電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)研究

李丞

【摘 要】在電力工業(yè)的正常運轉(zhuǎn)中，很重要的一項工作是保證電氣設備的高效正常運轉(zhuǎn)，電氣設備的狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷備技術(shù)備受人們關(guān)注。為了將電氣設備故障監(jiān)測診斷的水平提高到新的階段，不僅需要應用正確的處理方法，還應該對各影響因素有深入的了解。長期的理論實踐研究，我國已出現(xiàn)了多種方法，該技術(shù)也在不斷成熟，本文對該領域出現(xiàn)的幾種主要技術(shù)進行研究，包括：在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)、紅外診斷技術(shù)、多傳感器技術(shù)以及信息融合處理技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】電氣設備 狀態(tài)監(jiān)測 故障診斷

【中圖分類號】S972.7+4【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0098-01

1 在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

電氣設備的在線監(jiān)測與診斷技術(shù)的主要步驟為：設備的各狀態(tài)信號，如：光信號、電信號、溫度信號等，通過傳感器被檢測出來，通過轉(zhuǎn)換器的作用成為可以被采集和處理的信號，之后存入到存儲器中。在傳送過程中，一般是采用電纜作為載體。為了提高信號的抗干擾能力，有些場合也會采用光纜。在數(shù)據(jù)的采集上，有三種方式可供選擇：信號波形采集、峰值采集以及脈沖采集。根據(jù)得到的信號通過不同的診斷方法得出診斷結(jié)果，指導實踐。目前，常用的在線檢測技術(shù)有：局部放電監(jiān)測、油色譜監(jiān)測以及介損監(jiān)測[1]。油色譜監(jiān)測是通過對油中氣體進行分析的一種監(jiān)測方法。正常狀態(tài)下，電氣設備中的絕緣油在電熱作用下會發(fā)生分解和老化作用，產(chǎn)生諸如：一氧化碳、氫氣以及烴類氣體，在設備故障情況下，這種分解和老化現(xiàn)象的速度會明顯加快，通過產(chǎn)生的氣體組成分析可以對設備的故障類型進行判別。介損監(jiān)測在電容型設備上應用較多，這些設備的絕緣結(jié)構(gòu)都是采用電容式結(jié)構(gòu)。這種監(jiān)測技術(shù)對設備的介電特性進行監(jiān)測，通過比較，找出變化較大的容性設備。

2 紅外診斷技術(shù)

紅外線診斷技術(shù)是對診斷物體發(fā)出的紅外線通過熱像方式顯示在熒光屏上，對物體表面的溫度分布進行分析，判斷設備的運行狀態(tài)。在早期故障診斷以及設備的絕緣性能分析上，紅外線診斷技術(shù)具有可靠的預測效果[2]。其主要特點是：能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離監(jiān)測和診斷，無需與被測設備直接接觸，不用取樣和對設備的解體，診斷結(jié)果更加快速準確。紅外線診斷技術(shù)是一門新興的學科，已經(jīng)成為當前電氣設備故障診斷的發(fā)展方向。相比與傳統(tǒng)的測溫方法，紅外線熱像儀可以實現(xiàn)在線的發(fā)熱點溫度測量，通過實時掃描的方式繪制出設備的溫度熱像圖。目前的紅外診斷儀器有三類：紅外熱像儀、紅外熱電視以及紅外測溫儀[3]。第一臺紅外測溫儀出現(xiàn)于上世紀60年代，之后開始有小目標測溫儀器被應用于電力生產(chǎn)中。目前，應用于電氣設備故障監(jiān)測和診斷的紅外技術(shù)有以下幾個方面：1）影響測溫準確性因素的處理方法。獲取被測設備的溫度分布以及關(guān)鍵部位的溫升值要求獲取的數(shù)據(jù)具有較高的準確性，因為這些數(shù)據(jù)是判斷設備是否出現(xiàn)故障以及故障位置和嚴重程度的依據(jù)。對此，需要選擇良好的檢測條件，還應對檢測的結(jié)果進行必要的修正；2）運行狀態(tài)對紅外檢測的影響及其對策。電氣設備在運行中出現(xiàn)的發(fā)熱故障，無論是由電流效應還是電壓效應引起的，電流和電壓都將對紅外監(jiān)測產(chǎn)生影響。因此，為了盡量減小這種影響，應該保證設備運行于額定電壓下，并讓設備帶負荷運行一定時間；3）設備表面的發(fā)射率影響。由于紅外測量儀器是依據(jù)設備表面的輻射功率得到溫度信息的，由于不同設備表面的發(fā)射率各不相同，最終的檢測結(jié)果也會受到影響，換句話說，即使設備具有相同的輻射功率，設備的發(fā)射率低的話，得到溫度結(jié)果會更高一些；4）大氣衰減。大氣是紅外輻射能量的傳遞介質(zhì)，其中含有各類氣體分子，這些氣體分子的吸收作用會造成紅外輻射能量的衰減，對最終的溫度結(jié)果產(chǎn)生較大影響。對此，應該盡量在干燥清潔的環(huán)境情況下進行紅外監(jiān)測并盡可能的縮短監(jiān)測距離。

