電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法

白云會

（東岳機械股份有限公司 山東省臨沂市 276000）

在進入新時代之后，我國的科技取得了快速發(fā)展，各項技術(shù)設(shè)備投入到生產(chǎn)和生活當中。這些技術(shù)設(shè)備對于電力擁有很高的依賴，所以應(yīng)當保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。只有保障電力系統(tǒng)的完善，才能夠避免出現(xiàn)大范圍的供電事故，保證人們生活和生產(chǎn)的穩(wěn)定進行。電氣設(shè)備的運行情況會直接影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，要求人們做好電氣設(shè)備的檢查與維修工作。對電氣設(shè)備的運行狀態(tài)進行密切監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，降低故障因素造成的負面影響。

1 電氣設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)組成

基于新形勢下的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是由發(fā)射裝置、接收裝置以及綜合處理器共同組成，運用紅外測量單元來收集被檢測電氣設(shè)備發(fā)出的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。收到的數(shù)據(jù)信息傳遞給中央處理器，然后通過用戶指定的專家系統(tǒng)對出現(xiàn)故障的原因進行監(jiān)控與分析，并將分析處理結(jié)果顯示在顯示器當中，最后將這些數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫中。這個系統(tǒng)當中主要的部件如下所示：

1.1 硬件系統(tǒng)

設(shè)備發(fā)出信號量反饋給紅外測量單元，中央處理器在接收信息和處理信息的過程中，會將紅外輻射信息輸送至檢測器當中，轉(zhuǎn)換器將這些信息轉(zhuǎn)換成電信號，使接收處理器能夠進行使用。與此同時，這些電信號會在系統(tǒng)當中進行放大、補償以及線性化，這些已經(jīng)轉(zhuǎn)化為電信號的信息會再次輸送至中央處理器當中。激光系統(tǒng)會運用集中式紅外探測器來測量和距離遠距離目標，在測量過程中需要保持精準度，中心點精確定位信號。通過放大器、濾波器、積分器和線性化電路進行處理。在這項系統(tǒng)當中，激光輻射信號也可以被轉(zhuǎn)化成為電信號，進而使其在系統(tǒng)當中能夠得到更好的運用，中央處理器作為整個系統(tǒng)的核心組件，需要保障中央處理器設(shè)施與配備的合理性與科學(xué)性。選擇微處理器單元的過程中，應(yīng)當選取PC/104 模塊，這樣的模塊擁有體積小、功能強、低耗能的優(yōu)勢。

1.2 軟件系統(tǒng)

一般情況下，軟件系統(tǒng)會包括記錄系統(tǒng)和專家系統(tǒng)。記錄系統(tǒng)在此過程中，主要負責(zé)處理器通信的系統(tǒng)，能夠?qū)Ω黜棓?shù)據(jù)進行整合與分析，實現(xiàn)收集和存儲，并將各項數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫當中。專家系統(tǒng)主要負責(zé)分析和推斷數(shù)據(jù)。通過開發(fā)診斷功能來制定科學(xué)合理的維護計劃，保障整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。專家系統(tǒng)通常是由知識庫和規(guī)劃庫共同組成，結(jié)構(gòu)由BNF 代表。規(guī)則庫則是由故障樹的形態(tài)進行展示，能夠表達相關(guān)數(shù)據(jù)的領(lǐng)域知識。數(shù)據(jù)庫（如圖1 所示）主要包括動態(tài)和靜態(tài)兩種數(shù)據(jù)庫形式，動態(tài)數(shù)據(jù)庫主要被用于診斷動態(tài)信息，靜態(tài)數(shù)據(jù)庫則是主要被用于專家推理信息。通過動態(tài)與靜態(tài)兩個數(shù)據(jù)庫的結(jié)合，能夠有效提升對設(shè)備運行狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)管，保障整體工作效果。在設(shè)計軟件的時候，專家軟件通過混合推理的方式進行診斷，主要形式為在線診斷和離線診斷。在線診斷時會運用到實時數(shù)據(jù)來進行分析處理，并且最終得到故障診斷結(jié)果，而離線診斷方式通常會使用人機界面來進行故障診斷。

