電氣設備在線監測與狀態檢修技術探析

張曉峰

（合肥科建建筑工程施工圖審查有限公司，安徽 合肥 230000）

1 電氣設備在線監測技術應用方案

系統設計：本系統設計大體可分為三個步驟，分別為信息采集層、信息處理層、應用終端層設計，各步驟具體內容如下。

（1）信息采集層設計。信息采集層主要采用傳感器來實現，傳感器設備能夠對電氣設備的運作狀態進行全面檢測，且傳感器本身也能長時間運作，滿足在線監測需求。但在設計中，為了保障采集信息完整、準確，必須注重傳感器選型工作，該項工作有兩大要點：①傳感器性能必須滿足要求，尤其是信息采集速率及精度；②全面分析電氣設備異常狀態、常見故障特征，根據特征來選擇傳感器類型，如當電氣設備處于異常狀態時，可能會發生異常振動，其振頻、振幅都異于以往，這時就要選擇振動傳感器來采集設備振動信息，或者當電氣設備內部電阻過大可能導致電路燒毀時，其內部溫度會大幅增長，這時就要選擇溫度傳感器來采集相關信息。總體而言，傳感器類型應當覆蓋所有異常狀態、常見故障的特征，如有缺陷需要及時彌補。

（2）信息處理層設計。首先，為了保障信息采集層能與信息處理層進行信息交流，需要在兩者之間安裝換能器，這樣能夠將信息采集層采集的電信號信息轉化為數字信號格式，只有這種格式才能被信息處理層接受、讀取、分析。其次，在信息處理層設計中，該層由推理機與知識庫組成，因此設計主要側重于兩者：①推理機設計，主采用自動推理機程序設計方法，在其中設置混合推理邏輯，該邏輯會先根據原始信息進行正向推理，隨后提出假設，再通過反向推理，在原始信息中找到可支撐假設信息的證據，如果沒有支撐假設的證據則更換一個假設，只要某假設有足夠的正確支撐，則說明假設成立，電氣設備存在假設中的異常狀態或故障。②知識庫設計，知識庫實際上就是數據信息儲存庫，但其不單純是用來保存數據信息，需要人工對電氣設備異常狀態、常見故障的特征進行統計，隨后將其深入知識庫中，這樣推理機才能通過知識庫內保存的數據信息去提出假設，如電氣設備正常振動頻率為30 次/s，隨后推理機會提出電氣設備振動頻率異常的假設，再通過反向推理確認當前設備振動頻率是否符合30 次/s，如果不符合則假設成立，判斷電氣設備存在振動異常現象，反之，則設備振動正常。

（3）應用終端層設計。應用終端層由人工端與系統終端組成，設計主要就側重于兩者：①人工端設計，人工端由常規計算機或移動網絡設備（如智能手機、iPad 等具有計算機功能，且能夠聯網的設備）實現，此類設備可以接受信息處理層處理后的信息，使人工能通過這些設備掌握電氣設備當前狀態，同時也接受推理機通過知識庫提出的解決方案，人工可以對方案可行性進行判斷，若可行性不好，則不通過，反之則通過。②系統終端設計，系統終端由高配置計算機實現，負責執行人工端通過的解決方案，同時也通過推理機獲取信息采集層了解電氣設備在解決方案下的狀態，若解決方案沒有生效，則會向人工端發送干預請求，人工可在人工端切換至人工控制模式，通過人工端在系統終端上設計解決方案，再由系統終端執行。

2 電氣設備在線狀態檢修技術應用

（1）超聲波檢修技術應用。超聲波檢修技術主要是通過傳感器發出頻率超過20000Hz 的超聲波，隨后當聲波從某個角度射入電氣設備內，會使得聲波接觸到設備內的固體結構，這時超聲波會反射，生成有縱波或橫波特征的反射波、折射波，這時對反射波、折射波的波型進行監測，即可對電氣設備內部相關故障等作出判斷，至少也能讓系統或人工知道當前電氣設備是否處于異常狀態。以電氣設備局部放電現象為例，當電氣設備出現局部放電現象后，其內部會產生電荷中和作用，使得放電局部分子運動異常劇烈，由此產生較高的熱量，電氣設備受熱脹冷縮效應影響會出現局部膨脹。隨后當膨脹結束，表面上膨脹部位會逐漸恢復原狀，但內里介質結構會發生變化，這時采用超聲波檢測技術可以了解電氣設備介質結構的疏密情況，應用中以電氣設備放電區域為中心，因為放電效應，所以其內部會自動生成超聲波，超聲波會呈球形擴散，采用聲電傳感器即可采集其中波型，并將波型轉換為電信號，再用儀器進行步驟，將電信號轉換為數字信號即可被本系統接收。接收后人工或系統可知具體故障或異常，隨之擬定維修方案。

