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

安博　肖輝　張皓

當(dāng)今社會(huì)正處于科技高速發(fā)展的時(shí)代，隨著人們?nèi)粘Ｉ詈蜕鐣?huì)需求的不斷提高，高層樓宇不斷增加以及工業(yè)廠房不斷擴(kuò)大等，越來(lái)越多的電氣設(shè)備應(yīng)用到生產(chǎn)和生活中。與此同時(shí)，規(guī)模不斷擴(kuò)大的電氣系統(tǒng)，其功能也在日益完善，復(fù)雜程度也越來(lái)越高。電氣結(jié)構(gòu)的日益大規(guī)?；约捌涓髯酉到y(tǒng)之前的錯(cuò)綜復(fù)雜，使得電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的幾率成倍增長(zhǎng)。而電力系統(tǒng)的基本元件就是電氣設(shè)備，其一旦失效將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。提高設(shè)備的可靠性，除應(yīng)提高設(shè)備質(zhì)量，還必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的檢查和維修。

早期實(shí)行的是事后維修，即設(shè)備故障后再維修，但是隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，設(shè)備故障所造成的停電損失也越來(lái)越大，事后維修無(wú)法滿足系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性的需求。其后，發(fā)展成定期試驗(yàn)和維修，即計(jì)劃維修。這種維修方式已在電力部門形成規(guī)范的體系和制度，產(chǎn)生了良好的效果。其不足之處在于：①需停電；②預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)多；③經(jīng)濟(jì)性差；④增大了不安全因素；⑤設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行中不符；⑥維修不足，設(shè)備可能在試驗(yàn)間隔期間發(fā)生故障；⑦維修過(guò)度，即使設(shè)備良好，仍需試驗(yàn)和維修，由此造成浪費(fèi)甚至損壞設(shè)備。

為了改善上述情況，發(fā)展一種以全面清晰地把握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏故障為目的的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)就成為電力工業(yè)的一個(gè)迫切的需要。

一、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)概述

電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)可概括為以下三部分：第一，狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在電氣設(shè)備的正常運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)傳感器等設(shè)備監(jiān)測(cè)、變換以及記錄特定的特征信號(hào)，并進(jìn)行分析處理，同時(shí)做好分析結(jié)果的記錄，進(jìn)而為設(shè)備故障診斷提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第二，分析診斷。通過(guò)信號(hào)分析處理，提取出最有效、最直接以及最敏感的特征信息，為故障診斷提供依據(jù)；信號(hào)分析處理結(jié)束之后，就需要進(jìn)行故障診斷，主要目的在于診斷設(shè)備的故障問(wèn)題、程度、發(fā)生的原因以及具體的部位等，同時(shí)還要起到預(yù)測(cè)設(shè)備的性能以及故障的發(fā)展趨勢(shì)的重要作用。第三，預(yù)防和處置措施。通過(guò)以上兩個(gè)環(huán)節(jié)的分析，查明故障所在以及原因之后，就需要針對(duì)具體的故障類型以及原因，采取對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行處置，并對(duì)故障的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行合理有效的預(yù)防，進(jìn)而降低故障的發(fā)生率，最終確保設(shè)備的安全正常運(yùn)行。

二、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的具體實(shí)施

（一）變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)

