電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷

1、網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目：電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷學(xué)習(xí)中心：層 次：?？破瘘c(diǎn)本科專 業(yè)：年 級(jí)： 年 春/秋 季學(xué) 號(hào)：學(xué) 生：指導(dǎo)教師：完成日期：年 月 日內(nèi)容摘要文中分析了電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)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(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，探討了電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的意義與 維修意義，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是在被測(cè)設(shè)備處于運(yùn)行的條件下，對(duì)電氣設(shè)備的狀況進(jìn) 行連續(xù)或定時(shí)的監(jiān)測(cè)，電氣設(shè)備的故障診斷的方法，探討了電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè) 和故障診斷技術(shù)的發(fā)展概況和電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)的發(fā)出趨勢(shì)和存在的不足。 關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；在線監(jiān)測(cè)；故障診斷；發(fā)展趨勢(shì)；技術(shù)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(guó)內(nèi)外研究和發(fā)展動(dòng)態(tài) 1.2.1 在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)發(fā)展概況 1.2.2 在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)發(fā)展方向 1.3 本文的主要內(nèi)容2電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)2.1 概述2.2 高壓斷路器的在線監(jiān)測(cè)2.3 變壓器的在線監(jiān)測(cè) 2.4 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè) 2.5 電容型設(shè)備的在線監(jiān)測(cè) 3電氣設(shè)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(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)4在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)存在的問(wèn)題 4.1 在線監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定性4.2 在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化 4.3 電氣設(shè)備剩余壽命預(yù)測(cè)技術(shù) 5 結(jié) 論參考文獻(xiàn)附 錄1.1.1 緒論1.1

3、課題的背景及意義近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)大面積停電事故時(shí)有發(fā)生，原因大多與電網(wǎng)設(shè)備存在問(wèn) 題和電網(wǎng)運(yùn)行問(wèn)題有關(guān)。為防止電氣設(shè)備自身故障導(dǎo)致電網(wǎng)事故采用在線監(jiān)測(cè)與 故障診斷技術(shù)來(lái)對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷，已成為發(fā)展方向，并引起 各方面的重視。加強(qiáng)電氣設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)的研究及開(kāi)發(fā)，在應(yīng) 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(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷對(duì)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著十分重要 的意義。通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可對(duì)設(shè)備的可靠性隨時(shí)作出判斷， 從而能早期發(fā)現(xiàn)潛伏的故障。因此對(duì)電氣設(shè)備絕緣早期和突發(fā)性故障進(jìn)行在線檢 測(cè)和診斷，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行狀

4、態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估具有現(xiàn)實(shí)意義。為了保證電力設(shè)備質(zhì)量，在設(shè)備投入運(yùn)行前都要進(jìn)行嚴(yán)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(shè)備的最大生產(chǎn)能力，常常需要進(jìn) 行日常的科學(xué)管理和維護(hù)。目前，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為了電氣設(shè)備運(yùn)行中不可缺少的一種技術(shù)之一， 因此分析電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和故障診斷要點(diǎn)非常有必要，這是提高電氣設(shè)備運(yùn)行 效果的必要工作1.2 國(guó)內(nèi)外研究和發(fā)展動(dòng)態(tài)1.1.2 在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)發(fā)展概況國(guó)外對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究，始于20世紀(jì)60年代。各發(fā)達(dá)國(guó)家都很重視，但直到7080年代，隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù) 的發(fā)展與應(yīng)用，設(shè)備在線診斷技術(shù)才真正得到迅

5、速發(fā)展。我國(guó)對(duì)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的重要性也早已認(rèn)識(shí)。60年代就提出過(guò)不少帶電試驗(yàn)的方法，但由于操作復(fù)雜，測(cè)量結(jié)果分散性大，沒(méi)有得到推廣。80年代以來(lái)，隨著高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，我國(guó)的電氣設(shè)備在線診斷技術(shù)也得到 了迅猛發(fā)展。由于我國(guó)工業(yè)發(fā)展迅速，用電一直緊張，加之部分設(shè)備故障率較高， 因此，對(duì)于推行在線診斷技術(shù)以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性更為迫切。1.1.3 在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)發(fā)展方向20 世紀(jì)60年代，國(guó)外就已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)水電廠電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究，隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，設(shè)備的在線檢 測(cè)技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，對(duì)于水電廠電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)與故障

