电气设备状态监测与故障诊断技术浅析

学术论文 2018-04-26 11:14:26
    当今社会正处于科技高速发展的时代,随着人们日常生活和社会需求的不断提高,高层楼宇不断增加以及工业厂房不断扩大等,越来越多的电气设备应用到生产和生活中。与此同时,规模不断扩大的电气系统,其功能也在日益完善,复杂程度也越来越高。电气结构的日益大规模化以及其各子系统之前的错综复杂,使得电气设备出现故障的几率成倍增长。而电力系统的基本元件就是电气设备,其一旦失效将造成巨大的经济损失和社会影响。提高设备的可靠性,除应提高设备质量,还必须对设备进行必要的检查和维修。
    早期实行的是事后维修,即设备故障后再维修,但是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。其后,发展成定期试验和维修,即计划维修。这种维修方式已在电力部门形成规范的体系和制度,产生了良好的效果。其不足之处在于:①需停电;②预防性试验项目过多;③经济性差;④增大了不安全因素;⑤设备状态和运行中不符;⑥维修不足,设备可能在试验间隔期间发生故障;⑦维修过度,即使设备良好,仍需试验和维修,由此造成浪费甚至损坏设备。
    为了改善上述情况,发展一种以全面清晰地把握设备运行状态、发现设备潜伏故障为目的的电气设备状态监测与故障诊断技术就成为电力工业的一个迫切的需要。
    一、状态监测与故障诊断技术概述
    电气设备的状态监测与故障诊断技术可概括为以下三部分:第一,状态监测。在电气设备的正常运行过程中,通过传感器等设备监测、变换以及记录特定的特征信号,并进行分析处理,同时做好分析结果的记录,进而为设备故障诊断提供基础数据;第二,分析诊断。通过信号分析处理,提取出最有效、最直接以及最敏感的特征信息,为故障诊断提供依据;信号分析处理结束之后,就需要进行故障诊断,主要目的在于诊断设备的故障问题、程度、发生的原因以及具体的部位等,同时还要起到预测设备的性能以及故障的发展趋势的重要作用。第三,预防和处置措施。通过以上两个环节的分析,查明故障所在以及原因之后,就需要针对具体的故障类型以及原因,采取对应的措施进行处置,并对故障的发展趋势进行合理有效的预防,进而降低故障的发生率,最终确保设备的安全正常运行。
    二、状态监测与故障诊断技术的具体实施
    (一)变压器的状态监测与故障诊断技术
    目前,电力行业主要采用充油式变压器,在特殊场合也会采用于式变压器或六氟化硫变压器。国内外对于变压器的状态监测,现多采用局部放电监测、超声定位技术、红外技术等,对于充油式变压器,除离线、定期有效的色谱分析油中溶解气体外,主要研究在线油中溶解气体和微水分析技术。对于变压器的高压套管,则通常采用介质损耗因数的数字化在线测量技术,对于故障较多的有载调压开关,多采用有载故障诊断在线装置,测量触点磨损及机械和电气回路等。除此之外,油温、线匝绕组温度、负载电流及电压、冷却泵、风扇运行等参数也在监测之列。变压器状态监测涉及到的主体部件为:磁路、绕组及固体绝缘、液体绝缘、气体绝缘和冷却系统等。拟诊断的故障为:过热性故障、放电性故障、过热兼放电故障、机械故障和进水受潮等。常用的局部放电监测与诊断,多采用电脉冲信号法和超声法。油中溶解气体组分含量的分析(DGA),首先依据溶解平衡原理,采用各种不同原理脱气方法,如:真空、渗透膜、气体洗脱等,将油中气体脱出,再用分离柱进行分离,再经检测器检测(如TCD、FID等),或用不同原理的传感器对不同组分气体进行检测,最后依据国内外通用的组分比值法或多维图视法,结合电气试验和离线定期试验结果,综合分析诊断出潜伏性故障。
    (二)红外诊断技术
    电气设备的红外诊断技术是一种新兴技术。它是利用带电设备的致热效应,采用专用设备获取从设备表面发出的红外辐射信息,进而判断设备状况和缺陷性质的一门综合技术。红外检测技术集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一体,通过接收物体发出的紅外线(红外辐射),将其热像显示在荧光屏上,从而准确判断物体表面的温度分布情况。红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能可作出可靠的预测,使传统电气设备的预防性试验维修提高到预知状态检修,这也是现代电力企业发展的方向。利用红外状态监测和诊断技术既具有远距离、不接触、不取样、不解体的优势,又具有准确、快速、直观和实时等特点,对提高电气设备的可靠性与有效性,提高运行经济效益,降低维修成本都有很重要的意义,是目前在预知检修领域中普遍推广的一种很好的手段,可使维修水平和设备的健康水平上一个台阶。
    三、发展现状和存在的问题
    近十几年间,在电气设备状态监测与故障诊断领域中,围绕着信息的获取和信息的分析利用两个核心问题,国内外均进行了大量的研究,但是,从总体上看,对信息的获取和利用目前仍然停留在比较低的层次上。这主要表现在:①信息来源渠道少,普遍的是局限于单个传感器监测,即对一种设备或一类故障,选择一种对故障反映比较灵敏的状态量进行监测;②对同一类设备,即使针对不同类型的故障选定了多个状态变量作为监测对象,从信息来源的渠道看是丰富了,但由于各监测状态量之间缺乏有机联系,信息有序度低,不能实现融合处理和综合分析,影响了对信息的分析和利用。③由于单个信息的抗干扰能力弱,容易受噪声干扰,传输过程中容易产生失真,也成为影响其现场使用效果的主要制约因素。④单传感器监测完全没有容错和纠错能力,一旦传感器出现故障,整个监测系统就失去作用。这些客观上都影响了电气设备状态监测与故障诊断技术的发展与推广应用。但是,随着科学技术的不断发展和研究的不断深入,能够解决上述问题的多传感器技术、信息融合处理技术、人工智能技术等已取得很大的进展,相信在不久的将来,上述问题一定能够得到妥善的解决。
    四、结语
    随着人们对电气设备的使用要求逐年增高,电气设备的可靠性与安全性愈发被重视。要想实现电气设备的信息化、自动化和智能化,提高电气设备的安全性和可靠性,电气在线监测与设备故障诊断技术必不可少。
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[责任编辑:花间一壶酒]