电气设备在线监测与故障诊断.docx

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电气设备在线监测与故障诊断

网络教育学院

本科生毕业论文（设计）

题目：

电气设备在线监测与故障诊断

学习中心：

层次：

专科起点本科

专业：

年级：

年春/秋季

学号：

学生：

指导教师：

完成日期：

年月日

内容摘要

文中分析了电气设备的在线监测和故障诊断，论述了高压断路器、变压器、金属氧化物避雷器、电容型设备在线监测技术，探讨了电气设备在线监测的意义与维修意义，在线监测技术是在被测设备处于运行的条件下，对电气设备的状况进行连续或定时的监测，电气设备的故障诊断的方法，探讨了电气设备的状态监测和故障诊断技术的发展概况和电气设备的在线监测的发出趋势和存在的不足。

关键词：

电气设备；在线监测；故障诊断；发展趋势；技术不足

内容摘要I

1绪论1

1.1课题的背景及意义1

1.2国内外研究和发展动态1

1.2.1在线监测与故障诊断技术发展概况1

1.2.2在线监测与故障诊断技术发展方向1

1.3本文的主要内容2

2电气设备的在线监测3

2.1概述3

2.2高压断路器的在线监测3

2.3变压器的在线监测3

2.4金属氧化物避雷器的在线监测4

2.5电容型设备的在线监测4

3电气设备的故障诊断5

3.1系统的基本框架5

3.2故障诊断方法5

3.3远程故障诊断系统6

4在线监测和故障诊断技术存在的问题7

4.1在线监测装置的稳定性7

4.2在线监测与诊断系统的标准化7

4.3电气设备剩余寿命预测技术8

5结论9

参考文献10

附录11

1绪论

1.1课题的背景及意义

近年来，国内外电网大面积停电事故时有发生，原因大多与电网设备存在问题和电网运行问题有关。

为防止电气设备自身故障导致电网事故采用在线监测与故障诊断技术来对电气设备运行状态进行监测和诊断，已成为发展方向，并引起各方面的重视。

加强电气设备状态在线监测及故障诊断技术的研究及开发，在应用中不断完整，使之真正成为防止电网事故大面积停电的第一道防线。

电气设备的状态检测与故障诊断对电力系统的安全、经济运行有着十分重要的意义。

通过对电气设备进行在线状态监测，可对设备的可靠性随时作出判断，从而能早期发现潜伏的故障。

因此对电气设备绝缘早期和突发性故障进行在线检测和诊断，对设备安全运行状态进行综合评估具有现实意义。

为了保证电力设备质量，在设备投入运行前都要进行严格的质量检查，基本消除了由于质量而引发的事故，为了发挥电气设备的最大生产能力，常常需要进行日常的科学管理和维护。

目前，在线监测技术已经成为了电气设备运行中不可缺少的一种技术之一，因此分析电气设备在线监测和故障诊断要点非常有必要，这是提高电气设备运行效果的必要工作

1.2国内外研究和发展动态

1.2.1在线监测与故障诊断技术发展概况

国外对电气设备状态监测与故障诊断技术的研究，始于20世纪60年代。

各发达国家都很重视，但直到70～80年代，随着传感器、计算机、光纤等高新技术的发展与应用，设备在线诊断技术才真正得到迅速发展。

我国对电气设备状态监测与故障诊断技术的重要性也早已认识。

60年代就提出过不少带电试验的方法，但由于操作复杂，测量结果分散性大，没有得到推广。

80年代以来，随着高新技术的发展与应用，我国的电气设备在线诊断技术也得到了迅猛发展。

由于我国工业发展迅速，用电一直紧张，加之部分设备故障率较高，因此，对于推行在线诊断技术以提高电力系统的运行可靠性更为迫切。

1.2.2在线监测与故障诊断技术发展方向

20世纪60年代，国外就已经开始了对水电厂电气设备状态监测与故障诊断技术的研究，随着传感器、计算机、光纤等高新技术的发展及应用，设备的在线检测技术也得到了迅速的发展，对于水电厂电气设备的监测与故障检修的重要性，60年代就已经提出过不少带电监测方法，但遗憾的是，这些方法由于操作复杂，测量结果分散性很大没有推广下去。

