基于保護(hù)的電氣設(shè)備故障診斷分析

田　斌　殷　磊

摘要：電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷可以即時(shí)連續(xù)記錄各種影響斷路器壽命的相關(guān)數(shù)據(jù)，以及早發(fā)現(xiàn)故障隱患，實(shí)現(xiàn)基本的狀態(tài)維護(hù)。在分析了微機(jī)繼電保護(hù)裝置和電氣設(shè)備故障診斷的發(fā)展和現(xiàn)狀，提出了把故障診斷這一功能嵌入到微機(jī)保護(hù)裝置中，并以高壓斷路器為研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，診斷，保護(hù)的集成化。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；故障診斷；監(jiān)測(cè)；保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP321

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198(2009)09-0307-02

1監(jiān)測(cè)、診斷和保護(hù)集成

集成化的概念來(lái)源于集成電路，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為控制與自動(dòng)化的發(fā)展方向之一，即通過(guò)硬件集成、軟件集成、技術(shù)集成，系統(tǒng)集成，可實(shí)現(xiàn)功能集成?；诩苫乃枷?，作為控制命令的執(zhí)行者一高壓斷路器，其控制、保護(hù)與高壓斷路器的監(jiān)測(cè)、診斷更容易實(shí)現(xiàn)硬件集成。它主要以電壓、電流波形參數(shù)作為分析的對(duì)象的高壓斷路器失靈保護(hù)、遠(yuǎn)跳就地判據(jù)、三相不一致保護(hù)以及高壓斷路器電壽命狀態(tài)監(jiān)測(cè)等可以共用一塊電流、電壓采集板，減少硬件。

電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、診斷與繼電保護(hù)、故障測(cè)距或故障錄波都是反映電網(wǎng)或電力設(shè)備的狀態(tài)。只是反映的時(shí)刻不同，繼電保護(hù)是當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，通過(guò)對(duì)故障前后數(shù)據(jù)的分析、比較，做出跳閘、報(bào)警并快速切除故障故障測(cè)距或故障錄波是在故障后，通過(guò)對(duì)故障數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算來(lái)確定故障的位置或故障類型、故障時(shí)間監(jiān)測(cè)、診斷則是在故障發(fā)生前，對(duì)表征電廠或電力設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，來(lái)確定設(shè)備的健康狀態(tài)。繼電保護(hù)與監(jiān)測(cè)、診斷的這種內(nèi)在關(guān)系的實(shí)現(xiàn)是集成化的基礎(chǔ)。監(jiān)測(cè)、診斷系統(tǒng)與繼電保護(hù)可以有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。

2微機(jī)繼電保護(hù)

2.1硬件結(jié)構(gòu)

微機(jī)繼電保護(hù)一般由三大部分組成：模擬量輸入系統(tǒng)、CPU、數(shù)字量輸入輸出系統(tǒng)。其中模擬量輸入系統(tǒng)包括電壓形成、濾波(ALF)、采樣／保持(S／H)和模數(shù)(A／D)轉(zhuǎn)換等功能模塊，主要完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換功能；CPU主系統(tǒng)包括微處理器(CPU)、只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和定時(shí)器等等，執(zhí)行存放存儲(chǔ)器中程序，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成各種幾點(diǎn)保護(hù)的功能；數(shù)字量輸入輸出系統(tǒng)由若干適配器、光耦及中間繼電器等組成，完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)報(bào)警及其人機(jī)對(duì)話等功能。其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示；

在上電或總復(fù)位后，通過(guò)初姑化和全面自檢，然后開(kāi)放中斷，此后微機(jī)保護(hù)裝置便正常運(yùn)行在主程序的運(yùn)行狀態(tài)子程序中此時(shí)將不斷地進(jìn)行通用和專用自檢項(xiàng)目的檢查、正常運(yùn)行狀態(tài)本線路負(fù)荷參數(shù)和電網(wǎng)參數(shù)的檢測(cè)，當(dāng)保護(hù)感受故障跳閘后，還進(jìn)行故障測(cè)距程序計(jì)算。

