国内电气设备的故障诊断与检测技术分析.docx
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国内电气设备的故障诊断与检测技术分析
国内电气设备的故障诊断与检测技术分析
摘要
随着我国经济的发展，社会的进步，电力系统在我国国民经济中的地位越来越重要，这也就直接对电力系统的安全可靠性，提出了更高的要求，同时，我国电力系统进行了一定程度上的改革，这也就在实际情况中促使了我国各个电力运营商，必须要在满足质量要求的基础上，以最低的成本实现最终的目标，在这其中，最重要的措施之一，就是采取合理的、科学的故障诊断手段，对电气设备进行具体的检修，从而更早的对设备的隐患进行发现，提高设备的可靠性，降低运行和维修的成本。
我国电气设备的具体检修体制，大致经历了几个阶段，无论是事后维修还是预防性定期检修，亦或是状态检修，这些基本的方式都要完全的包括在其中，而对于我国的电力系统而言，当前对电气设备所采取的维修方式，主要是事后维修和预防性定期检修的方式。
早期我国所采用的事后维修方式，主要是当电气设备真正发生故障后，才对其进行具体的维修，在此时，事故基本已经造成，因此，相关部门需要承受的经济损失，往往也是最大的。
在现代设备管理要求下，事后维修仅被用在对生产影响极小的非重点设备上。
而从预防性定期检修的角度来看，其主要是一种完全以时间为基础的预防检修方式，在电厂通常会分为大修、小修两种形态，这种检修的方式保持到期必修的状态，不对被检修的电气设备状态进行考虑。
虽然这一种方式对我国电气设备的安全运行起到了很大的作用，但是，随着我国电气设备向大容量，互联网的方向进行发展，再加上用电部门要求的提高，这种较为传统的方式，如今己越来越无法适用于现实。
在这样的情况下，本文对电气设备在线监测、故障诊断的相关问题进行研究，希望能够对现实有所裨益。
关键词：
电气设备；在线监测；故障诊断
摘要………………………………………………………………………………1
第一章电气设备现状调研…………………………………………………1
1.1短路故障……………………………………………………………………1
1.2放电故障……………………………………………………………………3
1.3绝缘故障……………………………………………………………………4
第二章电气设备在线监测与故障诊断内容……………………………6
2.1电气设备在线监测与故障诊断的方法………………………………6
2.2在线监测与故障诊断的基本原则………………………………………9
2.3在线监测与故障诊断步骤………………………………………………12
2.3.1故障判断的步骤………………………………………………………12
2.3.2有无异常的判断………………………………………………………13
2.3.3故障严重性判断………………………………………………………15
2.3.4故障类型的判断………………………………………………………15
第三章电气设备检修措施…………………………………………………16
3.1加强继电保护……………………………………………………………16
3.2降低设备缺陷率…………………………………………………………19
3.3完成绝缘改造……………………………………………………………20
3.4减少短路几率……………………………………………………………20
总结………………………………………………………………………………21
参考文献………………………………………………………………………23
致谢………………………………………………………………………………26
第一章电气设备现状调研
1.1短路故障
在对问题进行研究前，需要说明本文研究的背景、意义等。
