中断，600万人断电9小时之久，经济损失达10亿美元。美国旧金山1998年2月8日，太平洋天然气电力公司(PGE)变电站发生停电事故，所有从圣马特欧变电站至旧金山的5条115kV输电线全部跳开，旧金山地区2个发电厂解列，456000多个用户停电。旧金山大停电巴西大停电巴西圣保罗1999年，由于闪电击中圣保罗的一个变电站，变压器跳闸导致电网解列，引起巴西南部地区停电长达4小时之久。停电波及巴西27个州的11个州，停电地区是巴西人口和工商业最密集的地区，直接影响1.7亿人的正常工作与生活，经济损失非常严重。由于停电发生在午间交通高峰时间，交通灯熄灭，引起严重交通堵塞。2009年又发生一次大停电（具体情况查资料）。美国纽约2002年3月位于曼哈顿东区的爱迪生联合电厂突然失火，并引燃了用于发电的燃油。这起事故造成纽约第14大街以南的6.3万户居民住宅停电，附近的格林尼治和索霍等地区也受到影响。居住在世贸中心遗址附近的居民又一次感受到了“９·１１”时的恐怖气氛。驾车者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行驶，高大建筑内的人们在漆黑的楼道里摸索着前行，耳边不时传来阵阵警笛声。纽约大停电（II）菲律宾主岛吕宋岛2002年5月21日由于海底电缆损坏，引发大面积停电事故，全国人口一半以上受到影响。首都马尼拉和广泛地区四千多万人没有电力供应。这次停电对菲律宾的商业运作造成重大打击。受停电影响，铁路系统停顿，数以千计的乘客被困车厢内；菲律宾股票市场也被迫中断交易。菲律宾大停电加州大停电美国加州2002年1月以及3月连续两次发生全州停电事故。为防止整个系统瘫痪，加州实行了二战后的首次灯火管制，以避免对电力设备造成损害，引发更大面积的不能控制的断电事故。电力官员称用电高峰再次对该州设备严重老化的电力系统带来完全瘫痪的威胁，加州已宣布进入3级紧急状态。Cisco、IBM和Intel等公司担心加州能源危机恶化，正考虑撤离硅谷。加州议会正拟定一项4亿美元的电力拯救计划。希腊北部地区2002年6月12日下午由于气温过高，希腊北部最大城市萨洛尼卡附近一座变电站内的变压器突然发生爆炸，造成包括该市在内的大部分希腊北部地区供电中断。发生长达一个多小时的严重停电事故，造成许多城市交通瘫痪，通讯系统无法正常工作。瑞典首都斯德哥尔摩于2002年3月11日开始，由于地下隧道的输电电缆被烧毁，连续两天发生大面积停电事件，造成许多工厂停产，严重影响了当地居民的正常生活。英国南部莱斯特郡5月11日发生大面积停电。2万多户家庭连续几天生活在黑暗中。附近的肯特郡、萨塞克斯郡和萨里郡的3.1万户家庭的断电现象则持续了更长一段时间。北美，2003年8月14日16时10分（北京时间8月15日4时10分）开始，美国东北部和加拿大电网发生大面积停电事故，殃及美国东北部的密歇根,俄亥俄,纽约,新泽西,麻萨诸塞，康涅狄格等8个州以及加拿大的安大略、魁北克2省。共损失61,800MW负荷，100多座电厂停机（包括22个核电站），停电范围9300多平方公里，受影响区域的人口达5000万。纽约在事故29小时后全面恢复供电!西装革履，无家可归机场关闭交通瘫痪恐慌：打手电抢购在我国，近20年来各大电网中规模较大的停电事故约有140余起，每次损失数以亿计。近几年事故次数虽有所下降。但其规模和造成的损失却大幅度扩大和上升。随着全国电网的形成，电力系统重大事故也更将危及到我国国家安全。台湾1999年7月29日全岛发生五十年来最大的一起停电事故，南北两条超高压输电线路损坏，进而引发连锁反应，造成台中电厂、通霄电厂、林口电厂、协和电厂、深澳电厂以及核能一、二、三厂全部跳闸，总跳机电量高达1000万千瓦，全台湾停电用户高达900万户。包括机场、医院、科学园等敏感地区，都一度陷入停电状态。直接经济损失在150亿新台币以上。新竹科学园的26座晶片厂生产线因此停顿1至2天，每座晶片厂的损失估计超过5000万元，由于适逢月底出货高峰，总计这次大停电造成新竹科园区的损失约新台币100亿元以上。台湾大停电辽沈地区2001年2月22日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区停电面积已经超过70%。辽沈停电事故是从高压输电线路的燃弧放电开始的。辽沈为我国重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电流沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙放电现象。