圖1：軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)圖

2 基于新形式下的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)功能

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也取得了較大的進步，電子計算計信號，網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)等技術(shù)也被廣泛的運用到。各個領(lǐng)域當中，電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)需要在此期間不斷改進，提升自身的工作能力與工作效率。目前基于新形勢下的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的主要功能有四個內(nèi)容，分別是數(shù)據(jù)瀏覽功能、提供參數(shù)信息、智能診斷功能以及預(yù)測和分析功能。

2.1 數(shù)據(jù)瀏覽功能

如今我國已經(jīng)邁入了信息化時代，在電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)當中，日常的運行會帶來大量的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的瀏覽。在監(jiān)測系統(tǒng)過程中，用戶可以運用聯(lián)網(wǎng)計算機來查詢與設(shè)備運行狀態(tài)相關(guān)的各項數(shù)據(jù)，不用受到時間和空間的約束，提升工作效率與工作質(zhì)量。在此期間主要功能是在設(shè)備運行過程中將設(shè)備實際的運行狀態(tài)借助傳感器輸送至計算機系統(tǒng)當中，通過處理器的分析功能對電氣設(shè)備的運行過程中產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)進行梳理與反饋，從而實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的良好監(jiān)控，及時診斷和發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備運行狀態(tài)的異常情況。

2.2 提供參數(shù)信息

在電氣設(shè)備運行過程中，變壓器、傳感器、開關(guān)都需要通過溫度、濕度、氣體傳感器進行全方位的監(jiān)測，各項數(shù)據(jù)會在檢測之后輸送至計算機端，這樣可以通過系統(tǒng)軟件為客戶提供真實的系統(tǒng)參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效運作，促進整體分析。

2.3 智能診斷功能

在進入大數(shù)據(jù)之后，由于生產(chǎn)和生活過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，通過人為進行數(shù)據(jù)的分析和整理會消耗很長的時間，并且難以保證工作效率。在電氣設(shè)備的運行過程中同樣會產(chǎn)生各項數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)采集、分析、整理工作質(zhì)量，需要提供智能診斷功能。在電氣設(shè)備數(shù)據(jù)采集過程中，運用硬件系統(tǒng)來收集數(shù)據(jù)，而用戶則是操作專家系統(tǒng)。在系統(tǒng)當中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能在設(shè)備監(jiān)控中得以應(yīng)用，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)過程的全面診斷，有效降低人力資源的投入，并且提高設(shè)備診斷與質(zhì)量的精準度，保證工作效率。

2.4 預(yù)測和分析功能。

為了保障電氣設(shè)備的良好運行，需要對電氣設(shè)備運行過程中可能會出現(xiàn)的問題和故障進行預(yù)測分析。在設(shè)備運行監(jiān)控診斷系統(tǒng)當中，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的預(yù)測和綜合分析。系統(tǒng)能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進行整理、分析，對被檢測的設(shè)備展開綜合預(yù)測，利用歷史數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)來分析設(shè)備的使用壽命和功率變化情況。除此之外，在電力系統(tǒng)的運行過程中通過使用這樣功能完成對電力系統(tǒng)故障的綜合分析，進而保障電力系統(tǒng)實現(xiàn)安全穩(wěn)定的運行。

3 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的方法

3.1 發(fā)電機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

在當前的電力系統(tǒng)當中，發(fā)電機會長期進行高負荷的運轉(zhuǎn)。因此，需要對發(fā)電機的運行狀態(tài)進行密切的監(jiān)測，全面了解發(fā)電機在運行過程中可能存在的安全隱患，并且及時發(fā)現(xiàn)早期出現(xiàn)癥狀的故障，針對故障進行綜合性分析，了解故障發(fā)生的原因以及可能造成的影響，對其進行針對性維修，避免故障擴大化造成較為嚴重的后果，保證電能供應(yīng)的穩(wěn)定性與安全性。及時發(fā)現(xiàn)和排除故障問題，能夠有效降低故障對發(fā)電機本身的危害，有效延長發(fā)電機的使用壽命，在當前階段，世界范圍內(nèi)的發(fā)電機監(jiān)測通常是通過FOVM 或者GCM 來完成。這些設(shè)備可以有效對發(fā)電機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，如果出現(xiàn)了異常情況會及時進行預(yù)警報告，工作人員能夠根據(jù)預(yù)警報告的類型，采取相應(yīng)的措施，促進異常情況的有效解決，保證發(fā)電機運行狀態(tài)的穩(wěn)定。

