電氣設備在線監(jiān)測及故障診斷分析
本文主要分析了電氣設備在線監(jiān)測的相關問題，探討了電氣設備在線監(jiān)測的要點，以及故障診斷的技術和方法，以期可以為電氣設備的在線監(jiān)測提供參考。
一、前言
目前，在線監(jiān)測技術已經成為了電氣設備運行過程中不可缺少的一種技術之一，因此，分析電氣設備在線監(jiān)測和故障診斷要點非常有必要，這是提高電氣設備運行效果的必要工作。
二、電氣設備故障及其危害性分析
常見的電氣設備有電機、變壓器、輸電線路、電力電容器、避雷針、絕緣子等，這些不同種類的電氣設備構成電力系統(tǒng)。為了保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運行，就要保證這些電氣設備的質量，如果某一個電氣設備的質量出現問題，就可能發(fā)生故障，一旦出現故障，將會影響到整個生產設備的停產。
為了保證系統(tǒng)供電的可靠性，電機、變壓器、輸電線路、電力電容器、避雷針、絕緣子等構成電力系統(tǒng)的主要電氣設備必須要綜合分析。電氣設備一旦發(fā)生故障，將會出現大面積停電停產、造成巨大的經濟損失。國內外的大量資料和統(tǒng)計結果表明，導致設備失效的主要原因是其絕緣性能的劣化。絕緣老化因子可分為熱、電、環(huán)境和機械因子四種。
為了保證電力設備質量，在設備投入運行前都要進行嚴格的質量檢查，基本消除了由于質量而引發(fā)的事故。而為了發(fā)揮電氣設備的最大生產能力，常常需要進行日常的科學管理和維護。
三、電氣設備在線監(jiān)測原理
電氣設備在線監(jiān)測技術原理，是在電氣設備正常運行時，通過對常規(guī)絕緣特征參數如電容量、電流、介質損耗因數等進行測量，來反映電氣設備的運行是否存在問題。介質損耗因數對高壓電氣設備影響很大，還能反映運行時設備的缺陷，靈敏度很高，而且操作比較簡單。介質損耗因數的原理分為兩種，第一是硬件直接測量相位角，主要方法為過零相位比較法，第二是軟件對檢測信號變換后，對測量信號進行數字化處理，主要方法為諧波分析法。
過零相位比較法原理：獲得電流和電壓信號進行過零整形成為過零反轉的方波電流和電壓，用或門電路對電流電壓過零時間差方波寬度進行比較，并讀取方波寬度，最終根據電流電壓信號計算出介質損耗因數。
諧波分析測試原理：電流互感器檢測設備末端引出電流信號，二次抽取電壓信號后經過濾波和程控放大后，再經過同步采樣最終得到離散數字信號，利用計算機對其快速的傅里葉變換后得到基波傅里葉系數，然后計算基波相位差，最終得到介質損耗因數。
對于單一設備的在線監(jiān)測數據融合一般應將數據傳送到電廠綜合信息管理系統(tǒng)（MIS），通過電廠綜合管理系統(tǒng)將在線監(jiān)測數據與狀態(tài)檢修系統(tǒng) 融合在一起；對于多設備、多系統(tǒng)的在線監(jiān)測的數據融合應先建立內部設備狀態(tài)監(jiān)測中心，由監(jiān)控中心實施對全部前端站的控制，同時由監(jiān)控中心的監(jiān)測工作站實施在線 監(jiān)測數據與狀態(tài)檢修的融合。
四、電氣設備故障診斷方法
針對不同的電氣設備，目前的故障診斷方法主要可分為兩類：
一類為傳統(tǒng)的電氣設備故障診斷方法，主要包括直觀檢查法、儀器儀表測量以及分段切割，逐段類推等；
另一類是針對現代化的電氣設備采用粗糙集理論、震動信號處理、時間序列分析方法等。
傳統(tǒng)電氣設備診斷方法中直觀檢查法是電氣設備故障診斷最基礎的方法。主要是利用眼睛、鼻子、耳朵、手等感覺器官，來進行直接觀察，觀察溫度、聲音、顏色、氣味有否異常，以判斷電源裝置的運行情況。
通過這種直觀，將一些明顯的故障能立即診斷出來，或者分析和掌握故障發(fā)生的部位、危及范圍、嚴重程度以及元器件損壞情況。就是對那些隱蔽而復雜的故障，通過我們所直接觀察到的各種現象，也能為進行診斷和分析提供重要依據，因此，直觀是診斷故障的十分重要的第一步；儀器儀表測量法就是利用電氣儀表測量某些電參數的大小，經與正常的數值對比后，來確定故障部位和故障原因，主要有測量電壓法、測量電流法、測量電阻法、測量絕緣電阻法等。
其它的故障診斷方法包括對直觀檢查中發(fā)現的可疑對象、易損易碎元件進行重點檢查法，采用相同規(guī)格元件對嫌疑、易壞設備進行替換測試，逐步縮小故障范圍的方法，采用分段切割的方法診斷一些故障現象復雜、問題很多、涉及面很廣，故障范圍又不明的疑難故障，特別是閉環(huán)系統(tǒng)故障以及采用從輸入或輸出端開始逐級往前類推檢查，直至暴露故障的逐段類推法等。