随着我国经济的发展，社会的进步，电力系统在我国国民经济中的地位越来越重要，这也就直接对电力系统的安全可靠性，提出了更高的要求，同时，我国电力系统进行了一定程度上的改革，这也就在实际情况中促使了我国各个电力运营商，必须要在满足质量要求的基础上，以最低的成本实现最终的目标，在这其中，最重要的措施之一，就是采取合理的、科学的故障诊断手段，对电气设备进行具体的检修，从而更早的对设备的隐患进行发现，提高设备的可靠性，降低运行和维修的成本。
想要解决的问题，主要是嵌入式系统的在线监测和故障判断，因此，对电气设备现状进行调研，较为必要。
为了能够更好的完成整体研究，在合理的情况下，本文运用理论分析法、文献分析法、归纳整理法等进行研究。
首先，运用文献分析法，查阅了大量关于电力设备检测与维修方面的理论内容，掌握了在现代社会背景下，合理的对电力设备检测与维修问题进行研究的相关方法，着力提升了本文的深度性。
其次，运用归纳整理法，在查阅了相关人士对电力设备检测与维修问题进行研究的文献、期刊的基础上，通过归纳整理法，重点对参考文献进行了全面的分析、整理，这也就使得本文更具理论性。
最后，运用理论分析法，在理论的基础上使本文研究具备理论依据。
从短路故障的角度来看，目前，在我国的电力工程建设施工中，各种电气设备的正常运行，是十分重要的，这是因为，电气设备能够在现实中，有效的对电力输送的具体质量进行保障。
但是，在电气设备的具体运行过程中，由于其在现实中，会受到各方面因素的影响，这也就会导致其在运行时期，出现很多问题。
毫无疑问，这些问题的发生不仅仅对人们的正常生活有着严重的影响，更可能在现实中造成经济方面损失，从而影响到现代化社会经济发展建设。
因此，我们就必须采取相关的检修措施，并在电气设备方面，对其进行维护，以此来保障我国电力行业的具体发展。
从某地区高压断路器的现状来看，其存在着一定程度上的短路故障。
高压断路器正常运行中由于受出口短路故障的影响，遭受损坏的情况较为严重。
如下图。
图1短路故障
之所以如此，主要是因为，在现实情况下，当地电力企业一味的节约其建设成本，因此，他们在对高压断路器进行检修的过程中，并没有做到对具体设备的质量和性能进行要求，这也就直接导致其在运行的过程中，往往会出现安全隐患。
而且，如果高压断路器在长期使用中，都没有得到相应的具体维护处理，那么，其也很容易出现老化、损坏、故障等等现象。
为此，对于我国电力系统而言，其必须要对高压断路器的检修进行重视。
一般来说，相关人员在对高压断路器进行维护的过程中，通常都是采用定期维护的方法，以此来对其进行具体的处理，尽可能的确保高压断路器的稳定运行。
但是，笔者认为，相关人员在对高压断路器进行具体维护处理的时候，还存在着一些问题，这必定就会使得相关的维护工作效果，根本无法得到很好的提高，这对于高压断路器而言，就相当于抹杀掉了其可靠性和稳定性，从而出现短路情况。
1.2放电故障
电气在具体电压的作用下，绝缘结构内部的气隙、油膜或导体的边缘，往往会产生一定程度上的放电现象，这种具体的现象，就是局部放电。
在高压断路器内，存在着一定的放电故障，其中，局部放电占据了主要的地位。
高压断路器刚开始，会产生一种低能量的放电，而在高压断路器内部出现这种放电时，其基本的情况往往比较复杂，同时，根据绝缘介质的不同，局部放电也能够分为两种情况，分别是气泡局部放电和油中局部放电。
此外，在很多地区的高压断路器内，根据基本绝缘部位进行划分，其中，主要存在着有固体绝缘中空穴、电极尖端等等，除此之外，无论是油角间隙还是油，亦或是绝缘纸板中的油隙和油中沿固体绝缘表面等处，都要完全的包括在其中。
总的来说，高压断路器之所以会出现局部放电的情况，其原因主要如下。
当油中存在着一定程度上的气泡，或者基本的固体绝缘材料中存在着空穴、空腔，在这样的情况下，由于气体的介电常数较小，所以，在一些交流电下所承受的场强高的地区，但往往会因耐压强度低于油和纸绝缘材料，从而在气隙中，引起放电。
再从现实情况中外界环境条件的影响来看。
高压断路器往往会由于油处理不彻底下降，从而使油中析出了气泡，这些原因，都会直接的引起放电。
金属部件或导电体之间接触不良而引起的放电。