6、檢修的重要性， 60年代就已經(jīng)提出過(guò)不少帶電監(jiān)測(cè)方法，但遺憾的是，這些方法由于操作復(fù)雜， 測(cè)量結(jié)果分散性很大沒(méi)有推廣下去。隨著高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，進(jìn)入到80年代以來(lái)，我國(guó)的電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展。再加上，我國(guó)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(guó)現(xiàn)在目前的設(shè)備并不是很先進(jìn)， 有些設(shè)備很容易出現(xiàn)故障，這就造成了我國(guó)對(duì)于推行在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和提高電力系 統(tǒng)運(yùn)行可靠性的要求更加迫切。由于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的難度，目前，不論國(guó)內(nèi)還 是國(guó)外，多數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能還比較單一，不能全面對(duì)水電廠電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān) 測(cè)。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)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(cè)和診斷，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)必須能同時(shí)監(jiān)測(cè)能夠反映 電氣設(shè)備的狀態(tài)的多個(gè)特征的參數(shù)。2、形成一套完整的分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)λ姀S整個(gè)電氣設(shè)備進(jìn)行集 中監(jiān)測(cè)和診斷，以便于更好的省時(shí)、省力和省錢。3、由于目前的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和靈敏度不是很高，因此，在未來(lái)的發(fā) 展中，在線檢測(cè)技術(shù)必須不斷的提高檢測(cè)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(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷。全文共分為四章，各章內(nèi)容簡(jiǎn)介如下：第一章緒論，簡(jiǎn)述課題的背景和意義、論題的國(guó)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(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)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(shè)備的在線監(jiān)測(cè)；第三章電氣設(shè)備的故障診斷，電氣系統(tǒng)的基本框架、故障診斷方法、遠(yuǎn)程故 障診斷系統(tǒng)；第四章在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的不足，在線監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定性、在線監(jiān)測(cè) 和診斷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、電氣設(shè)備剩余壽命的預(yù)測(cè)技術(shù)本文最后對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并指出了研究課題的未來(lái)發(fā)展方向。2 電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)2.1 概述電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指在設(shè)備使用期內(nèi)連續(xù)不斷檢查和判斷設(shè)備狀態(tài)， 預(yù)測(cè)設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)的系統(tǒng)。通常通過(guò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)量反映設(shè)備運(yùn)行情況，首 先獲取診斷對(duì)象的狀態(tài)信息，采集電力設(shè)備的電壓、電流、頻率、局部放電量以 及磁力線密度等信號(hào)（包括正常信號(hào)和異常信號(hào)）。根據(jù)表征設(shè)備狀態(tài)量的各種信 號(hào)的不同特

9、性而采用不同的信號(hào)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(gè)足夠數(shù)據(jù)處理所需長(zhǎng)度的信號(hào)樣本。2）定時(shí)采樣，按事前整定的周期進(jìn)行采樣。3）利用發(fā)生隨機(jī)故障時(shí)的信號(hào)突變進(jìn)行自動(dòng)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(duì)不同的電力設(shè)備和任務(wù)要求其狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法也不同。2.2 高壓斷路器的在線監(jiān)測(cè)2.3 變壓器的在線監(jiān)測(cè)2.4 金屬氧化物避雷器的在線監(jiān)測(cè)2.5 電容型設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)3電氣設(shè)備的故障診斷3.1 系統(tǒng)的基本框架通常，電氣設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)應(yīng)包含信息檢測(cè)及傳輸、數(shù)據(jù)處理、 狀態(tài)識(shí)別、預(yù)報(bào)決策等多個(gè)單元。1）信息檢測(cè)及傳輸：按照不同的檢