發(fā)電機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)會將發(fā)電機在正常運行狀態(tài)過程中產(chǎn)生的各項參數(shù)和相應(yīng)的指標進行充分記錄，并且保存在數(shù)據(jù)庫當中。在監(jiān)測發(fā)電機運行狀態(tài)的過程中，會將當前產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中保存的數(shù)據(jù)進行對比分析，審視發(fā)現(xiàn)機是否保持正常的運行狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)了異常情況，需要及時反饋到相應(yīng)的故障診斷系統(tǒng)當中進行綜合評估與分析，判斷故障產(chǎn)生的類型以及影響范圍。系統(tǒng)發(fā)出不同級別的警告，使相應(yīng)的工作人員能夠根據(jù)警告類型來判斷故障類型，進而及時采取有效的解決措施，制定合理的維修方案。發(fā)電機故障檢測與診斷系統(tǒng)，可以將發(fā)電機多方面的數(shù)據(jù)進行多方位的分析，進而掌握其運行狀態(tài)和健康狀況，作出準確的故障判斷以及等級評估。

3.2 變壓器的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

電力工業(yè)通常會選用充油式變壓器，在特定部位也會選用干式變壓器或者六氟化硫變壓器。在當前階段，我國對于變壓器的狀態(tài)監(jiān)測，通常會選擇局部放電檢測、超聲波定位技術(shù)以及紅外技術(shù)。對充油式變壓器監(jiān)測的過程中，除了離線定期有效的色譜分析油中溶解氣體之外，還會運用在線油中溶解氣體與微水分析技術(shù)，對變壓器的高壓套管會選擇采用介質(zhì)損耗數(shù)字化在線測量技術(shù)進行分析，并且對故障較多的有載調(diào)壓開關(guān)進行故障診斷，測量觸點磨損和機械電氣回路。變壓器狀態(tài)監(jiān)測會涉及到主體部位，包括固體絕緣、液體絕緣、氣體絕緣和冷卻系統(tǒng)。針對系統(tǒng)當中可能存在的放電性故障、過熱間放電性故障、過熱性故障、機械性故障以及進水受潮等因素進行故障診斷分析。采用局部放電監(jiān)測與診斷，利用電脈沖信號法和超聲法。首先需要依據(jù)溶解平衡原理運用不同原理脫氣方法將油中氣體脫出，然后運用分離柱進行分離，經(jīng)過TCD、FID 檢測?；蛘哌\用不同原理的傳感器對不同組分氣體進行檢測，依據(jù)國內(nèi)外通用的組分比值法和多維圖示法綜合分析診斷潛伏性故障。

3.3 紅外診斷技術(shù)

紅外檢測技術(shù)通過接收物體發(fā)出的紅外輻射，將其熱像顯示在熒光屏幕上，進而判斷物體表面的溫度分布情況。紅外診斷技術(shù)對電氣設(shè)備的故障診斷缺陷和絕緣性能作出可靠的預(yù)測和判斷，使傳統(tǒng)電氣設(shè)備進行預(yù)防試驗維修。紅外狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)具有快速、準確、直觀和實時的特點，對于提高電氣設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性有著重要的影響，促進運行經(jīng)濟效益提高，降低維修成本，是預(yù)知檢修領(lǐng)域較為常用的技術(shù)手段。有效保障維修水平，促進設(shè)備保持穩(wěn)定運行。帶電設(shè)備的紅外診斷技術(shù)屬于一種新興技術(shù)，利用帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)，使用專業(yè)設(shè)備獲取紅外輻射信息，判斷設(shè)備的運行狀態(tài)和缺陷。

4 結(jié)束語

對電氣設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，能夠全面掌握相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和解決運行過程中的異常情況，對異常情況和故障因素采取應(yīng)對措施，降低故障擴大的可能性。實現(xiàn)自動化設(shè)備管理能夠保障電力設(shè)備安全運行，使其保持穩(wěn)定與高效。