虽然对于局部放电来说，其能量密度不大，但是，如果进一步的发展，将会直接的形成放电的恶性循环，最终，直接导致设备的击穿、损坏情况，从而引起事故。
很多地区内的高压断路器都存在着具体的放电故障，而从其基本的特征来看，放电所产生的气体，根据放电能量的不同，存在着不同的形态。
如果具体的放电能量密度，在一定限度之下，那么，其主要成分，基本就是氧气，其次，是甲烷，而当放电能量密度高于限度之上时，氧气就开始相应的降低，而出现乙烷，但乙炔在整体内所占的比例，往往不到局部放电的范畴，这也是局部放电区别于其他放电现象的主要标志。
随着国内外高压断路器故障诊断技术的发展，人们在现实情况下，也越来越认识到，对于局部放电来说，其基本上是变压器诸多有机绝缘材料故障和事故的根源，因此，国内外都出现了多种基本的测量方法，同时，也能够进行离线测量。
1.3绝缘故障
在这一部分，以我国日照地区110KV电网变压器为例，对基本的绝缘故障进行分析。
从具体的实例来看，我国日照地区110KV电网变压器的现状，还存在着一定程度上的绝缘故障。
对于我国而言，应用最广泛的电网变压器，分别是油浸变压器和干式树脂变压器两种，而对于电力变压器的绝缘来说，其也就是变压器绝缘材料组成的绝缘系统，它可以说，是变压器正常工作和运行的基本条件。
详细的说，变压器的使用寿命，基本是由绝缘材料（也就是油纸或树脂）的寿命而决定的。
实践证明，国内大多数变压器的损坏和故障，基本都是因为绝缘系统出现了损坏。
所以，想要保护变压器的正常运行，必须要加强对绝缘系统的维护，这也能够在很大程度上，对变压器的使用寿命进行保障。
日照地区110KV电网变压器的类型为油浸变压器，因此，需要对其绝缘系统进行维护，延长其使用寿命。
除此之外，线路设计不合理，也是电气嵌入式设备出现绝缘故障的具体原因之一，也是根本的问题之一。
在实际的搭设电路的过程中，线路的具体设计是十分重要的。
这其中包括是否存在计量装置是否合理、准确，电气嵌入式设备是否老旧，电气嵌入式设备容量安装点、供电半径、导线截面是否合理等等的问题，一旦线路设计不合理，那么也会影响着其具体的供电流量，而计量装置出现问题，也会直接导致电气嵌入式设备出现绝缘故障。
除此之外，三相负荷不对称也是一个重要的问题。
总而言之，以线路设计为代表的线路、设备方面的问题，有可能职级导致线路频繁出现绝缘故障的情况，这一点必须要得到相关部门的重视。
第二章电气设备在线监测与故障诊断内容
2.1电气设备在线监测与故障诊断的方法
本文在对现代电力系统设备检修体制进行具体分析的基础上，尝试对电气设备实行在线监测与故障诊断的方法进行明确，同时，以高压断路器为研究对象。
高压断路器是电力系统中重要的电气设备，在电网中能够起到整体的控制、保护作用，因此，高压断路器的可靠性运行对于整体电力运行而言，十分重要。
目前，我国针对高压断路器等等电气设备，仍然实行了定期的检修制度，其具备着较大的盲目性，同时，很容易引入新的故障隐患，同时，对设备的可靠性进行降低。
因此，相关人员必须要在合理的情况下，明确电气设备在线监测与故障诊断的方法，对高压断路器状态实行具体的在线监测，实时监测断路器的运行状态，并为设备的状态检修提供依据。
而对于电子设备在线监测、故障诊断的方法而言，国内外都对其进行了一定程度上的研究，但是，却都还没能够得出明确的结论。
先从国外的相关研究来看，国外学者对电气设备状态监测与故障诊断技术方法的研究，主要始于60年代。
当时，很多发达国家都对电气设备状态监测较为重视，在这其中，美国充当了领军者的角色。
作为开发设备诊断技术、方法最早的国家，早在1967年4月，美国政府就授权美国宇航局，使其能够领导美海军研究室，对美国机械故障预防小组进行成立。
到了1976年，美国西屋公司开始对以计算机为基础的发电厂设备诊断系统进行开发，80年代，向相关的电力部门展示了一套以微处理器为核心的发电机诊断系统，这也标志着电气设备监测的开端。