辽沈停电事故中，几乎所有的高压输电线路都“火冒三丈”，停电事故最厉害的就是工业集中、污染严重的铁西区，该区全部停止了电力供应，损失巨大。辽沈大停电停电原因城市电网结构管理不善设备故障检修电源不足外部因素气象影响上海0.062.1245.3139.170.0010.782.56太原1.633.0416.7664.710.5310.313.02长春0.401.8214.6669.260.008.025.84杭州2.974.8218.4467.180.005.341.25广州0.0019.4528.6950.960.000.000.90西宁0.043.7849.5029.190.0017.490.00(%)1981～1990年间，我国主要电网有近1/3的电网事故的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在“八五”期间，由设备故障直接引发的电网事故占事故总量的26.3%，可见提高设备的运行可靠性是保证电力系统安全运行的关键。我国电气绝缘事故率统计电力设备设备台次比例总事故容量时间电力变压器68％74％1984－1986电力变压器76％65％1990电机66％1971－1974电流互感器55％1980国外电气绝缘事故率统计国别电力设备设备时间美国电容器92％1984－1986日本电力变压器45％1990安全第一“不求有功，但求无过”是电力运行单位的宗旨。但要实现这一消极的目的，需要非常积极的态度。现代电力设备的可靠性在很大程度上取决于其绝缘的可靠性。保证设备安全的基本途径制造100%可靠的设备建立完善的维修计划虽然设备的质量和可靠性主要取决于设计和制造阶段，但为了保证设备的正常运行，在很大程度上也需要借助于投运后的维护工作，即在运行过程中通过对设备进行必要的巡视检查、监测和试验，建立完善的维修计划，以减少事故的发生，提高运行可靠性。制造这样的大型电力设备，在技术上是极其复杂的，尤其是对于电压等级较高的设备，多数情况下这样的设计在经济上也是不合理的。电力系统维修方式的演变过程1.事后修理BM（BreakdownMaintenance）或故障维修；2.定期检修TBM（TimeBasedMaintenance）或预防性维修PM（PreventiveMaintenance）；3.状态维修CBM（ConditionBasedMaintenance）或预知性维修（PredictiveMaintenance）。事后维修体制早期技术及管理水平都很低，即使再重要的设备也只能坏了再修。以致工作毫无计划性，供电可靠性很低。简单方便，对消耗性产品是有效的。随着电力系统的不断扩大，设备故障所造成的停电损失也越来越大，事后维修无法满足系统对运行稳定性的需求。现行维修体制—定期维修预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。在我国已有40年的使用经验。预防性试验、大修和小修构成了定期维修制的基本内容。1.维修周期频繁设备发电机变压器电力电缆GIS小修周期（年）1111大修周期（年）35~10552.预防性试验项目过多电力变压器32项发电机25项互感器11项GIS达20项定期维修制的种种弊端大修一台30万kVA的发电机需要大约3个月的时间，耗费资金近百万元。大修一台12万kVA的变压器需投入300多个工作人日，资金10万元。大修一台220kV开关需投入100多个工作人日，资金2万元。长时间停电检修，将造成大量的电量损失。300MW机组停运一天，少发电720万度，直接损失150万元。3.经济性差4.增大不安全因素易发生人身和设备安全事故。发生在检修、试验人员身上的伤亡事故占全部供电伤亡事故的77.8%。停送电过程易造成误操作。5.过度维修对110台高压变压器进行的162台次定期吊检大修结果进行统计。共发现缺陷24项，其中一般性缺陷23项，危及安全运行的仅1项。对110kV及以上油开关大修统计表明，95%以上未发现部件损坏。定期检修虽有成效，但过于保守。实践证明，频繁检修非但不能改善设备性能，反而常常会引入新的故障因素。6.维修不足由于采用周期性定期检查，很难预防由于随机因素引起的偶发事故。设备仍可能在试验间隔期间内由于微小缺陷的持续发展导致发生故障。预防性试验是在停电情况下，进行的非破坏性试验，试验电压一般不超过10kV。而大部分变电设备工作电压为110~500kV。很难正确反映高压电气设备在运行中存在的缺陷。7.预防性试验条件与实际运行工况不同设备的现代化对设备的维修体制提出了变革的要求，设备运行的高可靠性和维修方式的经济性已成为电力系统降低运行成本的关键。发展中的维修体制—状态维修状态维修方式的基本思想“治于未病”状