目前，電力行業(yè)主要采用充油式變壓器，在特殊場(chǎng)合也會(huì)采用于式變壓器或六氟化硫變壓器。國(guó)內(nèi)外對(duì)于變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)多采用局部放電監(jiān)測(cè)、超聲定位技術(shù)、紅外技術(shù)等，對(duì)于充油式變壓器，除離線、定期有效的色譜分析油中溶解氣體外，主要研究在線油中溶解氣體和微水分析技術(shù)。對(duì)于變壓器的高壓套管，則通常采用介質(zhì)損耗因數(shù)的數(shù)字化在線測(cè)量技術(shù)，對(duì)于故障較多的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)，多采用有載故障診斷在線裝置，測(cè)量觸點(diǎn)磨損及機(jī)械和電氣回路等。除此之外，油溫、線匝繞組溫度、負(fù)載電流及電壓、冷卻泵、風(fēng)扇運(yùn)行等參數(shù)也在監(jiān)測(cè)之列。變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)涉及到的主體部件為：磁路、繞組及固體絕緣、液體絕緣、氣體絕緣和冷卻系統(tǒng)等。擬診斷的故障為：過(guò)熱性故障、放電性故障、過(guò)熱兼放電故障、機(jī)械故障和進(jìn)水受潮等。常用的局部放電監(jiān)測(cè)與診斷，多采用電脈沖信號(hào)法和超聲法。油中溶解氣體組分含量的分析（DGA），首先依據(jù)溶解平衡原理，采用各種不同原理脫氣方法，如：真空、滲透膜、氣體洗脫等，將油中氣體脫出，再用分離柱進(jìn)行分離，再經(jīng)檢測(cè)器檢測(cè)（如TCD、FID等），或用不同原理的傳感器對(duì)不同組分氣體進(jìn)行檢測(cè)，最后依據(jù)國(guó)內(nèi)外通用的組分比值法或多維圖視法，結(jié)合電氣試驗(yàn)和離線定期試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析診斷出潛伏性故障。

（二）紅外診斷技術(shù)

電氣設(shè)備的紅外診斷技術(shù)是一種新興技術(shù)。它是利用帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)，采用專用設(shè)備獲取從設(shè)備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進(jìn)而判斷設(shè)備狀況和缺陷性質(zhì)的一門綜合技術(shù)。紅外檢測(cè)技術(shù)集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一體，通過(guò)接收物體發(fā)出的紅外線（紅外輻射），將其熱像顯示在熒光屏上，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況。紅外診斷技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備的早期故障缺陷及絕緣性能可作出可靠的預(yù)測(cè)，使傳統(tǒng)電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)維修提高到預(yù)知狀態(tài)檢修，這也是現(xiàn)代電力企業(yè)發(fā)展的方向。利用紅外狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)既具有遠(yuǎn)距離、不接觸、不取樣、不解體的優(yōu)勢(shì)，又具有準(zhǔn)確、快速、直觀和實(shí)時(shí)等特點(diǎn)，對(duì)提高電氣設(shè)備的可靠性與有效性，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，降低維修成本都有很重要的意義，是目前在預(yù)知檢修領(lǐng)域中普遍推廣的一種很好的手段，可使維修水平和設(shè)備的健康水平上一個(gè)臺(tái)階。

三、發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題

近十幾年間，在電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷領(lǐng)域中，圍繞著信息的獲取和信息的分析利用兩個(gè)核心問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外均進(jìn)行了大量的研究，但是，從總體上看，對(duì)信息的獲取和利用目前仍然停留在比較低的層次上。這主要表現(xiàn)在：①信息來(lái)源渠道少，普遍的是局限于單個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)，即對(duì)一種設(shè)備或一類故障，選擇一種對(duì)故障反映比較靈敏的狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)；②對(duì)同一類設(shè)備，即使針對(duì)不同類型的故障選定了多個(gè)狀態(tài)變量作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，從信息來(lái)源的渠道看是豐富了，但由于各監(jiān)測(cè)狀態(tài)量之間缺乏有機(jī)聯(lián)系，信息有序度低，不能實(shí)現(xiàn)融合處理和綜合分析，影響了對(duì)信息的分析和利用。③由于單個(gè)信息的抗干擾能力弱，容易受噪聲干擾，傳輸過(guò)程中容易產(chǎn)生失真，也成為影響其現(xiàn)場(chǎng)使用效果的主要制約因素。④單傳感器監(jiān)測(cè)完全沒(méi)有容錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，一旦傳感器出現(xiàn)故障，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就失去作用。這些客觀上都影響了電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的發(fā)展與推廣應(yīng)用。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和研究的不斷深入，能夠解決上述問(wèn)題的多傳感器技術(shù)、信息融合處理技術(shù)、人工智能技術(shù)等已取得很大的進(jìn)展，相信在不久的將來(lái)，上述問(wèn)題一定能夠得到妥善的解決。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)電氣設(shè)備的使用要求逐年增高，電氣設(shè)備的可靠性與安全性愈發(fā)被重視。要想實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的信息化、自動(dòng)化和智能化，提高電氣設(shè)備的安全性和可靠性，電氣在線監(jiān)測(cè)與設(shè)備故障診斷技術(shù)必不可少。