除此之外，欧洲的一些工业国家也凭借着自己强横的综合国力，开始对电气设备诊断技术进行研究和开发，这也就使得电气设备在线监测与故障诊断的方法有了一定的进展。
国外对电气设备进行检测、诊断的方法各具自身特色。
例如，丹麦公司创新式的凭借自身的声学领域优势，开创了振动检测诊断技术；瑞典的公司凭借自身在红外测温技术方面的优势，创造了相关的方法，使其基本的红外热像仪广泛地应用在了电力部门，甚至支持带电部件及输电线测温，除此之外，瑞典妙仪表公司的轴承监测技术，也需要完全的包括在其中。
再从国内的相关研究来看，按照国际大电网会议于1990年发表的关于电气设备绝缘诊断技术的综述性报告，其对这一领域截止80年代末的所有研究成果都进行了系统的总结，其中，中国的基本研究位列与其中。
我国的设备诊断技术研究开发从70年代末期开始，到了80年代处，国内的很多大专院校，科研所等，都对电气设备诊断技术的开发进行了具体研究，同时，取得了很多的成果。
其中，北京电力科学研究所与清华大学、陡河电厂进行了具体的联合，对大型汽轮发电机振动监测和故障诊断系统进行了具体的开发。
此外，中国华中理工大学对汽轮发电机组地寿命管理和故障诊断专家系统进行了开发，其甚至可以对各种机组的振动故障进行诊断。
华北电力科学院利用美国公司电动机诊断软件，对电动机诊断专家系统进行了开发，在电厂实测台电动机，其准确度甚至高于东北电力科学研究院研制成功变压器油色谱在线监测装置，武汉高压研究所成功的研制了变压器局部放电诊断装置，上述研究成果，都获得了广泛的运用。
随着我国经济近几年的快速发展，红外线监测技术也开始在全国的电力系统中获得了广泛运用。
另外，人工智能的诊断技术，也开始逐步的运用到了电力设备的故障诊断过程中。
从国内外的应用实践来看，我们能给明确一点，对于电气设备来说，无论是基本的在线监测，还是具体的故障诊断，其都能够实时的对电气设备的运行状况进行掌握，同时，明确电气参数的基本特性，对突发性故障的发生进行减少，提高电气设备的安全可靠性和运行效益，对电气设备的强迫停运率进行降低，减少电气设备的维修成本和寿命周期费用，最终，对电气设备的使用寿命进行延长，增加电力系统的经济效益。
但是，由于电气设备的在线监测与故障诊断技术存在着一定的难度，因此，无论是国内还是国外，除个别项目外，大都还不成熟，仍处于研究发展阶段。
在现有的研究中，笔者对电气设备在线监测与故障诊断方法进行了归纳，针对我国大多数地区110KV高压断路器的基本情况，对其检修内容进行分析。
其中，涉及到的主要检测方法如下：
第一，运用电气油色谱，分析高压断路器是否存在异常。
第二，对高压断路器绕组的直流电阻进行检测。
第三、对高压断路器铁心的绝缘电阻和铁心接地电流进行检测。
第四，对高压断路器的空载损耗进行检测。
第五，在高压断路器的运行过程中，进行局部放电跟踪监测。
第六，运用红外测温仪器，在高压断路器的运行中进行检测。
从实际的案例来看，2015年12月，北京的房山变电站大房线线路电抗器使用宁波理工监测有限公司的MGA2000-6型变器色谱在线监测系统，进行油屮溶解气体在线监测。
其工作的主要原理，是油栗使油进入气体采集器，经过毛细管采用分离出的气体在内置微型气体作用下，通过电磁六通阀定量管定量，然后在载气作用下进入色谱柱分离，分离后的组份经N型半导体气敏检测器把气体组分的浓度变为电讯号输出，由数据处服务器的标定数据进行定量分析和计算，从而实现变器故障的在线监测。
基本的数据反馈如下表：
表1在线监测
调度号
日期
状态
H2
CH4
C2H4
C2H6
2015.12.1
离线
1.0
0.4
0.1
0.1
在线
0.9
2.5
0.3
0.2
大房一线B相
2015.12.8
离线
2.5
1.5
4.2
0.7
在线
2.8
1.6
4.3
0.9
2015.12.15
离线
6.5
4.4
1.4
2.7
在线
6.7
4.6
1.5
2.9
2.2在线监测与故障诊断的基本原则
对于在线监测与故障诊断来说，其存在这一定程度上的基本原则。
