电气设备在线监测与故障诊断论文

摘要：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、绝缘子构成电力系统的主要电气设备。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。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。关键词：电气设备在线监测故障诊断变压器发展优点不足电气设备在运行过程中会受到各种因素（电、热、机械、环境等）的作用，内部发生复杂的化学、物理变化，导致性能逐渐劣化，这种现象称为老化。为了保证电力设备质量和系统供电的可靠性,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。电气设备在线监测与故障诊断意义重大。国外对电气设备状态监测与故障诊断技术的研究,始于20世纪60年代。各发达国家都很重视,但直到70～80年代,随着传感器、计算机、光纤等高新技术的发展与应用,设备在线诊断技术才真正得到迅速发展。最早提出在线监测思想是在1951年，美国西屋公司的约翰逊（JohnS.Johnson）针对运行中的发电机因槽放电的加剧而导致的电机失效，提出并研制了在运行条件下监测槽放电的装置。限于当时的技术条件，无法抑制来自线路的干扰，只能离线条件下进行检测，但是在线监测的思想沿用至今。60年代初，使用可燃性气体总量（TCG）判断变压器的绝缘状态。但是在潜伏性故障阶段，分解气体大部分溶于油中，故这种装置对潜伏性故障无能为力。后来日本针对这些局限进行了改进。日本起步并发展于70年代，1975年由基础研究到开发应用研究；70年代中期，发明了分离油中气体的高分子塑料渗透膜，解决了连续在线监测问题；70年代末以来研制了油中氢气的监测装置、三组分和六组分的油中气体监测装置；东京电力公司于80年代研制了变压器局放自动监测仪，用光纤传输信号，采用声、电联合监测抑制干扰，并可对放电源进行故障点定位。前苏联发展于70年代；研究领域包括电容性设备绝缘监测、局部放电在线监测。加拿大1975年研制成功了油中气体分析的在线监测装置，随之由syprotec公司正式开发产品，称之为变压器早期故障监测器（油中溶解气体监测），主要是单一氢气；80年代安大略水电局研制了用于发电机局部放电分析仪（PDA），并成功应用于现场水轮发电机；魁北克水电局（IREQ）研制成功多参数在线监测系统（AIM），可对变压器局放、油中溶解气体组分及线路过电压进行监测，并具有初步自诊断功能。我国开始于80年代，安徽、广东等省市电力部门研制了电容性设备监测装置，但效果不理想；90年代，清华大学、西安交通大学、重庆大学、武汉高压研究所、湖北省中试所、武汉水利电力大学等单位的研究水平日趋完善，逐渐得到了电力部门的认可；2002年，重庆大学开展的“变电站电气设备绝缘多参量多功能在线监测及故障诊断技术研究”荣获国家科技进步二等奖；目前较成熟的技术有：电容性设备监测、油中六种气体监测、发电机局放监测、主变压器局放监测及相应的诊断技术。在线监测系统可分为：便携式、固定式、单参数型、多参数综合型、人工诊断、自动诊断；尽管分类多种多样，但是不论监测系统是什么类型，均应包括以下基本单元:（1）信号变送：由相应的传感器从电气设备上检测出那些反映设备状态的物理量，并将其转换为合适的电信号，传送到后续单元。（2）信号处理：对传感器变送来的信号进行预处理，对干扰信号进行抑制。（3）数据采集：对经过处理的信号进行采集、A/D转换和记录。（4）信号传输：将采集到的信号传送到后续单元。（5）数据处理：对所采集到的数据进行处理和分析。（6）故障诊断：对历史数据和当前数据分析、比较后诊断。在线监测系统对传感器的基本要求是能检测出反映设备状态的特征量信号；有良好的静态特性和动态特性对被测设备无影响或很微弱；可靠性好，寿命长。电气设备在线监测与故障诊断的阶段分为预防性维修阶段和状态维修阶段。预防性维修是对设备使用直到发生故障,然后维修。其后,发展成定期试验和维修。现在,定期预防性试验和维修已在电力部门形成制度,对减少和防止事故的发生起到了很好的作用；但是也有一定缺陷。离线进行试验带来一些不足：(1)离线试验需停电进行,而不少重要电力设备轻易不能停止运行；(2)停电后设备状态(如作用电压、温度等)和运行中不符,影响判断准确度；(3)由于是周期性定期检查,而不是连续地随时监测,设备仍可能在试验间隔期间发生故障,即造成维修不足；(4)由于是定期检查和维修,设备状态即使良好时,按计划仍需进行试验和维修,造成人力物力浪费,甚至可能因拆卸组装过多而造成损坏,即造成所谓维修过度。目前正在发展以状态监测和故障诊断为基础的状态维修。采用状态监测与故障诊断技术后,可以使预防性维修向预知性维修即状态维修过渡,从“到期必修”过渡到“该修则修”。状态维修步骤:(1)在线监测:获得能反应故障的信号;(2)分析诊断:进行信号分析处理做出诊断;(3)预防性维修:根据诊断结果有的放矢维修。在线监测预诊断有以下优点:(1)被监测设备全过程受控,没有死区;(2)适时维修可避免过剩维修,节约维修资金;(3)适时维修可避免维修不足,可避免设备带病工作。减少事故的发生,减少经济损失;(4)预诊断出设备较精确的剩余寿命,合理使用设备,避免设备浪费。现代企业设备(特别是大型关键的电气设备)装备在线故障监测诊断装置,应用新的故障监测技术巳成必然的趋势,是提高企业经济效益的有效手段之一。目前国内多数监测仪功能还比较单一，方向是向多功能多参数的综合监测和诊断系统发展。今后在线监测技术的发展趋势应是：多功能多参数的综合监测和诊断，即同时监测和反映某电气设备绝缘状态的特征参数；对电站或变电站的整个电气设备实行集中监测和诊断，形成一套完整的分布式在线监测系统；不断提高监测系统的可靠性和灵敏度；在不断积累监测数据和诊断经验的基础上，发展人工智能技术，建立人工神经网络和专家系统，实现绝缘诊断的自动化。