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浅谈电气设备状态监测与故障诊断技术应用
2011-05-12 16:52:08 来源:《数字技术与应用》 作者:薛红卫 【 】 浏览:3585次 评论:0
  摘 要:电气设备是电力系统的基本单元,一旦失效将造成巨大的经济损失和社会影响。对电气设备的潜伏性故障的早期、连续监测,与离线检测相结合,进行综合分析,预测设备可能发生的故障,以期做到预知维修和有效维修,将对电力设备的运行起到重要的安全保障作用。本文论述了在电气设备状态监测与故障诊断中应用的技术与方法。
  关键词:电气设备 状态监测 故障诊断
  
  电力工业的电气设备包括变压器、各种类型的开关(断路器)装置、避雷器、绝缘套管以及电缆等。电气设备的异常或故障将危及电力系统的安全、稳定、经济运行,因此,以全面清晰地把握设备运行状态、发现设备潜伏故障为目的的电气设备状态监测与诊断技术就成为电力工业的一个迫切的需要。[1]同时,电气设备的状态监测与故障诊断也是改革电气设备维护保养体制、实施状态检修的基础。状态监测与故障诊断的核心在于如何准确地获取设备的状态信息和如何有效地利用所获取的信息。
  
  1、状态监测与故障诊断技术的概念
  监测与诊断系统包括以下基本单元:(1)信息检出单元。由传感器检出反映待测设备状态的物理量(特征量)并将其转换为合适的电信号。(2)数据采集单元。对传感器变送来的信号进行预处理,主要是抑制干扰,然后进行A/D转换及采集记录。(3)信息传输单元。将采集信息传送到后续单元。对于固定式装置,因数据处理单元远离现场,故需配置专门的信息传输单元。对便携式装置,只需对信号进行适当的变换和隔离。(4)数据处理单元。对采集的数据进行处理和分析,例如抑制干扰、提取特征值,为诊断提供有效数据。(5)诊断单元。对处理后数据及历史数据、判据、规程以及运行经验等进行分析比较,对设备状态及故障部位作出判断,为采取进一步的措施提供依据。
  
  2、状态监测与故障诊断技术的方法
  2.1 发电机的状态监测与故障诊断技术
  对发电机的状态监测和故障诊断,目的是在初始阶段检测出发电机缺陷,以有计划地安排检修,减少停机,避免事故发生;在服役期延长发电机平均无故障时间和缩短平均修理时间,降低发电机维修费用,提高可用性。目前,国内外发电机的状态监测,主要是通过发电机光纤测漏仪(FOVM)、发电机状态监视器(GCM)、发电机射频监视仪(RFM)进行。在运行中,这些监视系统可以对发电机内部的故障进行监测和报警,引起工作人员重视,指导操作人员适当调整负荷,确定是否停机,预知维修。对氢冷发电机,国内外也在开展研究,利用化学痕量分析方法检测氢气中杂质组分从而诊断设备故障。发电机状态监测与诊断系统需要观测和采集运行状态下许多电气、机械和物理化学的数据与特性,建立正确的数据处理系统,给出运行异常和存在缺陷的信息,根据早期征兆进行故障预报,采用计算机故障模糊专家系统进行诊断和趋势分析,并提出检修方案。发电机故障诊断系统拟诊断的故障包括:定子线圈及引出线类故障;定子引出线套管类故障;定子绝缘类故障;定子绕组振动类故障;定子铁心类故障;转子绕组类故障;转子绝缘类故障;转子本体及护环类故障;氢系统故障;油系统故障;水系统故障。[2]发电机的故障诊断系统,通过对发电机运行过程与状态参数分析及检修、试验的结果,无损探伤、电气绝缘检查结果的分析,综合进行故障诊断。
  2.2 变压器的状态监测与故障诊断技术
  电力工业主要采用充油式变压器,在特殊场合也采用干式变压器或六氟化硫变压器。目前,国内外对于变压器的状态监测,多采用局部放电监测、超声定位技术及红外技术,对于充油式变压器,除离线、定期有效的色谱分析油中溶解气体外,主要研究应用在线油中溶解气体和微水分析技术。对于变压器的高压套管,通常采用介质损耗因数的数字化在线测量技术,对于故障较多的有载调压开关,采用有载故障诊断在线装置,测量触点磨损及机械和电气回路等。除此之外,油温、线匝绕组温度、负载电流及电压、冷却泵、风扇运行等参数也在监测之列。变压器状态监测涉及到的主体部件为:磁路、绕组及固体绝缘、液体绝缘、气体绝缘和冷却系统。拟诊断的故障为:过热性故障、放电性故障、过热兼放电故障、机械故障和进水受潮等。常用的局部放电监测与诊断,多采用电脉冲信号法和超声法。油中溶解气体组分含量的分析(DGA),首先依据溶解平衡原理,采用各种不同原理脱气方法,如:真空、渗透膜、气体洗脱等,将油中气体脱出,再用分离柱进行分离,再经检测器检测(如TCD、FID等),或用不同原理的传感器对不同组分气体进行检测,最后依据国内外通用的组分比值法或多维图视法,结合电气试验和离线定期试验结果,综合分析诊断出潜伏性故障。
  2.3 红外诊断技术
  红外检测技术集光电成像技术、计算机技术、图像处理技术于一体,通过接收物体发出的红外线(红外辐射),将其热像显示在荧光屏上,从而准确判断物体表面的温度分布情况。红外诊断技术对电气设备的早期故障缺陷及绝缘性能可作出可靠的预测,使传统电气设备的预防性试验维修(预防试验是20世纪50年代引进前苏联的标准)提高到预知状态检修,这也是现代电力企业发展的方向。利用红外状态监测和诊断技术即具有远距离、不接触、不取样、不解体,又具有准确、快速、直观和实时等特点,对提高电气设备的可靠性与有效性,提高运行经济效益,降低维修成本都有很重要的意义,是目前在预知检修领域中普遍推广的一种很好的手段,可使维修水平和设备的健康水平上一个台阶。带电设备的红外诊断技术是一门新兴的学科。它是利用带电设备的致热效应,采用专用设备获取从设备表面发出的红外辐射信息,进而判断设备状况和缺陷性质的一门综合技术。它可以在-20—2000的宽量程以内的分辨率检测电气设备的热致故障,揭示出如导线接头或线夹发热,以及电气设备中的局部过热点等等。
  
  3、结语
  综上所述,发电机、变压器类电气设备的状态监测和故障诊断技术,可以迅速、连续地反映设备的运行状态,预示运行设备存在的潜伏性故障,提出处理措施,不同程度地延长设备的服役期,减免不必要的维修干扰,大大降低运行成本,易实行自动化和科学化设备管理,是保障电力设备安全经济运行的有力措施,应大力推广。[3]然而,该技术毕竟为新兴的多学科高新技术,其发展和实施还存在许多困难,距离替代预防性定期检修还有较长历程。所以,既要积极开发、推广这一技术,也要客观对待,避免盲从,在使用过程中,要不断总结经验,完善系统,使该技术为电力生产安全服务。
  
  参考文献
  [1] 赵秀山,谈克雄.在线监测用电流传感器的研究[J].清华大学学报(自然科学版),1995,35(2):122-127.
  [2] 王航.谈克雄.用小波提取局部放电信号[J].清华大学学报(自然科学版),1998,38 (6):33-36.
  [3] 李剑,孙才新. 局部放电识别中分数维分布的研究[J].高压电器,2001,37(2):18-20.
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Tags:电气设备 状态监测 故障诊断 责任编辑:草木含羞

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