首先，想要对电气设备进行在线监测、故障诊断，必须要对较为可靠的制度进行建立。
在线监测、故障诊断本身就是是根据现今情况的不完善产生的。
而关于电气设备的在线监测、故障诊断，就是根据如今电气设备监测不力的情况而制定的。
而这种具体的方法，无论针对任何地区，只要有电气设备，都应该坚守此目标。
在电气设备的在线监测、故障诊断过程中，建立可靠制度，无疑是其中较为关键的一点，也是应该重点进行理解的。
对于制度来说，无论在什么部门与企业，制度都很重要，尤其是对于电气设备监测、故障诊断工作来讲，制度是基础中的基础。
此外，对电气设备进行在线监测，制度也是对其效果进行保障的最有效手段。
所以，对电气设备进行在线监测、故障诊断，必须要遵循核相关的制度，将其引为基本原则。
在现实情况中，相关领导首先要对现有的奖惩制度原则进行完善，以此来积极的调动检修人员的积极性。
再者，相关管理人员还必须要合理的建立巡检制度，对各个环节的检修情况进行定期的检查，特别是易出故障的重要地区，管理人员必须要对其进行特别的状态检修，一旦出现问题，相关人员必须要及时的上报，从而保障最佳的补救时间。
其次，对于电气设备在线监测、故障诊断来说，做好检查工作，也是基本的原则之一。
换句话说，想要合理的对电气设备进行监测、诊断，就必须要做好整体的检查工作。
这是因为，检查工作，是故障诊断过程中必要的手续。
在实践的过程中，对电气设备进行监测，做好检查工作是势在必行的。
而想要做到这一点，一方面来讲，应该对相关的技术人员变动作出及时的检查，再者，对于各个电力系统的电气设备，应该全天性的进行在线监测。
总的来说，检查工作是电气设备在线监测、故障诊断过程中的最大保障。
再次，对电气设备进行在线监测、故障诊断，还要求相关的技术人员必须要加强意识，相关的部门也需要在提高操作人员的技能水平基础上，提高操作人员及管理人员的责任心和综合素质。
第一，应该要进行技能培训，更多的聘请理论知识过硬的专业人才，对现有的工作人员进行知识的讲解，同时，还需要请实践技能过强的人才来加强操作人员的实践操作能力，这样才能够更好的运用先进的技能，以此来进行变电运行的维护措施。
第二，领导还必须加强对操作人员及管理人员综合素质的培养，使其对工作的态度，更上一层楼，从而减少事故的发生。
第三，想要防止电气设备出现问题，保证电力系统的安全，就必须要提升技术人员的意识。
而提高技术员意识，就应该是电气设备在线监测、故障诊断过程中最大原则之一。
电气设备技术人员是直接实施在线监测、故障诊断的群体，因此，提升技术人员自身的意识，在间接上就能直接对整个电气设备进行维护，这也能为电气设备在线监测、故障诊断的过程提供保障。
另外，在提升电气设备技术人员意识的同时，还应该加强技术人员的培训教育工作，因为技术人员的具体素质也会直接的对电气设备的在线监测情况进行影响。
由此可见，做好人员的培训工作，势在必行。
再次，进行专业性管理，也是在线监测、故障诊断的基本原则之一。
目前，很多电力企业，其具体对电气设备的管理、保养形同虚设，这就是极大的隐患。
没有专业性管理，电气设备一旦出现问题，后果不堪设想，因此，相关部门可以多花时间，多聘请具备监测、故障诊断经验的专业性人才，对电气设备进行专业性的管理。
这样就能为电气设备故障诊断的总过程再上一道保险。
最后，建立有效隐患排查制度，也是电气设备在线监测、故障诊断的原则之一。
在一般情况下，对于很大一部分部门而言，隐患排查的相关规章制度都确实存在，但是其只是建立在纸面上，并没能真正的落实，这样就会直接导致电气设备的在线监测、故障诊断处于瘫痪状态。
对于相关的措施来讲，应该在部门中建立有效的排除隐患制度并真正的落实它。
一些部门，隐患排查制度过于陈旧已经不适用于如今的电气设备在线监测、故障诊断，这也就是管理过程中最大的隐患之一。
因此，谈到电气设备在线监测、故障诊断的原则，必须要把建立排除隐患制度放到重要位置。
2.3在线监测与故障诊断步骤
2.3.1故障判断的步骤
在这一部分，立足于现实案例，研究电气设备故障判断的步骤。
