電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修技術(shù)探析

張曉峰

（合肥科建建筑工程施工圖審查有限公司，安徽 合肥 230000）

1 電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用方案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)大體可分為三個(gè)步驟，分別為信息采集層、信息處理層、應(yīng)用終端層設(shè)計(jì)，各步驟具體內(nèi)容如下。

（1）信息采集層設(shè)計(jì)。信息采集層主要采用傳感器來實(shí)現(xiàn)，傳感器設(shè)備能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)進(jìn)行全面檢測(cè)，且傳感器本身也能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作，滿足在線監(jiān)測(cè)需求。但在設(shè)計(jì)中，為了保障采集信息完整、準(zhǔn)確，必須注重傳感器選型工作，該項(xiàng)工作有兩大要點(diǎn)：①傳感器性能必須滿足要求，尤其是信息采集速率及精度；②全面分析電氣設(shè)備異常狀態(tài)、常見故障特征，根據(jù)特征來選擇傳感器類型，如當(dāng)電氣設(shè)備處于異常狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生異常振動(dòng)，其振頻、振幅都異于以往，這時(shí)就要選擇振動(dòng)傳感器來采集設(shè)備振動(dòng)信息，或者當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部電阻過大可能導(dǎo)致電路燒毀時(shí)，其內(nèi)部溫度會(huì)大幅增長(zhǎng)，這時(shí)就要選擇溫度傳感器來采集相關(guān)信息。總體而言，傳感器類型應(yīng)當(dāng)覆蓋所有異常狀態(tài)、常見故障的特征，如有缺陷需要及時(shí)彌補(bǔ)。

（2）信息處理層設(shè)計(jì)。首先，為了保障信息采集層能與信息處理層進(jìn)行信息交流，需要在兩者之間安裝換能器，這樣能夠?qū)⑿畔⒉杉瘜硬杉碾娦盘?hào)信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)格式，只有這種格式才能被信息處理層接受、讀取、分析。其次，在信息處理層設(shè)計(jì)中，該層由推理機(jī)與知識(shí)庫組成，因此設(shè)計(jì)主要側(cè)重于兩者：①推理機(jī)設(shè)計(jì)，主采用自動(dòng)推理機(jī)程序設(shè)計(jì)方法，在其中設(shè)置混合推理邏輯，該邏輯會(huì)先根據(jù)原始信息進(jìn)行正向推理，隨后提出假設(shè)，再通過反向推理，在原始信息中找到可支撐假設(shè)信息的證據(jù)，如果沒有支撐假設(shè)的證據(jù)則更換一個(gè)假設(shè)，只要某假設(shè)有足夠的正確支撐，則說明假設(shè)成立，電氣設(shè)備存在假設(shè)中的異常狀態(tài)或故障。②知識(shí)庫設(shè)計(jì)，知識(shí)庫實(shí)際上就是數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存庫，但其不單純是用來保存數(shù)據(jù)信息，需要人工對(duì)電氣設(shè)備異常狀態(tài)、常見故障的特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，隨后將其深入知識(shí)庫中，這樣推理機(jī)才能通過知識(shí)庫內(nèi)保存的數(shù)據(jù)信息去提出假設(shè)，如電氣設(shè)備正常振動(dòng)頻率為30 次/s，隨后推理機(jī)會(huì)提出電氣設(shè)備振動(dòng)頻率異常的假設(shè)，再通過反向推理確認(rèn)當(dāng)前設(shè)備振動(dòng)頻率是否符合30 次/s，如果不符合則假設(shè)成立，判斷電氣設(shè)備存在振動(dòng)異?，F(xiàn)象，反之，則設(shè)備振動(dòng)正常。

