電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用

（萊鋼集團(tuán)礦山建設(shè)有限公司 山東萊蕪 271199）

摘 要：變壓器與發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備是供電的重要基礎(chǔ)，電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定為供電穩(wěn)定和可靠提供充足的保障，也有利于人民生活水平和國家整體生產(chǎn)水平的提升，相關(guān)人員對電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)給予了關(guān)注與重視，對變壓器、發(fā)電機(jī)等狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)進(jìn)行充分的分析，并對電氣設(shè)備未來的發(fā)展情況提出展望。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷技術(shù)；應(yīng)用

電氣設(shè)備是指電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、電力線路等一系列的總稱，根據(jù)傳感器及不同測量方式可以對電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的物理量和化學(xué)量進(jìn)行反映的一種方式，即電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。這種電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方式和故障診斷技術(shù)是一種新型交叉學(xué)科，目前我國電氣行業(yè)對這方面的應(yīng)用研究還處于初級水平，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，信號技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)與電子技術(shù)等在人們生活及工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，從一定程度上使電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)水平得到提升。

一.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)分析

電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)主要有三個環(huán)節(jié)：首先，狀態(tài)監(jiān)測。電氣設(shè)備在正常運(yùn)行中，通過對特征型號進(jìn)行監(jiān)測，變換與記錄，并對相關(guān)問題進(jìn)行分析與處理，并將分析結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的記錄，為設(shè)備故障診斷提供確切的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其次，診斷分析。診斷分析主要是對特征信號進(jìn)行診斷分析和故障診斷分析這兩個方面，通過對信號進(jìn)行分析處理，并將信號中有效、敏感與最直接的特征信息進(jìn)行提取，為故障診斷提供依據(jù)[1]。在信號分析處理完成后，則需要對故障問題進(jìn)行診斷，主要目的是對設(shè)備中的故障問題，以及故障發(fā)生原因、發(fā)生程度及具體的故障發(fā)生部位等進(jìn)行診斷，同時還要對設(shè)備性能及故障發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。最后，故障的預(yù)防和處理。在經(jīng)過狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析，查明了故障原因及位置后，則需要根據(jù)具體故障類型和故障原因選擇針對性的處理措施，對故障發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)防，降低故障發(fā)生率，確保電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的正常和安全。

二.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用

（一）變壓器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

電力企業(yè)中常用變壓器是充油式變壓器，在特殊場合下也用六氟化硫變壓器和干式變壓器。變壓器狀態(tài)監(jiān)測方法一般采用局部放電監(jiān)測和紅外監(jiān)測技術(shù)、超聲定位監(jiān)測等。充油式變壓器其主要的應(yīng)用方向為微水分析技術(shù)和在線油中溶解氣體。變壓器的高壓套管，是通過介質(zhì)損耗因數(shù)中的數(shù)字化在線監(jiān)測技術(shù)，對故障問題較多的有載調(diào)壓開關(guān)，采用有載故障診斷在線裝置，對觸點(diǎn)磨損情況及電氣回路與機(jī)械故障等問題進(jìn)行檢測[2]。變壓器狀態(tài)監(jiān)測還可以對線匝繞組溫度、電壓、負(fù)載電流及風(fēng)扇運(yùn)行情況、油溫等進(jìn)行監(jiān)測，變壓器狀態(tài)監(jiān)測主體部件主要為液體絕緣、固體絕緣、繞組、冷卻系統(tǒng)、氣體絕緣、磁路等，故障類型主要有過熱且放電故障、放電性故障、機(jī)械故障及進(jìn)水受潮故障、過熱性故障等。如在某工程設(shè)備更新改造中，所用變壓器為油浸式變壓器，采用全密封結(jié)構(gòu)，絕緣介質(zhì)和絕緣油不與空氣直接接觸，在運(yùn)行狀態(tài)正常的情況下無需進(jìn)行換油操作，有利于降低對電氣設(shè)備的維護(hù)成本，提高其使用壽命，因此該類變壓器是農(nóng)村和城市配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的一種理想化設(shè)備，但由于該設(shè)備容易受到外界溫度變化影響，出現(xiàn)滲油或漏油現(xiàn)象，導(dǎo)致油位變化或因沈樓店負(fù)壓吸入空氣，導(dǎo)致氣體繼電器出現(xiàn)誤動故障。

