电力系统的状态监测与故障诊断技术探讨

2023-01-19

1 状态监测和故障诊断技术的概念

电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用, 其性能逐渐劣化, 最终导致故障。特别是电气设备中的绝缘介质, 大多为有机材料, 如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等, 容易在外界因素作用下发生老化。电气设备是组成电力系统的基本元件, 一旦失效, 必将引起局部甚至广大地区的停电, 造成巨大的经济损失和社会影响。

设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测, 其目的是为了判明设备是否处于正常状态。

设备的“故障诊断”是指这样的过程:根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息, 采用所掌握的关于设备的知识和经验, 进行推理判断, 找出设备故障的类型、部位及严重程度, 从而提出对设备的维修处理建议。

简言之, “状态监测”是特征量的收集过程, 而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。

2 状态监测与故障诊断技术的意义

早期是对设备使用直到发生故障, 然后维修, 称为事故维修。但是对于大型设备, 突发性事故将造成巨大损失, 因此后来发展成定期试验和维修, 即预防性维修。现在, 定期预防性试验和维修已成为电力系统设备的主要维修方式, 对减少和防止事故的发生起到了很好的作用。但预防性试验是离线进行的, 有很多不足之处。

2.1 离线试验需停电进行, 而重要电力设备轻易不能停止运行

2.2 停电后设备状态 (如作用电压、温度等) 和运行中不符, 影响判断准确度

2.3 由于是周期性定期检查, 而不是连续地

随时监测, 设备仍可能在试验间隔期间发生故障, 即造成维修不足

2.4 由于是定期检查和维修, 设备状态即使

良好时, 按计划仍需进行试验和维修, 造成人力物力浪费, 甚至可能因拆卸组装过多而造成损坏, 即造成所谓维修过度

因此, 目前正在发展以状态监测 (通常是在线监测) 和故障诊断为基础的状态维修。其基本原理可简述如下。设备的劣化、缺陷的发展虽然具有统计性, 发展的速度也有快慢, 但大多具有一定的发展期。在这期间, 会产生各种前期征兆, 表现为其电气、物理、化学等特性发生少量渐进的变化。随着电子技术、计算机技术、光电技术、信号处理技术和各种传感技术的发展, 可以对电气设备进行在线的状态监测, 及时取得各种即使是微弱的信息。对这些信息进行处理和综合分析后, 根据其数值的大小及变化趋势, 可对设备的可靠性随时作出判断和对设备的剩余寿命作出预测, 从而能早期发现潜伏的故障, 必要时可提供预警或规定的操作。状态监测 (在线监测) 与故障诊断技术的特点是可以对电气设备在运行状态下进行连续或随时的监测与判断, 故可避免上述预防性试验的缺点。

采用状态监测与故障诊断技术后, 将能改变设备的维修体制, 从预防性维修向预知性维修即状态维修过渡, 从“到期必修”过渡到“该修则修”。

状态维修可以科学地提高设备的供电率, 明确检修目标, 为设备安全、稳定、可靠、长周期、优质运行提供可靠的技术和管理保障措施。设备状态检修可以实现效益上的提高, 状态检修管理不仅仅降低了用手工作业的劳动方式、提高了工作效率, 更重要的是增加发供电能力, 能够充分利用已有的状态信息, 通过多方位、多元化的分析, 最大限度地把握设备的状态, 依此制定合理的检修维护策略, 从而提高电力设备可用时间, 延长设备使用寿命。在维修经费中优化分配使用, 节省大量维修费用, 特别是在做到能对设备的寿命进行正确估计后就可以更有效地储存和安排设备备品, 这可节省大量的备品经费。状态检修方式以设备当前的实际运行工况为依据, 确保发供电可靠性, 降低维修成本、减少维修风险。