3 多傳感器技術(shù)

與單個傳感器相比，多個傳感器同時使用能夠?qū)崿F(xiàn)多側(cè)面和多角度的對象觀測。可以從各種不同的層次和角度研究被測對象，達到更加全面和清晰的了解被測設備的效果。變電站中設備出現(xiàn)的故障通常具有如下特點：一種故障的產(chǎn)生往往會表現(xiàn)出各種不同的故障結(jié)果；相同的故障結(jié)果可能是由不同的故障狀態(tài)造成的。如：在電壓器中，出現(xiàn)局部放電故障，其表現(xiàn)的結(jié)果可能是電磁輻射，也可能是振動，會造成氣體的逸出；而當出現(xiàn)振動現(xiàn)象時，有可能是因為電壓器的局部放電，也可能是因為鐵芯的振動等。對此，將多傳感器技術(shù)進入其中，它能夠根據(jù)設備故障的不同反映，選擇幾個高靈敏度的狀態(tài)量監(jiān)測。如在本節(jié)中提高的局部放電監(jiān)測，可以將耦合電容、感應天線、振動傳感器以及氣相色譜分析儀等進行全方位的監(jiān)測[3]。在時間和空間上得到設備的狀態(tài)特征。

4 信息融合處理技術(shù)

在上文中已經(jīng)提高，多傳感器技術(shù)的引入大大拓展了獲取的設備信息量。對于這些信息量的處理也應該采用科學合理的方法，保證信息的有序性。否則，大量雜亂信息的混雜反而會造成結(jié)果的失真。不同的傳感器具有不同的特征，但對于相同的設備故障來說，這些傳感器獲取的信息之間會存在關(guān)聯(lián)，不是獨立的。通過一定的準則對傳感器獲取的同一故障信息進行合理融合，可以強化這些傳感器對該故障的共同認識，將其中相互矛盾的部分剔除掉。這樣可以多大大提高監(jiān)測的精度和準確性。這就是所謂的信息融合技術(shù)。基于多傳感器的信息融合處理技術(shù)在當下已經(jīng)具備運用條件。目前，變電站的在線監(jiān)測裝置都引入了多個特征量，它們能夠全面的表征出設備的狀態(tài)信息。對信息融合技術(shù)進行分析，其最初被應用于圖像處理，具有較高的穩(wěn)定性，能夠覆蓋較寬的區(qū)域，在目標空間的分辨能力上也較高。另外，信息融合技術(shù)還具有一定的故障容錯技術(shù)。類似于人的大腦，信息融合技術(shù)能夠?qū)π畔⑦M行綜合處理，實現(xiàn)被測設備的詳細描述。

信息融合技術(shù)可以被分為三個等級，即：象素級融合、特征級融合以及決策級融合。在對電氣設備的信息融合中，根據(jù)不同的信息特點，通常都是采用特征級融合進行設備故障的診斷。一般的，信息融合有嵌入約束和證據(jù)組合之分。對于前者而言，將多源信息視為客觀環(huán)境所成的象，通過這種象找出原象，以此來實現(xiàn)對客觀環(huán)境的認識。在數(shù)學上，我們稱這一原理為求映射的逆映射。但值得注意的是，即使運用的是多傳感器技術(shù)，也只能實現(xiàn)環(huán)境中某部分特征的描述，這就意味著上述映射是多到一的映射。為了實現(xiàn)一一映射，需要添加更多的約束條件，從而得到唯一解。對于后者而言，是根據(jù)環(huán)境信息得出可能的決策，然后對每一次數(shù)據(jù)進行分析，對做出決策的支持程度進行研究，實現(xiàn)證據(jù)組合。最終得出支持程度最大的決策，并將其作為信息融合的最終結(jié)果。各個傳感器得到的信息有可能是實時信息，也有可能是非實時信息，可能是穩(wěn)定的，也可能是不斷變化的。對此，需要采用不同的策略進行信息的融合。實踐表明，信息融合處理技術(shù)能夠有效降低虛警率，提高識別能力和對監(jiān)測目標的跟蹤精度，將其應用于設備的故障診斷非常適宜。

5 結(jié)束語

在電力工業(yè)中，電氣設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是非常重要的，它關(guān)乎整個電力系統(tǒng)的安全。采用先進的技術(shù)和有效的監(jiān)測設備，實時迅速的反映出設備的運行狀態(tài)，將設備的潛在故障找出來，防患于未然，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)整個系統(tǒng)的高效經(jīng)濟運行，也大大降低了維修的工作量。實現(xiàn)科學化的設備管理應該被大力推廣。

參考文獻

[1] 龔偉. 電氣設備在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)技術(shù)的研究[J].科技資訊，2007，14：63-64

[2] 曾海. 變壓器類電力設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[J].西北水力發(fā)電，2006，6（22）：32-34

[3] 張春霞. 電氣設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷[J].武漢工業(yè)大學學報， 2004，（1）