電氣設備維護管理系統中的變壓器健康評估與維護決策支持

［摘 要］電氣設備維護管理系統在現代工業中起著至關重要的作用。變壓器是電力系統的核心組成部分之一，其健康狀態對電力系統的穩定運行至關重要。文章分析了電氣設備維護管理系統的設計特點，著重關注了變壓器健康評估與維護決策支持。討論了變壓器健康評估的難點和挑戰，以及在電氣設備維護管理系統中采用的有效策略。通過案例分析介紹了某華南化工廠變壓器健康評估項目的實際應用，以期為未來電氣設備維護管理系統的發展提供參考和借鑒。

［關鍵詞］電氣設備；維護管理系統；變壓器；健康評估

［中圖分類號］TM63 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）02–0156–03

1 電氣設備維護管理系統的設計特點

1.1 遠程操作與控制

電氣設備維護管理系統（圖1）具備遠程操作功能，維護人員可通過遠程手段進行診斷和控制。通過遠程操作，維護人員可診斷設備問題，包括監測設備運行狀態、收集實時數據以進行分析，并通過遠程界面獲得故障診斷信息，使問題的識別和解決更加高效，減少了對現場維護的依賴。系統支持遠程調整設備參數的功能。維護人員可遠程對設備進行參數設置和調整，不僅提高了操作的便捷性，還有助于優化設備的性能，以滿足特定需求或適應不同工作條件。

1.2 數據分析與預測維護

在數據分析與預測維護方面，系統利用先進的大數據分析技術，收集和分析設備的各項運行參數、性能指標及歷史故障數據。系統能夠識別設備運行中的潛在問題和趨勢，預測可能發生的故障，并事先制訂預防性維護計劃。這種預測性的維護方法不僅有助于提前發現潛在故障，降低設備損壞的風險，同時也能夠最大程度地減少設備停機時間，提高生產效益。

1.3 多層次權限管理

電氣設備維護管理系統的設計特點之一是多層次權限管理。該設計方案能夠確保系統操作的安全性和合規性。系統中實施了分級的權限管理，將用戶分為不同層次，并為每個層次分配特定的權限。系統設有管理員級權限，僅限于少數高級用戶，可對整個系統進行全面管理和配置。在多層次權限管理系統中，權限的分配應基于用戶的職責和需要。這種細分可提高系統的可控性，確保每個用戶都在其職責范圍內操作，同時降低了潛在的濫用風險。

2 電氣設備維護管理系統的功能

2.1 溫度控制

在電氣設備維護管理系統中，對變壓器的健康監控至關重要，尤其是溫度控制。變壓器內部的溫度直接影響其運行效率和壽命，高溫可能加速絕緣材料的老化。變壓器中的絕緣材料，如絕緣油和絕緣紙，對于保持其功能至關重要。溫度升高會導致這些材料的物理性質發生變化，進而降低其絕緣性能，增加故障發生的風險。溫度的持續升高可能導致熱膨脹，這種膨脹可能對變壓器的內部結構造成應力，從而引起物理損傷，甚至可能導致漏油等問題。維護管理系統需要集成高效的溫度監控機制，并采取措施以防止過熱。長期的溫度監控數據對預測維護和壽命評估至關重要。技術人員可通過分析這些數據預測潛在的故障，從而在問題惡化之前進行干預。

2.2 油質監測

變壓器油承擔著絕緣和冷卻的重要職能，其不僅能隔絕電流，防止電弧的產生，還可將變壓器內部產生的熱量有效傳導和散發出去，從而保證變壓器的有效運行和使用壽命。水分是變壓器油中的主要污染物之一，其含量對于系統監測至關重要。即便是微量的水分，也能顯著降低油的絕緣強度，增加內部短路的風險。系統能夠對油中的雜質和污染物進行監測。隨著使用時間的增長，變壓器油可能會吸收空氣中的灰塵和其他污染物，或是由于設備磨損產生微小的金屬顆粒。這些雜質不僅會影響油的絕緣性能，還可能引起腐蝕，損害變壓器內部的部件。

2.3 電氣性能

系統持續監測變壓器的關鍵電氣參數，如電壓、電流和功率因數，確保變壓器在最佳的工作狀態。變壓器設計用于在特定的電壓范圍內工作。如果電壓過高或過低，都可能導致設備損壞或效率下降。系統通過實時監測電壓，確保其始終保持在安全和有效的范圍內，不僅有助于提高變壓器的效率，還能減少由于電壓異常造成的長期損耗。電流監測也同樣重要。電流的異常波動可能是內部故障或外部電網問題的跡象。監測電流可幫助識別這些問題，在其成為更嚴重的故障之前進行干預。例如，過大的電流表明變壓器過載，會導致設備過熱甚至損壞。這些監測數據可用于預測性維護。通過分析電壓、電流和功率因數等參數的長期趨勢，系統可預測潛在的故障并在問題嚴重化前進行干預。這種方法不僅減少了緊急維修的需要，還可顯著延長變壓器的使用壽命，從而保護關鍵的電氣基礎設施。

