電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷

1、網(wǎng)絡教育學院本科生畢業(yè)論文（設計）題 目：電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷學習中心：層 次：?？破瘘c本科專 業(yè)：年 級： 年 春/秋 季學 號：學 生：指導教師：完成日期：年 月 日內(nèi)容摘要文中分析了電氣設備的在線監(jiān)測和故障診斷，論述了高壓斷路器、變壓器、金 屬氧化物避雷器、電容型設備在線監(jiān)測技術，探討了電氣設備在線監(jiān)測的意義與 維修意義，在線監(jiān)測技術是在被測設備處于運行的條件下，對電氣設備的狀況進 行連續(xù)或定時的監(jiān)測，電氣設備的故障診斷的方法，探討了電氣設備的狀態(tài)監(jiān)測 和故障診斷技術的發(fā)展概況和電氣設備的在線監(jiān)測的發(fā)出趨勢和存在的不足。 關鍵詞：電氣設備；在線監(jiān)測；故障診斷；發(fā)展趨勢；技術不足目錄

2、內(nèi)容摘要1 緒論1.1 課題的背景及意義1.2 國內(nèi)外研究和發(fā)展動態(tài) 1.2.1 在線監(jiān)測與故障診斷技術發(fā)展概況 1.2.2 在線監(jiān)測與故障診斷技術發(fā)展方向 1.3 本文的主要內(nèi)容2電氣設備的在線監(jiān)測2.1 概述2.2 高壓斷路器的在線監(jiān)測2.3 變壓器的在線監(jiān)測 2.4 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測 2.5 電容型設備的在線監(jiān)測 3電氣設備的故障診斷3.1 系統(tǒng)的基本框架3.2 故障診斷方法3.3 遠程故障診斷系統(tǒng)4在線監(jiān)測和故障診斷技術存在的問題 4.1 在線監(jiān)測裝置的穩(wěn)定性4.2 在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的標準化 4.3 電氣設備剩余壽命預測技術 5 結(jié) 論參考文獻附 錄1.1.1 緒論1.1

3、課題的背景及意義近年來，國內(nèi)外電網(wǎng)大面積停電事故時有發(fā)生，原因大多與電網(wǎng)設備存在問 題和電網(wǎng)運行問題有關。為防止電氣設備自身故障導致電網(wǎng)事故采用在線監(jiān)測與 故障診斷技術來對電氣設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測和診斷，已成為發(fā)展方向，并引起 各方面的重視。加強電氣設備狀態(tài)在線監(jiān)測及故障診斷技術的研究及開發(fā)，在應 用中不斷完整，使之真正成為防止電網(wǎng)事故大面積停電的第一道防線。電氣設備的狀態(tài)檢測與故障診斷對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行有著十分重要 的意義。通過對電氣設備進行在線狀態(tài)監(jiān)測，可對設備的可靠性隨時作出判斷， 從而能早期發(fā)現(xiàn)潛伏的故障。因此對電氣設備絕緣早期和突發(fā)性故障進行在線檢 測和診斷，對設備安全運行狀

4、態(tài)進行綜合評估具有現(xiàn)實意義。為了保證電力設備質(zhì)量，在設備投入運行前都要進行嚴格的質(zhì)量檢查，基本 消除了由于質(zhì)量而引發(fā)的事故，為了發(fā)揮電氣設備的最大生產(chǎn)能力，常常需要進 行日常的科學管理和維護。目前，在線監(jiān)測技術已經(jīng)成為了電氣設備運行中不可缺少的一種技術之一， 因此分析電氣設備在線監(jiān)測和故障診斷要點非常有必要，這是提高電氣設備運行 效果的必要工作1.2 國內(nèi)外研究和發(fā)展動態(tài)1.1.2 在線監(jiān)測與故障診斷技術發(fā)展概況國外對電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的研究，始于20世紀60年代。各發(fā)達國家都很重視，但直到7080年代，隨著傳感器、計算機、光纖等高新技術 的發(fā)展與應用，設備在線診斷技術才真正得到迅