10、測(cè)對(duì)象和診斷目的，選擇相應(yīng)的傳感器檢 測(cè)出反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字電信號(hào)。對(duì)于集中在控制室監(jiān)測(cè)或具有遠(yuǎn)程診斷功能的在線監(jiān)測(cè)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(hào)電纜或光纖。2）數(shù)據(jù)處理：從檢測(cè)單元傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)需要在前臺(tái)機(jī)預(yù)處理和后臺(tái)機(jī)進(jìn)行綜 合處理及分析，其中包括抑制電磁場(chǎng)干擾、維數(shù)壓縮等，最終提取出能真實(shí)反映 設(shè)備故障的特征量，為診斷提供有效的數(shù)據(jù)。3）狀態(tài)識(shí)別（即診斷）：對(duì)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(dǎo) 則）、歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及專家知識(shí)等進(jìn)行分析比較，對(duì)設(shè)備故障分類，對(duì)故障 部位定位，對(duì)故障嚴(yán)重程度判定。4）預(yù)報(bào)決策（或在線評(píng)估

11、）：對(duì)狀態(tài)識(shí)別診斷出的故障，由決策支持系統(tǒng)根 據(jù)預(yù)置的閥值進(jìn)行報(bào)警或由預(yù)測(cè)分析軟件對(duì)故障的發(fā)展趨勢(shì)和設(shè)備絕緣安全運(yùn)行 時(shí)間（或稱剩余壽命）等進(jìn)行評(píng)估推測(cè)，為狀態(tài)維修決策提供依據(jù)。3.2 故障診斷方法針對(duì)電力設(shè)備故障的多樣性以及一個(gè)故障多種征兆，介紹幾種診斷方法：1）利用多傳感技術(shù)和信息融合處理技術(shù)診斷某種故障不同的故障表象。多傳 感技術(shù)利用多個(gè)傳感器從多側(cè)面、多角度觀測(cè)同一對(duì)象，即針對(duì)同一故障的多種 故障表征，多層次多領(lǐng)域（時(shí)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(shù)是將來(lái)自多傳感器的數(shù)據(jù)按照一定的準(zhǔn)則加以分析和綜合的數(shù) 據(jù)處

12、理過(guò)程。因同一設(shè)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(guān)聯(lián) 關(guān)系，利用融合技術(shù)“求同去異”可提高電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷的準(zhǔn)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(guò)對(duì)故障誤差的學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)修正故 障特征量。這種診斷方法具有一定的自適應(yīng)能力，適合于具有不確定性和慢時(shí)變 性的復(fù)雜對(duì)象的故障診斷。其實(shí)質(zhì)是將每次的故障征兆矢量作為原先驗(yàn)征兆矢量 集中的一個(gè)新的先驗(yàn)征兆矢量，并根據(jù)自適應(yīng)算法修正故障特征矢量。故障先驗(yàn)征兆矢量不確定時(shí)，則需要人工判斷第一次故障。3）針對(duì)電力設(shè)備的固有特性以及在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)信息量不足導(dǎo)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(hào)與模糊數(shù)學(xué)方法結(jié)合起來(lái)分析故障的隨機(jī)性和模糊性問(wèn)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(luò)等方法診斷故 障，系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法診斷故障。3.3 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)4在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)存在的問(wèn)題4.1 在線監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定性在線監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定性是推廣及應(yīng)用的關(guān)鍵，其中既有技術(shù)問(wèn)題，也有制造 工藝的問(wèn)題。1）元器件的老化：在線監(jiān)測(cè)裝置所用的元器件種類多，特別是電子元器件在 現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下運(yùn)行，在電力系統(tǒng)過(guò)電壓、短路故障等沖擊作用下易于損壞。如 前臺(tái)機(jī)（含傳感器及輔助電路元器件）直接安裝在設(shè)備上或附近，不僅環(huán)境因素復(fù)