3 變壓器健康評估的難點和挑戰

3.1 數據獲取與處理難題

在電氣設備維護管理系統中，變壓器的運行數據和狀態信息通常較龐大且復雜，包括變壓器的溫度、負載、電壓和電流等多個參數。每個參數都承載著關鍵的性能信息，對變壓器健康狀況的評估至關重要。溫度數據反映了變壓器的熱狀態，對于防止過熱和預測壽命衰減至關重要。負載數據則顯示了變壓器承受的電力需求，對于評估其性能和避免過載有重要作用。電壓和電流數據則提供了變壓器運行效率和電能質量的直接證據。收集這些數據并將其轉化為有用的信息是一個巨大的挑戰。由于數據量龐大，變壓器每時每刻都在產生數據。處理這些數據需要高效且強大的數據處理系統和算法，以確保能夠從中提取有價值的信息。實時數據的處理也是一個挑戰。變壓器的數據不僅需要實時收集，而且還需要實時分析，以便于快速做出維護和干預決策。這要求數據處理系統不僅要處理大量的歷史數據，還要能夠高效地處理實時數據流。

3.2 預測和早期故障診斷困難

變壓器的故障通常具有不易察覺的潛在性和無法預測的突發性，這意味著故障可能在沒有明顯前兆的情況下突然發生，給電力系統的穩定運行帶來風險。變壓器的故障潛在性主要源于其復雜的內部結構和工作環境。例如，變壓器內部的絕緣材料老化、繞組溫度升高、油的化學穩定性變化等都是潛在故障因素，但這些變化過程慢且難以直接觀察，導致即使在進行定期檢查和維護時，也難以及時發現這些漸進性的故障跡象。突發性故障的難點在于變壓器在遭受外部沖擊時，可能會突然出現嚴重故障。這類故障通常發生迅速，也給預測和診斷帶來極大挑戰。

4 變壓器健康維護的有效策略

4.1 定期檢測與監控

變壓器應定期進行全面檢查，以確保其所有關鍵部件都處于良好狀態，包括檢查變壓器的物理結構、絕緣材料、油液狀態、冷卻系統及其他關鍵的電氣部件。全面檢查有助于及早發現由于磨損、老化或其他因素導致的問題。部署先進的傳感器技術是監控變壓器性能的關鍵。這些傳感器可測量和記錄變壓器的多種參數，對這些參數的持續監控，可實時跟蹤變壓器的運行狀況。通過持續監控和分析，一旦發現潛在的問題，如異常溫度上升或絕緣性能下降，應立即進一步的診斷和維修，以避免更大規模的故障，確保變壓器的穩定運行。

4.2 熱成像技術

熱成像技術在電氣設備維護管理系統中，尤其在變壓器健康維護中，是一項較為有效的策略。這種技術基于紅外熱像儀，能夠持續測量表面溫度分布來檢測變壓器內部的熱點問題。熱成像技術的核心是紅外熱像儀，其能夠測量物體表面溫度并生成熱像。紅外熱像儀通過探測物體表面發射的紅外輻射來測量溫度，不需要接觸物體表面，非常適合用于變壓器維護。熱成像技術能夠快速而準確地檢測變壓器內部的熱點問題。而這些熱點通常是由于變壓器內部故障引起的，如過載、絕緣損壞、接觸不良等。這些問題會導致局部溫度升高，從而在熱像上呈現出明顯的熱斑，從而清晰地觀察到易出現問題的變壓器區域。

4.3 標準化維護流程

電氣設備維護管理系統中，針對變壓器的健康維護采用了一種有效的策略，即建立一套標準化的維護流程來確保變壓器的穩定性和可靠性。維護流程包括多個關鍵步驟：①清潔。通過定期清潔，去除變壓器表面的灰塵和雜質，以維持其散熱性能。②檢查變壓器。詳細檢查各個部件的狀態，包括絕緣材料、連接器和冷卻系統等，以及時發現潛在問題。③測試。進行各種電性能和機械性能的測試，評估變壓器的整體工作狀態，以確保變壓器在正常運行條件下工作。如果在檢查和測試中發現部件存在嚴重問題或已達到壽命，需要在必要時更換部件，以提升設備的壽命和性能。

5 變壓器健康評估案例

5.1 案例名稱

案例名稱：某華南化工廠變壓器健康評估項目。

5.2 案例背景

某華南化工廠面臨電力系統效率低下和頻繁故障的問題，決定實施一項變壓器健康評估項目，旨在提高電力系統的可靠性和效率。

5.3 項目實施

該項目采用了先進的監測技術，實時跟蹤和分析變壓器的關鍵性能指標，如溫度、電壓、電流和負載率。通過安裝傳感器和數據采集系統，實現了對變壓器運行狀況的全面監控。監測數據顯示1 臺主變壓器在連續運行期間，其負載率持續超過85%，運行溫度比標準高出10℃。此外，油中溶解氣體分析（DGA）表明H2 含量異常上升，這通常是內部絕緣故障的早期指標。針對發現的問題，化工廠迅速安排了對該變壓器的專項檢修。檢修過程中發現繞組的絕緣材料出現老化，導致絕緣性能下降。及時更換了損壞的絕緣材料，并對變壓器進行了全面維護。

5.4 案例結果與效益

檢修后，變壓器的運行效率提高了約5%，同時，設備故障率顯著下降，達到了60% 的降幅。通過這項健康評估項目，化工廠顯著提高了電力系統的穩定性和可靠性，減少了由于設備故障導致的生產中斷。經濟效益方面，該項目幫助化工廠節約了約200 萬元的年度維護成本。

5.5 案例結論

該化工廠的變壓器健康評估項目成功地提高了關鍵電氣設備的運行效率和可靠性，減少了維護成本，確保了生產的連續性，為類似工業環境提供了一個有效的設備管理和維護的案例。

6 結束語

電氣設備維護管理系統在電力系統的穩定性和可靠性方面發揮著重要作用，特別是對于變壓器的健康評估與維護決策支持、。未來，期待更先進的數據分析技術、智能算法和預測模型的應用，以進一步提高電力系統的維護效率和性能。

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