5、速發(fā)展。我國對電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的重要性也早已認識。60年代就提出過不少帶電試驗的方法，但由于操作復雜，測量結(jié)果分散性大，沒有得到推廣。80年代以來，隨著高新技術的發(fā)展與應用，我國的電氣設備在線診斷技術也得到 了迅猛發(fā)展。由于我國工業(yè)發(fā)展迅速，用電一直緊張，加之部分設備故障率較高， 因此，對于推行在線診斷技術以提高電力系統(tǒng)的運行可靠性更為迫切。1.1.3 在線監(jiān)測與故障診斷技術發(fā)展方向20 世紀60年代，國外就已經(jīng)開始了對水電廠電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的研究，隨著傳感器、計算機、光纖等高新技術的發(fā)展及應用，設備的在線檢 測技術也得到了迅速的發(fā)展，對于水電廠電氣設備的監(jiān)測與故障

6、檢修的重要性， 60年代就已經(jīng)提出過不少帶電監(jiān)測方法，但遺憾的是，這些方法由于操作復雜， 測量結(jié)果分散性很大沒有推廣下去。隨著高新技術的發(fā)展與應用，進入到80年代以來，我國的電氣設備在線監(jiān)測技術也得到了迅猛發(fā)展。再加上，我國現(xiàn)在處于 發(fā)展階段，工業(yè)發(fā)展迅速，用電一直很緊張，我國現(xiàn)在目前的設備并不是很先進， 有些設備很容易出現(xiàn)故障，這就造成了我國對于推行在線監(jiān)測技術和提高電力系 統(tǒng)運行可靠性的要求更加迫切。由于在線監(jiān)測技術中的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的難度，目前，不論國內(nèi)還 是國外，多數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)的功能還比較單一，不能全面對水電廠電氣設備進行監(jiān) 測。在線監(jiān)測技術將朝著以下的方向發(fā)展：1、多功能多參

7、數(shù)的綜合監(jiān)測和診斷，在線監(jiān)測技術必須能同時監(jiān)測能夠反映 電氣設備的狀態(tài)的多個特征的參數(shù)。2、形成一套完整的分布式在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)λ姀S整個電氣設備進行集 中監(jiān)測和診斷，以便于更好的省時、省力和省錢。3、由于目前的在線監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和靈敏度不是很高，因此，在未來的發(fā) 展中，在線檢測技術必須不斷的提高檢測系統(tǒng)的可靠性和靈敏度。1.3 本文的主要內(nèi)容本文研究的是電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷。全文共分為四章，各章內(nèi)容簡介如下：第一章緒論，簡述課題的背景和意義、論題的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，介紹論文的 主要內(nèi)容；第二章電氣設備的在線監(jiān)測，電氣設備在線監(jiān)測的概述、論述高壓斷路器、 變壓器、金屬氧化物避雷器、電

8、容型設備的在線監(jiān)測；第三章電氣設備的故障診斷，電氣系統(tǒng)的基本框架、故障診斷方法、遠程故 障診斷系統(tǒng)；第四章在線監(jiān)測和故障診斷技術的不足，在線監(jiān)測裝置的穩(wěn)定性、在線監(jiān)測 和診斷系統(tǒng)的標準化、電氣設備剩余壽命的預測技術本文最后對全文進行總結(jié)，并指出了研究課題的未來發(fā)展方向。2 電氣設備的在線監(jiān)測2.1 概述電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)是指在設備使用期內(nèi)連續(xù)不斷檢查和判斷設備狀態(tài)， 預測設備狀態(tài)發(fā)展趨勢的系統(tǒng)。通常通過設備運行狀態(tài)量反映設備運行情況，首 先獲取診斷對象的狀態(tài)信息，采集電力設備的電壓、電流、頻率、局部放電量以 及磁力線密度等信號（包括正常信號和異常信號）。根據(jù)表征設備狀態(tài)量的各種信 號的不同特

9、性而采用不同的信號采集方法，常用的采樣方法有：1） 一次性采樣，每次只采集一個足夠數(shù)據(jù)處理所需長度的信號樣本。2）定時采樣，按事前整定的周期進行采樣。3）利用發(fā)生隨機故障時的信號突變進行自動采樣。4）根據(jù)故障診斷的特殊要求采取轉(zhuǎn)速跟蹤采樣、峰值采樣等特殊采樣方式。針對不同的電力設備和任務要求其狀態(tài)監(jiān)測方法也不同。2.2 高壓斷路器的在線監(jiān)測2.3 變壓器的在線監(jiān)測2.4 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測2.5 電容型設備的在線監(jiān)測3電氣設備的故障診斷3.1 系統(tǒng)的基本框架通常，電氣設備的在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)應包含信息檢測及傳輸、數(shù)據(jù)處理、 狀態(tài)識別、預報決策等多個單元。1）信息檢測及傳輸：按照不同的檢