14、 雜，而且連續(xù)高溫或大范圍的溫度變化對(duì)元器件的壽命和穩(wěn)定性影響很大。后臺(tái) 工控機(jī)質(zhì)量不高，沖擊負(fù)荷對(duì)主板電路和控制器件的危害很強(qiáng)，死機(jī)現(xiàn)象時(shí)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(wèn) 題，但從目前的技術(shù)水平看， 就在線監(jiān)測(cè)本體而言， 采用硬件與軟件結(jié)合、 以 軟為主的主導(dǎo)思想對(duì)解決從強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾信號(hào)完全淹沒(méi)中提取微弱在線監(jiān)測(cè)信號(hào) 已有諸多的措施，在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以做到非常高的精度。但問(wèn)題在于對(duì)不同變電 站的干擾源及其傳播路徑需要作出對(duì)應(yīng)的分析，并采取相應(yīng)的措施。因此，需要在總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 制定相應(yīng)的出廠和安裝完后交接時(shí)的電磁兼容性試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)。3）現(xiàn)場(chǎng)維

15、護(hù)：由于在線監(jiān)測(cè)的傳感器及前置放大器等輔助器件，在長(zhǎng)時(shí)間復(fù)雜而惡劣環(huán)境中運(yùn)行后， 電子器件因老化而使相應(yīng)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(jī)構(gòu)部件不靈等，都會(huì)使檢測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)生偏差， 需要定期重新設(shè)置標(biāo)定、檢修或更新。因此，在線監(jiān)測(cè)裝置廠商需要給出可靠的免維護(hù)時(shí)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(hù)隊(duì)伍， 用戶也要有從事在線監(jiān)測(cè)裝置維修與檢測(cè)的專職工程師。4.2 在線監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化由于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)及裝置還處于研發(fā)階段，監(jiān)測(cè)的技術(shù)、方法和診斷軟件都 在不斷完善和改進(jìn)，加之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致相互溝通少，因此在線監(jiān)測(cè)裝置與診斷裝置的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題

16、都不可能很快建立。1）監(jiān)測(cè)裝置：從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，應(yīng)當(dāng)盡早制定一個(gè)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的行業(yè) 性標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)通訊規(guī)約，建立標(biāo)準(zhǔn)化的庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)和完善的信息管理系統(tǒng)，使各個(gè)廠 商之間的產(chǎn)品都具有開(kāi)發(fā)性、可擴(kuò)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(gè)監(jiān)測(cè)裝置的各個(gè)單元，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，又可以減少?gòu)S商的維護(hù)隊(duì)伍，同時(shí)用戶也可以及時(shí)進(jìn)行搶修。2）診斷系統(tǒng)：眾所周知，在運(yùn)行條件下獲得在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與離線試驗(yàn)數(shù)據(jù)之 間有一定差異， 不能把在離線試驗(yàn)診斷標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)作為在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的診斷標(biāo) 準(zhǔn)。就目前而言，通常采用橫比（同類設(shè)備相比）、縱比（同一設(shè)備的趨勢(shì)分析）和 綜合分析（綜合在線與離線歷次數(shù)

17、據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)）相結(jié)合的診斷思路是可行的。4.3 電氣設(shè)備剩余壽命預(yù)測(cè)技術(shù)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(jìn)的地方、 課題的未來(lái)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(shè)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò) 分析、歸納的過(guò)程而形成的總觀點(diǎn)。結(jié)論必須完整、準(zhǔn)確。參考文獻(xiàn)1張萬(wàn)山，王小四.空氣質(zhì)量的研究.環(huán)境學(xué)報(bào)，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(xué)管理國(guó)際會(huì)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(xué)風(fēng)建設(shè).城市日?qǐng)?bào)，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(shuō)明：1 .同學(xué)需按此格式(字體為五號(hào)、宋體)，把論文中引用的他人的文章或書(shū)籍，標(biāo)記下來(lái)，參考文獻(xiàn)要求至少四篇以