電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)

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1、電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)1前言1.1狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的含義電氣設(shè)備在運(yùn)行中受到電、熱、機(jī)械、環(huán)境等各種因素的作用，其性能逐漸劣化，最終導(dǎo)致故障。特別是電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)，大多為有機(jī)材料，如礦物油、絕緣紙、各種有機(jī)合成材料等，容易在外界因素作用下發(fā)生老化。電氣設(shè)備是組成電力系統(tǒng)的基本元件，一旦失效，必將引起局部甚至廣大地區(qū)的停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響?！氨O(jiān)測(cè)”一詞的含義是為了特殊的目的而進(jìn)行的注視、觀察與校核。設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)是利用各種傳感器和測(cè)量手段對(duì)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的物理、化學(xué)量進(jìn)行檢測(cè)，其目的是為了判明設(shè)備是否處于正常狀態(tài)?！霸\斷”一詞原是一醫(yī)學(xué)名詞，指醫(yī)生對(duì)收集到

2、的病人癥狀（包括醫(yī)生的感觀所感覺(jué)到的、病人自身主觀陳述以及各種化驗(yàn)檢測(cè)所得到的結(jié)果）進(jìn)行分析處理、尋求患者的病因、了解疾病的嚴(yán)重程度及制訂治療措施與方案的過(guò)程。設(shè)備的“故障診斷”借用了上述概念，其含義是指這樣的過(guò)程：專家根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)所得到的各測(cè)量值及其運(yùn)算處理結(jié)果所提供的信息，采用所掌握的關(guān)于設(shè)備的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理判斷，找出設(shè)備故障的類型、部位及嚴(yán)重程度，從而提出對(duì)設(shè)備的維修處理建議。簡(jiǎn)言之，“狀態(tài)監(jiān)測(cè)”是特征量的收集過(guò)程，而“故障診斷”是特征量收集后的分析判斷過(guò)程。廣義而言，“診斷”的含義概括了“狀態(tài)監(jiān)測(cè)”和“故障診斷”：前者是“診”；后者是“斷”。1.2狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的意義

3、電氣設(shè)備特別是大型高壓設(shè)備發(fā)生突發(fā)性停電事故，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。提高電氣設(shè)備的可靠性，一種辦法是提高設(shè)備的質(zhì)量，選用優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)工藝，優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理選擇設(shè)計(jì)裕度，力求在工作壽命內(nèi)不發(fā)生故障。但這樣會(huì)導(dǎo)致制造成本增加。此外，設(shè)備在運(yùn)行中，總會(huì)逐漸老化，而大型設(shè)備不可能象一次性工具那“用過(guò)即丟”。因此，另一方面，必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的檢查和維修，這構(gòu)成了電力運(yùn)行部門的重要工作內(nèi)容。早期是對(duì)設(shè)備使用直到發(fā)生故障，然后維修，稱為事故維修。但是，如前所述，對(duì)于大型設(shè)備，突發(fā)性事故將造成巨大損失。其后，發(fā)展成定期試驗(yàn)和維修，即預(yù)防性維修?，F(xiàn)在，定期預(yù)防性試驗(yàn)和維修已在電力部門形成制

4、度，對(duì)減少和防止事故的發(fā)生起到了很好的作用。但預(yù)防性試驗(yàn)是離線進(jìn)行的，有很多不足之處：1)離線試驗(yàn)需停電進(jìn)行，而不少重要電力設(shè)備輕易不能停止運(yùn)行。2)停電后設(shè)備狀態(tài)（如作用電壓、溫度等）和運(yùn)行中不符，影響判斷準(zhǔn)確度。3)由于是周期性定期檢查，而不是連續(xù)地隨時(shí)監(jiān)測(cè)，設(shè)備仍可能在試驗(yàn)間隔期間發(fā)生故障，即造成維修不足。4)由于是定期檢查和維修，設(shè)備狀態(tài)即使良好時(shí)，按計(jì)劃仍需進(jìn)行試驗(yàn)和維修，造成人力物力浪費(fèi)，甚至可能因拆卸組裝過(guò)多而造成損壞，即造成所謂維修過(guò)度。因此，目前正在發(fā)展以狀態(tài)監(jiān)測(cè)（通常是在線監(jiān)測(cè)）和故障診斷為基礎(chǔ)的狀態(tài)維修。其基本原理可簡(jiǎn)述如下。設(shè)備的劣化、缺陷的發(fā)展雖然具有統(tǒng)計(jì)性，發(fā)展

5、的速度也有快慢，但大多具有一定的發(fā)展期。在這期間，會(huì)產(chǎn)生各種前期征兆，表現(xiàn)為其電氣、物理、化學(xué)等特性發(fā)生少量漸進(jìn)的變化。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和各種傳感技術(shù)的發(fā)展，可以對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行在線的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)取得各種即使是微弱的信息。對(duì)這些信息進(jìn)行處理和綜合分析后，根據(jù)其數(shù)值的大小及變化趨勢(shì)，可對(duì)設(shè)備的可靠性隨時(shí)作出判斷和對(duì)設(shè)備的剩余壽命作出預(yù)測(cè)，從而能早期發(fā)現(xiàn)潛伏的故障，必要時(shí)可提供預(yù)警或規(guī)定的操作。狀態(tài)監(jiān)測(cè)（在線監(jiān)測(cè)）與故障診斷技術(shù)的特點(diǎn)是可以對(duì)電氣設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行連續(xù)或隨時(shí)的監(jiān)測(cè)與判斷，故可避免上述預(yù)防性試驗(yàn)的缺點(diǎn)。在線監(jiān)測(cè)和離線試驗(yàn)也不是對(duì)立的，而是相輔相成

6、的。如在線監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)事故隱患后，必要時(shí)在離線狀態(tài)下進(jìn)行更為徹底的全面檢查。采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)后，可以使預(yù)防性維修向預(yù)知性維修即狀態(tài)維修過(guò)渡，從“到期必修”過(guò)渡到“該修則修”。狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)有很大的難度。潛伏性故障前期征兆的信號(hào)通常極為微弱，而運(yùn)行條件下現(xiàn)場(chǎng)又存在強(qiáng)烈的電磁干擾。因此，抑制各種干擾，提高信噪比是在線監(jiān)測(cè)中首先必須解決的難題。此外，監(jiān)測(cè)到的各種特征量和設(shè)備的狀態(tài)通常也不是一一對(duì)應(yīng)的，而具有錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。如果說(shuō)離線的預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果的分析，已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗(yàn)，據(jù)此可以制訂出相應(yīng)的規(guī)程推廣施行（當(dāng)然也需要根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷加以修訂補(bǔ)充）；那么對(duì)于在線診斷現(xiàn)在則

7、仍處于研究試行、積累經(jīng)驗(yàn)的階段。發(fā)展在線診斷技術(shù)，既需對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)及其老化機(jī)理有深入的了解，也需應(yīng)用傳感、微電子等高新技術(shù)。它是具有交叉學(xué)科性質(zhì)的一門新興技術(shù)，有重大的學(xué)術(shù)意義，也有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。1.3狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的發(fā)展概況國(guó)外對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究，始于60年代。各發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視。但直到70~80年代，隨著傳感、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，設(shè)備在線診斷技術(shù)才真正得到迅速發(fā)展。加拿大、