針對現代化的電氣設備主要采用時間序列分析、熱紅外方法、粗糙集理論、震動信號處理、小波理論等。時間序列分析方法就是將電力設備的歷史狀態(tài)參數結合當前測得的狀態(tài)參數進行分析比較，根據設備狀態(tài)參數的統(tǒng)計值、參數的變化值和變化速度，來描述設備狀態(tài)參數的變化規(guī)律和發(fā)展趨勢，推斷設備狀態(tài)未來發(fā)展、演變的過程，并進一步預測異?；蚬收峡赡馨l(fā)生的時間及部位、設備或元件的剩余壽命等。
在電力系統(tǒng)設備中，由于設備出現故障而導致運行的溫度狀態(tài)發(fā)生異常，電氣設備的絕緣部分出現性能劣化或絕緣故障，將會引起介質損耗增大，在運行電壓下發(fā)熱。具有磁回路的電氣設備，由于磁回路漏磁、磁飽和或鐵芯片間絕緣局部短路造成鐵損增大，引起局部環(huán)流或渦流發(fā)熱。
還有些電氣設備，因故障而改變電壓分布狀態(tài)或增大泄漏電流，同樣會導致設備運行中出現溫度分布異常，多以采用熱紅外的方法監(jiān)測電氣設備相關部位的溫度或熱狀態(tài)變化，從而判斷設備故障就是電氣設備故障的熱紅外診斷。粗糙集理論是一種基于不完備不準確信息進行模糊分析的數學方法。
電氣設備通過線監(jiān)測的數據在時間上、空間上以及設備類型上都積累了一定的數據。這些數據單個或是簡單組合分析很難獲得設備的運行狀態(tài)信息。
通過粗糙集理論結合專家系統(tǒng)、神經網絡技術、模糊理論等在不需要人類專家參與的情況下，自動從歷史數據中提取電力設備潛在的運行狀態(tài)和故障規(guī)律、發(fā)展趨勢等信息，并隨著數據的不斷積累和動態(tài)變更及時的更新對故障的預測和判斷。
五、在線監(jiān)測的發(fā)展趨勢
20世紀60年代，國外就已經開始了對水電廠電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的研究，隨著傳感器、計算機、光纖等高新技術的發(fā)展及應用，設備的在線檢測技術也得到了迅速的發(fā)展，對于水電廠電氣設備的監(jiān)測與故障檢修的重要性，60年代就已經提出過不少帶電監(jiān)測方法，但遺憾的是，這些方法由于操作復雜，測量結果分散性很大沒有推廣下去。
隨著高新技術的發(fā)展與應用，進入到80年代以來，我國的電氣設備在線監(jiān)測技術也得到了迅猛發(fā)展。再加上，我國現在處于發(fā)展階段，工業(yè)發(fā)展迅速，用電一直很緊張，我國現在目前的設備并不是很先進，有些設備很容易出現故障，這就造成了我國對于推行在線監(jiān)測技術和提高電力系統(tǒng)運行可靠性的要求更加迫切。
由于在線監(jiān)測技術中的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的難度，目前，不論國內還是國外，多數的監(jiān)測系統(tǒng)的功能還比較單一，不能全面對水電廠電氣設備進行監(jiān)測。在線監(jiān)測技術將朝著以下的方向發(fā)展：
1、多功能多參數的綜合監(jiān)測和診斷，在線監(jiān)測技術必須能同時監(jiān)測能夠反映電氣設備的狀態(tài)的多個特征的參數。
2、形成一套完整的分布式在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠對水電廠整個電氣設備進行集中監(jiān)測和診斷，以便于更好的省時、省力和省錢。
3、由于目前的在線監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和靈敏度不是很高，因此，在未來的發(fā)展中，在線檢測技術必須不斷的提高檢測系統(tǒng)的可靠性和靈敏度。
六、結束語
綜上所述，電氣設備在線監(jiān)測技術作為一種可以為設備穩(wěn)定運行提供支持的技術，必須要加以科學利用。今后電氣設備運用的過程中，要適當的采用在線監(jiān)測技術，盡量提高設備的運行效果。
參考文獻
[1] 盧緯.淺析電氣設備在線監(jiān)測及故障診斷[J].科技風，2011（14）.
[2] 馬偉，郭永超，胡燕梅等.電氣設備在線監(jiān)測及故障診斷分析[J].今日科苑，2010（20）.
TPM,點檢,班組建設,管理能力咨詢培訓@左明軍老師.微信：13808969873
關聯(lián)文章
精彩導讀
熱門文章
最新標簽