随着高新技术的发展与应用，进入到80年代以来，我国的电气设备在线监测技术也得到了迅猛发展。

再加上，我国现在处于发展阶段，工业发展迅速，用电一直很紧张，我国现在目前的设备并不是很先进，有些设备很容易出现故障，这就造成了我国对于推行在线监测技术和提高电力系统运行可靠性的要求更加迫切。

　　由于在线监测技术中的状态监测与故障诊断技术的难度，目前，不论国内还是国外，多数的监测系统的功能还比较单一，不能全面对水电厂电气设备进行监测。

在线监测技术将朝着以下的方向发展：

　　1、多功能多参数的综合监测和诊断，在线监测技术必须能同时监测能够反映电气设备的状态的多个特征的参数。

　　2、形成一套完整的分布式在线监测系统，能够对水电厂整个电气设备进行集中监测和诊断，以便于更好的省时、省力和省钱。

　　3、由于目前的在线监测系统的可靠性和灵敏度不是很高，因此，在未来的发展中，在线检测技术必须不断的提高检测系统的可靠性和灵敏度。

1.3本文的主要内容

本文研究的是电气设备在线监测与故障诊断。

全文共分为四章，各章内容简介如下：

第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；

第二章电气设备的在线监测，电气设备在线监测的概述、论述高压断路器、变压器、金属氧化物避雷器、电容型设备的在线监测；

第三章电气设备的故障诊断，电气系统的基本框架、故障诊断方法、远程故障诊断系统；

第四章在线监测和故障诊断技术的不足，在线监测装置的稳定性、在线监测和诊断系统的标准化、电气设备剩余寿命的预测技术

本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。

2电气设备的在线监测

2.1概述

电力设备在线监测系统是指在设备使用期内连续不断检查和判断设备状态，预测设备状态发展趋势的系统。

通常通过设备运行状态量反映设备运行情况，首先获取诊断对象的状态信息，采集电力设备的电压、电流、频率、局部放电量以及磁力线密度等信号（包括正常信号和异常信号）。

根据表征设备状态量的各种信号的不同特性而采用不同的信号采集方法,常用的采样方法有：

1）一次性采样，每次只采集一个足够数据处理所需长度的信号样本。

2）定时采样，按事前整定的周期进行采样。

3）利用发生随机故障时的信号突变进行自动采样。

4）根据故障诊断的特殊要求采取转速跟踪采样、峰值采样等特殊采样方式。

针对不同的电力设备和任务要求其状态监测方法也不同。

2.2高压断路器的在线监测

2.3变压器的在线监测

2.4金属氧化物避雷器的在线监测

2.5电容型设备的在线监测

3电气设备的故障诊断

3.1系统的基本框架

通常，电气设备的在线监测与诊断系统应包含信息检测及传输、数据处理、状态识别、预报决策等多个单元。

1）信息检测及传输：

按照不同的检测对象和诊断目的，选择相应的传感器检测出反映设备运行状态的特征量信号，并将其转换成模拟或数字电信号。

对于集中在控制室监测或具有远程诊断功能的在线监测系统，需要将采集信息传送到数据处理单元，要配置专门的信号电缆或光纤。

2）数据处理：

从检测单元传输来的数据需要在前台机预处理和后台机进行综合处理及分析，其中包括抑制电磁场干扰、维数压缩等，最终提取出能真实反映设备故障的特征量，为诊断提供有效的数据。

3）状态识别（即诊断）：

对经数据处理单元处理后的有效数据，与规程（导则）、历史数据、运行经验及专家知识等进行分析比较，对设备故障分类，对故障部位定位，对故障严重程度判定。

4）预报决策（或在线评估）：

对状态识别诊断出的故障，由决策支持系统根据预置的阀值进行报警或由预测分析软件对故障的发展趋势和设备绝缘安全运行时间（或称剩余寿命）等进行评估推测，为状态维修决策提供依据。

3.2故障诊断方法

针对电力设备故障的多样性以及一个故障多种征兆，介绍几种诊断方法:

1）利用多传感技术和信息融合处理技术诊断某种故障不同的故障表象。

多传感技术利用多个传感器从多侧面、多角度观测同一对象，即针对同一故障的多种故障表征，多层次多领域（时域、空间域、频域）采集不同的特征量，选择故障反映灵敏度高的状态信息量，从而较全面的分析诊断故障。

信息融合技术是将来自多传感器的数据按照一定的准则加以分析和综合的数据处理过程。

因同一设备故障在不同特征空间的不同反映之间存在着内在的关联关系，利用融合技术“求同去异”可提高电力设备状态检测和故障诊断的准确性。

但信息融合基本理论尚不完善，该诊断方法还有待研究。

2）基于特征空间矢量的故障诊断方法，可通过对故障误差的学习实时修正故障特征量。

这种诊断方法具有一定的自适应能力，适合于具有不确定性和慢时变性的复杂对象的故障诊断。

其实质是将每次的故障征兆矢量作为原先验征兆矢量集中的一个新的先验征兆矢量，并根据自适应算法修正故障特征矢量。

故障先验征兆矢量不确定时，则需要人工判断第一次故障。

3）针对电力设备的固有特性以及在线监测状态信息量不足导致的不确定性，可考虑采用模糊理论中的最大隶属度原则诊断故障原因，判断故障类型，将状态信号与模糊数学方法结合起来分析故障的随机性和模糊性问题。

除了上述方法外，还可以结合人工智能、专家系统、神经网络等方法诊断故障，系统、神经网络等方法诊断故障。

3.3远程故障诊断系统

4在线监测和故障诊断技术存在的问题

4.1在线监测装置的稳定性

在线监测装置的稳定性是推广及应用的关键，其中既有技术问题，也有制造工艺的问题。

1）元器件的老化：

在线监测装置所用的元器件种类多，特别是电子元器件在现场恶劣环境下运行，在电力系统过电压、短路故障等冲击作用下易于损坏。

如前台机（含传感器及辅助电路元器件）直接安装在设备上或附近，不仅环境因素复杂，而且连续高温或大范围的温度变化对元器件的寿命和稳定性影响很大。

后台工控机质量不高，冲击负荷对主板电路和控制器件的危害很强，死机现象时有发生。

2）电磁兼容性：

虽然研究者和制造商们花了很大的力气研究防电磁干扰的问题，但从目前的技术水平看，就在线监测本体而言，采用硬件与软件结合、以软为主的主导思想对解决从强电磁场干扰信号完全淹没中提取微弱在线监测信号已有诸多的措施，在实验室已经可以做到非常高的精度。

但问题在于对不同变电站的干扰源及其传播路径需要作出对应的分析，并采取相应的措施。

因此，需要在总结运行经验的基础上，制定相应的出厂和安装完后交接时的电磁兼容性试验标准。

3）现场维护：

由于在线监测的传感器及前置放大器等辅助器件，在长时间复杂而恶劣环境中运行后，电子器件因老化而使相应特性及灵敏度发生变化，光敏、气敏等传感器件敏感性降低，机构部件不灵等，都会使检测的数据发生偏差，需要定期重新设置标定、检修或更新。

因此，在线监测装置厂商需要给出可靠的免维护时间或更换周期，需要建立自己产品分布的信息管理网站和高水平的快速反映维护队伍，用户也要有从事在线监测装置维修与检测的专职工程师。

4.2在线监测与诊断系统的标准化

由于在线监测技术及装置还处于研发阶段，监测的技术、方法和诊断软件都在不断完善和改进，加之市场竞争导致相互沟通少，因此在线监测装置与诊断装置的标准化问题都不可能很快建立。

1）监测装置：

从发展趋势来看，应当尽早制定一个采用现场总线技术的行业性标准和数据通讯规约，建立标准化的库标准和完善的信息管理系统，使各个厂商之间的产品都具有开发性、可扩展性和互换性。

这样，既可以让用户从不同特色厂家优化组合一个监测装置的各个单元，提高系统的稳定性和可靠性，又可以减少厂商的维护队伍，同时用户也可以及时进行抢修。

2）诊断系统：

众所周知，在运行条件下获得在线监测数据与离线试验数据之间有一定差异，不能把在