10、測對象和診斷目的，選擇相應的傳感器檢 測出反映設備運行狀態(tài)的特征量信號，并將其轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字電信號。對于集中在控制室監(jiān)測或具有遠程診斷功能的在線監(jiān)測系統(tǒng)，需要將采集信 息傳送到數(shù)據(jù)處理單元，要配置專門的信號電纜或光纖。2）數(shù)據(jù)處理：從檢測單元傳輸來的數(shù)據(jù)需要在前臺機預處理和后臺機進行綜 合處理及分析，其中包括抑制電磁場干擾、維數(shù)壓縮等，最終提取出能真實反映 設備故障的特征量，為診斷提供有效的數(shù)據(jù)。3）狀態(tài)識別（即診斷）：對經(jīng)數(shù)據(jù)處理單元處理后的有效數(shù)據(jù)，與規(guī)程（導 則）、歷史數(shù)據(jù)、運行經(jīng)驗及專家知識等進行分析比較，對設備故障分類，對故障 部位定位，對故障嚴重程度判定。4）預報決策（或在線評估

11、）：對狀態(tài)識別診斷出的故障，由決策支持系統(tǒng)根 據(jù)預置的閥值進行報警或由預測分析軟件對故障的發(fā)展趨勢和設備絕緣安全運行 時間（或稱剩余壽命）等進行評估推測，為狀態(tài)維修決策提供依據(jù)。3.2 故障診斷方法針對電力設備故障的多樣性以及一個故障多種征兆，介紹幾種診斷方法：1）利用多傳感技術和信息融合處理技術診斷某種故障不同的故障表象。多傳 感技術利用多個傳感器從多側(cè)面、多角度觀測同一對象，即針對同一故障的多種 故障表征，多層次多領域（時域、空間域、頻域）采集不同的特征量，選擇故障反 映靈敏度高的狀態(tài)信息量，從而較全面的分析診斷故障。信息融合技術是將來自多傳感器的數(shù)據(jù)按照一定的準則加以分析和綜合的數(shù) 據(jù)處

12、理過程。因同一設備故障在不同特征空間的不同反映之間存在著內(nèi)在的關聯(lián) 關系，利用融合技術“求同去異”可提高電力設備狀態(tài)檢測和故障診斷的準確性。 但信息融合基本理論尚不完善，該診斷方法還有待研究。2）基于特征空間矢量的故障診斷方法，可通過對故障誤差的學習實時修正故 障特征量。這種診斷方法具有一定的自適應能力，適合于具有不確定性和慢時變 性的復雜對象的故障診斷。其實質(zhì)是將每次的故障征兆矢量作為原先驗征兆矢量 集中的一個新的先驗征兆矢量，并根據(jù)自適應算法修正故障特征矢量。故障先驗征兆矢量不確定時，則需要人工判斷第一次故障。3）針對電力設備的固有特性以及在線監(jiān)測狀態(tài)信息量不足導致的不確定性， 可考慮采用

13、模糊理論中的最大隸屬度原則診斷故障原因，判斷故障類型，將狀態(tài) 信號與模糊數(shù)學方法結(jié)合起來分析故障的隨機性和模糊性問題。除了上述方法外，還可以結(jié)合人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡等方法診斷故 障，系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡等方法診斷故障。3.3 遠程故障診斷系統(tǒng)4在線監(jiān)測和故障診斷技術存在的問題4.1 在線監(jiān)測裝置的穩(wěn)定性在線監(jiān)測裝置的穩(wěn)定性是推廣及應用的關鍵，其中既有技術問題，也有制造 工藝的問題。1）元器件的老化：在線監(jiān)測裝置所用的元器件種類多，特別是電子元器件在 現(xiàn)場惡劣環(huán)境下運行，在電力系統(tǒng)過電壓、短路故障等沖擊作用下易于損壞。如 前臺機（含傳感器及輔助電路元器件）直接安裝在設備上或附近，不僅環(huán)境因素復