（3）應(yīng)用終端層設(shè)計(jì)。應(yīng)用終端層由人工端與系統(tǒng)終端組成，設(shè)計(jì)主要就側(cè)重于兩者：①人工端設(shè)計(jì)，人工端由常規(guī)計(jì)算機(jī)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如智能手機(jī)、iPad 等具有計(jì)算機(jī)功能，且能夠聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備）實(shí)現(xiàn)，此類設(shè)備可以接受信息處理層處理后的信息，使人工能通過這些設(shè)備掌握電氣設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，同時(shí)也接受推理機(jī)通過知識(shí)庫提出的解決方案，人工可以對(duì)方案可行性進(jìn)行判斷，若可行性不好，則不通過，反之則通過。②系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)，系統(tǒng)終端由高配置計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)執(zhí)行人工端通過的解決方案，同時(shí)也通過推理機(jī)獲取信息采集層了解電氣設(shè)備在解決方案下的狀態(tài)，若解決方案沒有生效，則會(huì)向人工端發(fā)送干預(yù)請(qǐng)求，人工可在人工端切換至人工控制模式，通過人工端在系統(tǒng)終端上設(shè)計(jì)解決方案，再由系統(tǒng)終端執(zhí)行。

2 電氣設(shè)備在線狀態(tài)檢修技術(shù)應(yīng)用

（1）超聲波檢修技術(shù)應(yīng)用。超聲波檢修技術(shù)主要是通過傳感器發(fā)出頻率超過20000Hz 的超聲波，隨后當(dāng)聲波從某個(gè)角度射入電氣設(shè)備內(nèi)，會(huì)使得聲波接觸到設(shè)備內(nèi)的固體結(jié)構(gòu)，這時(shí)超聲波會(huì)反射，生成有縱波或橫波特征的反射波、折射波，這時(shí)對(duì)反射波、折射波的波型進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即可對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)部相關(guān)故障等作出判斷，至少也能讓系統(tǒng)或人工知道當(dāng)前電氣設(shè)備是否處于異常狀態(tài)。以電氣設(shè)備局部放電現(xiàn)象為例，當(dāng)電氣設(shè)備出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象后，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生電荷中和作用，使得放電局部分子運(yùn)動(dòng)異常劇烈，由此產(chǎn)生較高的熱量，電氣設(shè)備受熱脹冷縮效應(yīng)影響會(huì)出現(xiàn)局部膨脹。隨后當(dāng)膨脹結(jié)束，表面上膨脹部位會(huì)逐漸恢復(fù)原狀，但內(nèi)里介質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)采用超聲波檢測(cè)技術(shù)可以了解電氣設(shè)備介質(zhì)結(jié)構(gòu)的疏密情況，應(yīng)用中以電氣設(shè)備放電區(qū)域?yàn)橹行模驗(yàn)榉烹娦?yīng)，所以其內(nèi)部會(huì)自動(dòng)生成超聲波，超聲波會(huì)呈球形擴(kuò)散，采用聲電傳感器即可采集其中波型，并將波型轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再用儀器進(jìn)行步驟，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)即可被本系統(tǒng)接收。接收后人工或系統(tǒng)可知具體故障或異常，隨之?dāng)M定維修方案。

（2）射頻檢修技術(shù)應(yīng)用。射頻檢修技術(shù)主要以無線電接收器為基礎(chǔ)，利用該接收器獲取電氣設(shè)備內(nèi)空間的電磁波信號(hào)，其原理在于無線電接收器會(huì)通過掃頻、選頻等方式采集電磁波，并確認(rèn)電磁波信號(hào)的大小，能夠?qū)Ψ秶鷥?nèi)的電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查，并用于維修。同樣以局部放電為例，使用射頻檢修技術(shù)可獲取設(shè)備局部放電信號(hào)，并獲悉信號(hào)大小，隨后可得電信號(hào)頻率波型圖，根據(jù)圖形可作出判斷。值得注意的是，射頻檢修技術(shù)目前有兩種應(yīng)用形式，分別為頻譜分析、時(shí)間處理，其中前者具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、負(fù)面影響不大的優(yōu)勢(shì)，而后者主要是效率快，但存在信號(hào)分析能力不足的缺陷，因此除非是一些應(yīng)急的檢修工作要使用時(shí)間處理形式，否則，一般建議使用頻譜分析形式。此外，在本系統(tǒng)中射頻檢修技術(shù)主要與氣象色譜傳感器、絕緣性能傳感器配套使用。