从沈阳地区110KV高压断路器常规检修内容来看，需要明确其状态检测的步骤。
首先，应该明确，沈阳地区110KV高压断路器是否存在着具体的故障，如果存在故障，需要判断其性质，是电性故障还是热性故障。
沈阳地区110KV高压断路器状况也需要进行考虑，例如，基础的热点温度、故障功率等等，除此之外，无论是严重程度还是发展趋势，都要完全的包括在其中。
在这之后，需要针对沈阳地区110KV高压断路器，提出相关的反事故措施，明确其能否继续运行。
在这里，需要提到过零点时差法。
流经绝缘的电流i和绝缘两端的电压u是频率f为约50Hz的正弦波。
过零点时差法是在时域中，通过脉冲计数来测量正弦电流、电压由负变正过零点的时差ΔT，再换算为i超前u的相位差，并进而算得介质损耗角δ的一种方法。
已知正弦波的周期T=1/f，在测得过零点时差ΔT后，易知φ=2π（ΔT/T），而δ=（π/2）-=（π/2）-2π（ΔT/T）。
2.3.2有无异常的判断
判断沈阳地区110KV高压断路器是否存在故障时，不能够仅仅根据一次结果，对其进行判定，其基本的方法，是应该经过多次分析之后，将基本的分析结果以及绝对值，进行具体的比较，之后，将产气速率与产气速率的参考值作比较，如果二者具体值都超过了标准值，才能够判定其存在着故障。
具体的说，根据故障的具体现象，对故障的原因进行分析，这本身是查找电气设备故障、判断其有无异常的关键。
其基本的分析基础，是电工的相关理论，其中，相关的技术人员想要对电气设备的异常进行判断，就必须要对电气装置的具体构造、原理、性能进行充分的理解，将其与故障的实际进行结合。
在对异常进行判断时，可以运用三相不平衡电流监测。
经过相关人士的理论分析表明，与监测介质损耗因数或电容量的变化相比，监测流经绝缘电流的变化对发现绝缘缺陷更为灵敏。
然而，电流监测装置经常流过正常电流，当此电流发生微弱变化时，装置很难及时发现。
但若电流监测装置同时监测三相设备的绝缘，则设备状态正常时，三相电流平衡，流经装置的电流为零。
这种情况下，若某相绝缘出现缺陷，流经该相绝缘的电流发生微弱变化，因而出现三相不平衡电流，监测装置能很灵敏地发现此电流，从而及时发现故障。
从其基本的原理来看，电容型设备ZA、ZB、ZC分别处于三相电压A、B、C的作用下，其绝缘中流通电流A、B、C。
为了检测这些电流，在每相设备的接线处分别接入检测单元（电阻、电容或电流传感器）Za、Zb、Zc，由于其阻抗值比ZA、ZB、ZC小得多，它们的接入对流经三相绝缘的电流值几乎没有影响。
检测单元的输出电压a、b、c反映了电流A、B、C，正常情况下，这三个电压的相量和为零，即加法器无输出信号。
但当某相绝缘出现故障时，电压a、b、c的相量和不再为零，加法器有信号输出，经放大器K0放大后给出故障信息。
通常，三相设备的阻抗不会完全相同，三相电压不一定完全平衡，三相检测单元的阻抗也不会完全相同，因此在绝缘状况正常时，电压a、b、c的相量和也不一定为零。
为此，引入对称化单元一幅值调节装置KA、KB、KC，以使绝缘状况正常时加法器的输出为零。
当某相绝缘出现故障时，流经该相绝缘的电流发生变化，此时加法器的输出即为故障信息。
再者，对于110KV高压断路器来说，其故障产生的原因很多，最为重要的一点，就是在众多的原因中，找出最具核心性质的原因，并运用相关的方法，去对其基本的故障进行排除。
例如，110KV高压断路器出现了不能运转的故障，不论是什么情况，最集中的表现是高压断路器不能工作，但其基本的故障，不一定是在高压断路器上，而可能是变压器故障，也可能是电路故障或者是设备和元件故障等。
也就是说，对于一种相同的故障形式来说，其故障的具体原因往往是多种多样的。
而在这些的原因中，到底是哪个方面的原因使高压断路器完全不能运转，这无疑需要经过更加深入、更加详细的分析。
再
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