（2）射頻檢修技術應用。射頻檢修技術主要以無線電接收器為基礎，利用該接收器獲取電氣設備內空間的電磁波信號，其原理在于無線電接收器會通過掃頻、選頻等方式采集電磁波，并確認電磁波信號的大小，能夠對范圍內的電氣設備進行狀態檢查，并用于維修。同樣以局部放電為例，使用射頻檢修技術可獲取設備局部放電信號，并獲悉信號大小，隨后可得電信號頻率波型圖，根據圖形可作出判斷。值得注意的是，射頻檢修技術目前有兩種應用形式，分別為頻譜分析、時間處理，其中前者具有操作簡便、靈敏度高、負面影響不大的優勢，而后者主要是效率快，但存在信號分析能力不足的缺陷，因此除非是一些應急的檢修工作要使用時間處理形式，否則，一般建議使用頻譜分析形式。此外，在本系統中射頻檢修技術主要與氣象色譜傳感器、絕緣性能傳感器配套使用。

3 案例應用測試

（1）案例概況。某變電站為高壓變電站，地處工業園區，關系到整個工業園區的電力供給，因此當該變電站出現任意故障，則工業園區的電力供給就有可能中斷，影響工廠生產。但因為該變電站成立已久，所以其中變壓器當前經常出現故障，這是一種典型的電氣設備故障現象，對此該變電站需要對變壓器進行檢修。該變電站中變壓器運作時間比較長，因此初步判斷認為，受這種運作特征影響，變壓器出現了絕緣性能不斷下降的現象，使得故障反復發作。對此在本系統進行檢測檢修之前，對該變電站變壓器故障現象進行了特征分析，發現故障在光、電、熱等方面會顯現出一系列的化學反應，故系統應用將針對這些特征來進行檢測與檢修。

（2）監測方案。根據變壓器異常狀態及故障特征，先進行傳感器選型，在確保傳感器性能達標的條件下，選擇了氣象色譜傳感器、電化學及聲學傳感器、絕緣性能傳感器，三者分別能對變壓器的油中氣體、局部放電、絕緣性能進行在線監測。方案中，將各傳感器安裝在變壓器對應位置，隨后打開開關，使變壓器與推理機連接，這時傳感器構成的信息采集層就介入了整個系統，由此統計系統在連續三日內的監測工作表現，根據結果綜合判定本系統是否應用有效。

（3）檢修方案。檢修主采用超聲波檢修技術，用聲電傳感器去采集該變壓器故障時的超聲波反射波、折射波，隨后導入計算機系統。根據計算機顯示可知，該變壓器超聲波反射波、折射波波型不佳，其中反射波角度比較大，說明變壓器介質結構發生了異常變化，而折射波線路密集，說明異常變化現象嚴重，對超聲波傳遞造成了多重阻礙。同時，依照結果可知，該變壓器故障主要處于絕緣線路，因此檢修方案為更換絕緣材料與相關線路。表2 為檢修方案中超聲波檢修技術的應用效果。

（4）系統應用效果。本系統測試方案中的測試指標與應用效果見表1、表2。

表1 本系統檢測方案中的測試指標與應用效果

表2 檢修方案中超聲波檢修技術的應用效果

根據表1 可見，本系統在三大測試指標中均有良好表現，3 日內發現了所有故障或異常狀態，且全部判斷準確，同時每次判斷的運作速率都不超過1min，因此具有一定應用價值，可投入實際使用。

4 結語

綜上，本文對電氣設備在線監測與狀態檢修技術進行了分析，闡述了在線監測的基本概念，設計了電氣設備在線監測系統，同時對系統應用效果進行了測試，最后提出了相關檢修技術。通過分析可知，在線監測可以幫助人工實時掌握電氣設備是否存在異常或故障，隨后便于維修，能夠防范于未然，因此文中設計了電氣設備在線監測系統，經過測試確認系統應用有效。而為了保障本系統能夠準確獲取電氣設備異常或故障信息，在系統信息采集層融入了相關檢修技術，各項技術是本系統運作的支撐，希望研究成果對管理者能帶來參考幫助。