3 案例應(yīng)用測(cè)試

（1）案例概況。某變電站為高壓變電站，地處工業(yè)園區(qū)，關(guān)系到整個(gè)工業(yè)園區(qū)的電力供給，因此當(dāng)該變電站出現(xiàn)任意故障，則工業(yè)園區(qū)的電力供給就有可能中斷，影響工廠生產(chǎn)。但因?yàn)樵撟冸娬境闪⒁丫?，所以其中變壓器?dāng)前經(jīng)常出現(xiàn)故障，這是一種典型的電氣設(shè)備故障現(xiàn)象，對(duì)此該變電站需要對(duì)變壓器進(jìn)行檢修。該變電站中變壓器運(yùn)作時(shí)間比較長(zhǎng)，因此初步判斷認(rèn)為，受這種運(yùn)作特征影響，變壓器出現(xiàn)了絕緣性能不斷下降的現(xiàn)象，使得故障反復(fù)發(fā)作。對(duì)此在本系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)檢修之前，對(duì)該變電站變壓器故障現(xiàn)象進(jìn)行了特征分析，發(fā)現(xiàn)故障在光、電、熱等方面會(huì)顯現(xiàn)出一系列的化學(xué)反應(yīng)，故系統(tǒng)應(yīng)用將針對(duì)這些特征來進(jìn)行檢測(cè)與檢修。

（2）監(jiān)測(cè)方案。根據(jù)變壓器異常狀態(tài)及故障特征，先進(jìn)行傳感器選型，在確保傳感器性能達(dá)標(biāo)的條件下，選擇了氣象色譜傳感器、電化學(xué)及聲學(xué)傳感器、絕緣性能傳感器，三者分別能對(duì)變壓器的油中氣體、局部放電、絕緣性能進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。方案中，將各傳感器安裝在變壓器對(duì)應(yīng)位置，隨后打開開關(guān)，使變壓器與推理機(jī)連接，這時(shí)傳感器構(gòu)成的信息采集層就介入了整個(gè)系統(tǒng)，由此統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)在連續(xù)三日內(nèi)的監(jiān)測(cè)工作表現(xiàn)，根據(jù)結(jié)果綜合判定本系統(tǒng)是否應(yīng)用有效。

（3）檢修方案。檢修主采用超聲波檢修技術(shù)，用聲電傳感器去采集該變壓器故障時(shí)的超聲波反射波、折射波，隨后導(dǎo)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示可知，該變壓器超聲波反射波、折射波波型不佳，其中反射波角度比較大，說明變壓器介質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了異常變化，而折射波線路密集，說明異常變化現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)超聲波傳遞造成了多重阻礙。同時(shí)，依照結(jié)果可知，該變壓器故障主要處于絕緣線路，因此檢修方案為更換絕緣材料與相關(guān)線路。表2 為檢修方案中超聲波檢修技術(shù)的應(yīng)用效果。

（4）系統(tǒng)應(yīng)用效果。本系統(tǒng)測(cè)試方案中的測(cè)試指標(biāo)與應(yīng)用效果見表1、表2。

表1 本系統(tǒng)檢測(cè)方案中的測(cè)試指標(biāo)與應(yīng)用效果

表2 檢修方案中超聲波檢修技術(shù)的應(yīng)用效果

根據(jù)表1 可見，本系統(tǒng)在三大測(cè)試指標(biāo)中均有良好表現(xiàn)，3 日內(nèi)發(fā)現(xiàn)了所有故障或異常狀態(tài)，且全部判斷準(zhǔn)確，同時(shí)每次判斷的運(yùn)作速率都不超過1min，因此具有一定應(yīng)用價(jià)值，可投入實(shí)際使用。

4 結(jié)語

綜上，本文對(duì)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修技術(shù)進(jìn)行了分析，闡述了在線監(jiān)測(cè)的基本概念，設(shè)計(jì)了電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用效果進(jìn)行了測(cè)試，最后提出了相關(guān)檢修技術(shù)。通過分析可知，在線監(jiān)測(cè)可以幫助人工實(shí)時(shí)掌握電氣設(shè)備是否存在異?；蚬收?，隨后便于維修，能夠防范于未然，因此文中設(shè)計(jì)了電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過測(cè)試確認(rèn)系統(tǒng)應(yīng)用有效。而為了保障本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確獲取電氣設(shè)備異常或故障信息，在系統(tǒng)信息采集層融入了相關(guān)檢修技術(shù)，各項(xiàng)技術(shù)是本系統(tǒng)運(yùn)作的支撐，希望研究成果對(duì)管理者能帶來參考幫助。