（二）發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)應(yīng)用主要是對設(shè)備在初始階段中存在的問題及缺陷進(jìn)行檢測，便于定期對設(shè)備展開維修工作，降低電氣設(shè)備的停機(jī)概率，在電氣設(shè)備的運(yùn)行過程中可以有效縮短發(fā)電機(jī)的維修時間，使無故障時間延長，在一定程度上降低了發(fā)電機(jī)的維修費(fèi)用，提高設(shè)備可用性。目前發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測主要是通過發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)視器、發(fā)電機(jī)光纖測漏儀及射頻監(jiān)視儀等來實(shí)現(xiàn)的，對發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障問題進(jìn)行監(jiān)測并報警，從而使操作人員可以對設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行及時了解并予以重視[3]。現(xiàn)階段國內(nèi)對氫冷發(fā)電機(jī)展開了研究工作，根據(jù)化學(xué)量的分析方式對氫氣中的雜志成分進(jìn)行診斷，從而對設(shè)備的故障問題進(jìn)行判斷。發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要是通過對多種電氣、化學(xué)特征、數(shù)據(jù)、機(jī)械、物理特征信息進(jìn)行采集和觀測，并將其綜合形成數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，為發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測提供異常數(shù)據(jù)信息和正常缺陷。在早期故障預(yù)測中對計算機(jī)的故障問題進(jìn)行判斷與分析，并提出合理的維修方案。發(fā)電機(jī)故障診斷類型主要包括定子類故障和轉(zhuǎn)子類故障兩種，其中定子類故障主要為絕緣故障、引出線套管故障、鐵心故障和繞組振動故障燈，而轉(zhuǎn)子類故障則包括絕緣故障、水系統(tǒng)故障、氫系統(tǒng)故障、油系統(tǒng)故障、本體和護(hù)環(huán)故障、繞組故障等[4]。

（三）在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用

在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)主要內(nèi)容是信號監(jiān)測、采集數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)處理和故障診斷等，其基本步驟是根據(jù)傳感器來對設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查，并及時對信號進(jìn)行傳輸、采集、轉(zhuǎn)換及處理，在存儲器中將單元信息進(jìn)行存儲。其中傳送載體主要是通過電纜或是光纜實(shí)現(xiàn)，為了使抗干擾能力提高，需要對數(shù)字信號及光纜信號進(jìn)行合理應(yīng)用，來對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)采集的主要方式有信號峰值采集、信號波形采集，并對超過閥值脈沖記錄來對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以有效抑制干擾，將信號特征進(jìn)行提取，增強(qiáng)或保留有用的信號，根據(jù)該信號來實(shí)現(xiàn)對故障問題的診斷[5]。目前，在線狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)主要有局部放電監(jiān)測、油色譜監(jiān)測和介損監(jiān)測技術(shù)。其中局部放電監(jiān)測技術(shù)主要是由超聲波監(jiān)測法、電容器禍合監(jiān)測法構(gòu)成。油色譜監(jiān)測技術(shù)，是目前UI設(shè)備中常用的一種絕緣檢測方式，也被稱為油中氣體分析法。而介損監(jiān)測技術(shù)在電容性設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中常用的一種技術(shù)方法，其中電容性設(shè)備是指全部絕緣或部分絕緣，根據(jù)電容性設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)，對設(shè)備的介電特性進(jìn)行檢測。在相同變電站中對容性設(shè)備進(jìn)行安裝，通過對容性設(shè)備的絕緣情況進(jìn)行對比和分析，可以及時獲取容性設(shè)備的大變化，將電容性設(shè)備的介損值和電容量比值進(jìn)行對比和分析，對介損差值的變化量進(jìn)行合理利用，可以準(zhǔn)確判斷設(shè)備的絕緣情況。

