基于保護的電氣設備故障診斷分析

田　斌　殷　磊

摘要：電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷可以即時連續(xù)記錄各種影響斷路器壽命的相關數(shù)據(jù)，以及早發(fā)現(xiàn)故障隱患，實現(xiàn)基本的狀態(tài)維護。在分析了微機繼電保護裝置和電氣設備故障診斷的發(fā)展和現(xiàn)狀，提出了把故障診斷這一功能嵌入到微機保護裝置中，并以高壓斷路器為研究對象，實現(xiàn)監(jiān)測，診斷，保護的集成化。

關鍵詞：電氣設備；故障診斷；監(jiān)測；保護

中圖分類號：TP321

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)09-0307-02

1監(jiān)測、診斷和保護集成

集成化的概念來源于集成電路，現(xiàn)在已經發(fā)展成為控制與自動化的發(fā)展方向之一，即通過硬件集成、軟件集成、技術集成，系統(tǒng)集成，可實現(xiàn)功能集成。基于集成化的思想，作為控制命令的執(zhí)行者一高壓斷路器，其控制、保護與高壓斷路器的監(jiān)測、診斷更容易實現(xiàn)硬件集成。它主要以電壓、電流波形參數(shù)作為分析的對象的高壓斷路器失靈保護、遠跳就地判據(jù)、三相不一致保護以及高壓斷路器電壽命狀態(tài)監(jiān)測等可以共用一塊電流、電壓采集板，減少硬件。

電力系統(tǒng)監(jiān)測、診斷與繼電保護、故障測距或故障錄波都是反映電網(wǎng)或電力設備的狀態(tài)。只是反映的時刻不同，繼電保護是當故障發(fā)生時，通過對故障前后數(shù)據(jù)的分析、比較，做出跳閘、報警并快速切除故障故障測距或故障錄波是在故障后，通過對故障數(shù)據(jù)的分析、計算來確定故障的位置或故障類型、故障時間監(jiān)測、診斷則是在故障發(fā)生前，對表征電廠或電力設備狀態(tài)的數(shù)據(jù)進行分析、判斷，來確定設備的健康狀態(tài)。繼電保護與監(jiān)測、診斷的這種內在關系的實現(xiàn)是集成化的基礎。監(jiān)測、診斷系統(tǒng)與繼電保護可以有機地結合起來。

2微機繼電保護

2.1硬件結構

微機繼電保護一般由三大部分組成：模擬量輸入系統(tǒng)、CPU、數(shù)字量輸入輸出系統(tǒng)。其中模擬量輸入系統(tǒng)包括電壓形成、濾波(ALF)、采樣／保持(S／H)和模數(shù)(A／D)轉換等功能模塊，主要完成模擬量到數(shù)字量的轉換功能；CPU主系統(tǒng)包括微處理器(CPU)、只讀存儲器、隨機存取存儲器(RAM)和定時器等等，執(zhí)行存放存儲器中程序，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，完成各種幾點保護的功能；數(shù)字量輸入輸出系統(tǒng)由若干適配器、光耦及中間繼電器等組成，完成各種保護的出口跳閘、信號報警及其人機對話等功能。其硬件結構示意圖如下圖1所示；

在上電或總復位后，通過初姑化和全面自檢，然后開放中斷，此后微機保護裝置便正常運行在主程序的運行狀態(tài)子程序中此時將不斷地進行通用和專用自檢項目的檢查、正常運行狀態(tài)本線路負荷參數(shù)和電網(wǎng)參數(shù)的檢測，當保護感受故障跳閘后，還進行故障測距程序計算。

3電力變壓器的在線監(jiān)測與故障診斷

設備狀態(tài)在線監(jiān)測不等于狀態(tài)監(jiān)測。設備狀態(tài)在線診斷是以在線監(jiān)測結果對故障的類型、位置、嚴重程度及原因作出判斷，并預測出設備繼續(xù)運行的壽命，并給出建議的維修策略及方法。設備狀態(tài)的故障診斷也不等于設備狀態(tài)在線診斷。設備狀態(tài)故障診斷是根據(jù)某一時刻在線監(jiān)測的特征量與前面監(jiān)測的結果進行縱向比較分析，與同類設備或同一設備不同相在線監(jiān)測的結果進行橫向比較，并結合歷年離線檢測試驗數(shù)據(jù)和運行經驗等，對故障類型、嚴重程度及原因等作出綜合判斷，進而作出維修策略及方法。

3.1在線故障診斷

PT、CT故障主要是PT、CT斷線告警。微機保護裝置通過采集各相線電壓，各相線電流，通過一定邏輯判斷，就可以實現(xiàn)在線診斷。

3.2電纜絕緣

直流疊加法是借助電抗器將直流電壓在線疊加于電纜絕緣，即直流電源經電抗器連接于三相導線，并由并聯(lián)電容來免除交流高壓對直流電源的影響，通過測量流過絕緣不高，仍能真實反映絕緣的實際情況。用直流疊加法測得的電纜絕緣電阻大于100M時絕緣良好，小于10M時絕緣不良，這分別相應于電流為10nA、1000nA左右，可用微電流測量裝置測量。復合判斷法由于絕緣狀態(tài)與其特性參數(shù)間的統(tǒng)計分散性，僅用一種方法來診斷絕緣，會有漏判和虛警的可能。采用幾種方法，互相配合進行復合診斷可提高診斷的正確性。采用包含直流疊加法以及tg8占的復合診斷，對不良電纜診斷準確率高達100％。根據(jù)測量裝置的難易程度現(xiàn)場的干擾情況，采用包含直流疊加及tg8的復合診斷是較好的選擇。

3.3故障診斷與危機保護集成

在微機繼電保護裝置現(xiàn)有硬件平臺基本不變的基礎上，加入故障診斷的功能，重點在于在軟件中嵌入故障診斷知識庫。知識庫中知識的來源有兩種途徑，一種是通過理論研究建立被研究對象的數(shù)學模型，通過數(shù)學模型對實際模型進行仿真。但由于這種方法很難建立實際對象的數(shù)學模型，以及所建立的數(shù)學模型求解困難，因此這種方法只能定性的分析出故障診斷的基本規(guī)則，另一種方法就是通過實驗來獲取各種故障波形，研究各種故障下的輸出，總結判別這些故障的規(guī)則。另外，知識庫中還應有各種情況下，斷路器開合負載短路電流時的各個參數(shù)的正常波形。這樣，實時的監(jiān)測斷路器每次開合的參數(shù)波形，并分別與正常波形和故障波形進行比對，從而判斷斷路器是否出現(xiàn)故障，以及故障的嚴重程度。

4結論

繼電保護裝置是在電氣設備發(fā)生故障時，能夠迅速而有選擇性地切除故障元件，從而保證電力系統(tǒng)安全運行。微機繼電保護技術未來趨勢是向網(wǎng)絡化、智能化、保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展，電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷是設備檢修的發(fā)展方向。是運用綜合性的技術手段，掌握設備狀態(tài)，預測設備故障發(fā)生、發(fā)展情況，借助技術分析，進行檢修決策和管理的一種先進的設備檢修模式。考慮把故障診斷這一功能嵌入到微機保

護裝置中，實現(xiàn)診斷與保護的集成化，既達到了降低裝置造價的目的，也節(jié)省了大量空間。