3電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷

設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)不等于狀態(tài)監(jiān)測(cè)。設(shè)備狀態(tài)在線診斷是以在線監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)故障的類型、位置、嚴(yán)重程度及原因作出判斷，并預(yù)測(cè)出設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行的壽命，并給出建議的維修策略及方法。設(shè)備狀態(tài)的故障診斷也不等于設(shè)備狀態(tài)在線診斷。設(shè)備狀態(tài)故障診斷是根據(jù)某一時(shí)刻在線監(jiān)測(cè)的特征量與前面監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行縱向比較分析，與同類設(shè)備或同一設(shè)備不同相在線監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行橫向比較，并結(jié)合歷年離線檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等，對(duì)故障類型、嚴(yán)重程度及原因等作出綜合判斷，進(jìn)而作出維修策略及方法。

3.1在線故障診斷

PT、CT故障主要是PT、CT斷線告警。微機(jī)保護(hù)裝置通過(guò)采集各相線電壓，各相線電流，通過(guò)一定邏輯判斷，就可以實(shí)現(xiàn)在線診斷。

3.2電纜絕緣

直流疊加法是借助電抗器將直流電壓在線疊加于電纜絕緣，即直流電源經(jīng)電抗器連接于三相導(dǎo)線，并由并聯(lián)電容來(lái)免除交流高壓對(duì)直流電源的影響，通過(guò)測(cè)量流過(guò)絕緣不高，仍能真實(shí)反映絕緣的實(shí)際情況。用直流疊加法測(cè)得的電纜絕緣電阻大于100M時(shí)絕緣良好，小于10M時(shí)絕緣不良，這分別相應(yīng)于電流為10nA、1000nA左右，可用微電流測(cè)量裝置測(cè)量。復(fù)合判斷法由于絕緣狀態(tài)與其特性參數(shù)間的統(tǒng)計(jì)分散性，僅用一種方法來(lái)診斷絕緣，會(huì)有漏判和虛警的可能。采用幾種方法，互相配合進(jìn)行復(fù)合診斷可提高診斷的正確性。采用包含直流疊加法以及tg8占的復(fù)合診斷，對(duì)不良電纜診斷準(zhǔn)確率高達(dá)100％。根據(jù)測(cè)量裝置的難易程度現(xiàn)場(chǎng)的干擾情況，采用包含直流疊加及tg8的復(fù)合診斷是較好的選擇。

3.3故障診斷與危機(jī)保護(hù)集成

在微機(jī)繼電保護(hù)裝置現(xiàn)有硬件平臺(tái)基本不變的基礎(chǔ)上，加入故障診斷的功能，重點(diǎn)在于在軟件中嵌入故障診斷知識(shí)庫(kù)。知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的來(lái)源有兩種途徑，一種是通過(guò)理論研究建立被研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)實(shí)際模型進(jìn)行仿真。但由于這種方法很難建立實(shí)際對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，以及所建立的數(shù)學(xué)模型求解困難，因此這種方法只能定性的分析出故障診斷的基本規(guī)則，另一種方法就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取各種故障波形，研究各種故障下的輸出，總結(jié)判別這些故障的規(guī)則。另外，知識(shí)庫(kù)中還應(yīng)有各種情況下，斷路器開(kāi)合負(fù)載短路電流時(shí)的各個(gè)參數(shù)的正常波形。這樣，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)斷路器每次開(kāi)合的參數(shù)波形，并分別與正常波形和故障波形進(jìn)行比對(duì)，從而判斷斷路器是否出現(xiàn)故障，以及故障的嚴(yán)重程度。

4結(jié)論

繼電保護(hù)裝置是在電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能夠迅速而有選擇性地切除故障元件，從而保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)未來(lái)趨勢(shì)是向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展，電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷是設(shè)備檢修的發(fā)展方向。是運(yùn)用綜合性的技術(shù)手段，掌握設(shè)備狀態(tài)，預(yù)測(cè)設(shè)備故障發(fā)生、發(fā)展情況，借助技術(shù)分析，進(jìn)行檢修決策和管理的一種先進(jìn)的設(shè)備檢修模式?？紤]把故障診斷這一功能嵌入到微機(jī)保

護(hù)裝置中，實(shí)現(xiàn)診斷與保護(hù)的集成化，既達(dá)到了降低裝置造價(jià)的目的，也節(jié)省了大量空間。