（四）高壓斷路設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

高壓斷路設(shè)備監(jiān)測主要是判斷斷路器絕緣度的合格性、載流回路的完好性、操作機(jī)構(gòu)特性保持情況及斷路器開斷能力等情況進(jìn)行監(jiān)測。斷路器在各項指標(biāo)正常情況下，斷路器維修周期通常是取規(guī)定上限，但目前在斷路器出廠時，即使得到生產(chǎn)商的承諾，仍然會出現(xiàn)超過規(guī)定上限規(guī)定范圍的情況[6]。高壓斷路設(shè)備在工作狀態(tài)下，對故障發(fā)生時的電流大小及跳閘次數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并分別對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計，根據(jù)故障電流總數(shù)和閘刀開斷次數(shù)來選擇維修先后順序。當(dāng)高壓斷路器在檢測和診斷結(jié)果中顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，無存在故障或無潛在故障，則可以按照監(jiān)測程序填寫評估卡，并將其納入到狀態(tài)維修范圍中。

三.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用時需注意的問題

在電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，不僅需要加強(qiáng)管理工作，還要重視技術(shù)應(yīng)用水平。采用現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來對電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，目前紅外診斷技術(shù)是應(yīng)用十分廣泛的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)，在應(yīng)用過程中需要充分的發(fā)揮其優(yōu)勢和現(xiàn)代化特點(diǎn)，提高監(jiān)測和診斷的工作效率，將傳統(tǒng)監(jiān)測方法與現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的全面監(jiān)測和診斷，確保監(jiān)測結(jié)果的科學(xué)性、可靠性與直觀性[7]。除此之外，還要加大電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷工作的管理力度，確保狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷工作的有效開展和順利開展，加強(qiáng)對監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的管理，首先需要明確監(jiān)測和診斷技術(shù)人員的職責(zé)，做到分工明確，相關(guān)管理人員需要在工作開展前做好工程策劃方案，并協(xié)調(diào)工作中的所有工作人員，進(jìn)行合理的安排和調(diào)配，在工作中要確保配電、試驗、檢修、變電工作人員各司其職，及時反映對設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測結(jié)果，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時分析，得到可靠的故障診斷結(jié)果，從而確保電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的可靠性和穩(wěn)定性。

隨著目前我國的科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，電氣設(shè)備技術(shù)含量也在不斷提高，變電站數(shù)量增加，因此對電氣設(shè)備的監(jiān)測與維修頻率也在不斷增加，為了更好的保障電氣設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定，還要提高工作人員自身的技術(shù)水平和專業(yè)素質(zhì)，電力企業(yè)需要加強(qiáng)對技術(shù)人員的專業(yè)培訓(xùn)，工作人員也要加強(qiáng)專業(yè)知識學(xué)習(xí)，為電力企業(yè)培養(yǎng)出綜合性和應(yīng)用型的人才，提高電力企業(yè)在同行業(yè)中的市場競爭能力，促進(jìn)電力企業(yè)的健康發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)語：

總之，電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，有效保障電氣設(shè)備的運(yùn)行安全與穩(wěn)定，提高供電質(zhì)量和供電穩(wěn)定，滿足用戶正常的社會生活及生產(chǎn)活動用電需求。因此在電力系統(tǒng)中，需要注重對電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，采用現(xiàn)代化先進(jìn)的技術(shù)水平對電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與預(yù)防，維護(hù)電氣設(shè)備的使用壽命，降低故障發(fā)生率，提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]任丕杰. 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)建[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2016，24：190.

[2]楊建新. 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)[J]. 中國科技信息，2007，06：77-78+81.

[3]楊厚宗. 信息化時代設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的新特點(diǎn)和發(fā)展趨勢[J]. 中國設(shè)備工程，2002，11：37-39.

[4]李劍. 淺談電氣設(shè)備在線監(jiān)測及故障診斷技術(shù)的應(yīng)用[J]. 中華民居（下旬刊），2013，09：311-312.

[5]黃愛華，呂慧娟. 電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀和前景分析[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2016，23：103-105.

[6]劉海峰，趙建利，劉婷，岳國良，孫祎，付龍明. 電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)與狀態(tài)監(jiān)測研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2015，25：47-48.

[7]陶娟娟，陳華燕，應(yīng)俊強(qiáng)，賀家偉，鄭思敏. 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在化工設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2016，06：19+21.

作者簡介：

邢亮，（1981.08.11-） 男，漢族，電氣工程師，現(xiàn)從事電氣技術(shù)工作，