14、 雜，而且連續(xù)高溫或大范圍的溫度變化對元器件的壽命和穩(wěn)定性影響很大。后臺 工控機質(zhì)量不高，沖擊負荷對主板電路和控制器件的危害很強，死機現(xiàn)象時有發(fā) 生。2）電磁兼容性：雖然研究者和制造商們花了很大的力氣研究防電磁干擾的問 題，但從目前的技術水平看， 就在線監(jiān)測本體而言， 采用硬件與軟件結(jié)合、 以 軟為主的主導思想對解決從強電磁場干擾信號完全淹沒中提取微弱在線監(jiān)測信號 已有諸多的措施，在實驗室已經(jīng)可以做到非常高的精度。但問題在于對不同變電 站的干擾源及其傳播路徑需要作出對應的分析，并采取相應的措施。因此，需要在總結(jié)運行經(jīng)驗的基礎上， 制定相應的出廠和安裝完后交接時的電磁兼容性試驗 標準。3）現(xiàn)場維

15、護：由于在線監(jiān)測的傳感器及前置放大器等輔助器件，在長時間復雜而惡劣環(huán)境中運行后， 電子器件因老化而使相應特性及靈敏度發(fā)生變化，光 敏、氣敏等傳感器件敏感性降低，機構(gòu)部件不靈等，都會使檢測的數(shù)據(jù)發(fā)生偏差， 需要定期重新設置標定、檢修或更新。因此，在線監(jiān)測裝置廠商需要給出可靠的免維護時間或更換周期， 需要建立自己產(chǎn)品分布的信息管理網(wǎng)站和高水平的快速 反映維護隊伍， 用戶也要有從事在線監(jiān)測裝置維修與檢測的專職工程師。4.2 在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的標準化由于在線監(jiān)測技術及裝置還處于研發(fā)階段，監(jiān)測的技術、方法和診斷軟件都 在不斷完善和改進，加之市場競爭導致相互溝通少，因此在線監(jiān)測裝置與診斷裝置的標準化問題

16、都不可能很快建立。1）監(jiān)測裝置：從發(fā)展趨勢來看，應當盡早制定一個采用現(xiàn)場總線技術的行業(yè) 性標準和數(shù)據(jù)通訊規(guī)約，建立標準化的庫標準和完善的信息管理系統(tǒng)，使各個廠 商之間的產(chǎn)品都具有開發(fā)性、可擴展性和互換性。這樣，既可以讓用戶從不同特 色廠家優(yōu)化組合一個監(jiān)測裝置的各個單元，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，又可以減少廠商的維護隊伍，同時用戶也可以及時進行搶修。2）診斷系統(tǒng)：眾所周知，在運行條件下獲得在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線試驗數(shù)據(jù)之 間有一定差異， 不能把在離線試驗診斷標準中的數(shù)據(jù)作為在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的診斷標 準。就目前而言，通常采用橫比（同類設備相比）、縱比（同一設備的趨勢分析）和 綜合分析（綜合在線與離線歷次數(shù)

17、據(jù)和運行經(jīng)驗）相結(jié)合的診斷思路是可行的。4.3 電氣設備剩余壽命預測技術5結(jié) 論總結(jié)本次論文所做工作，取得的成果，指出還有哪些不足和需要改進的地方、 課題的未來發(fā)展方向等等。結(jié)論是整篇論文工作的總結(jié)。結(jié)論是在理論分析和設計結(jié)果的基礎上，經(jīng)過 分析、歸納的過程而形成的總觀點。結(jié)論必須完整、準確。參考文獻1張萬山，王小四.空氣質(zhì)量的研究.環(huán)境學報，2000, 34(6):13-17.2張完善.有色金屬材料.第二版.大連：金屬工業(yè)出版社，1998.89-90.3張完善，劉六，等.第五屆科學管理國際會議論文集.北京：管理工程出版社，2001.18-19.4張完善，劉六.校園環(huán)境與學風建設.城市日報，2002年3月5日，第2版.5 Borko H, Bernier C L.Indexing concepts and methods.New York: Academic Pr.,1978.說明：1 .同學需按此格式(字體為五號、宋體)，把論文中引用的他人的文章或書籍，標記下來，參考文獻要求至少四篇以