電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷課件

電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷變壓器GIS···電力電纜發(fā)電機(jī)電容性設(shè)備電氣設(shè)備界定一次能源火力水力風(fēng)力核能太陽(yáng)能地?zé)???電能全球截止到2030年仍將有1/5的人口，根本的不到電力供應(yīng)。美國(guó)在未來(lái)20年中需要建設(shè)1300個(gè)發(fā)電廠（平均每年65個(gè)）才能滿足日益增長(zhǎng)的用電需求。否則，加州停電問(wèn)題就肯定會(huì)在全國(guó)范圍內(nèi)出現(xiàn)。能源短缺將對(duì)美國(guó)所有的地區(qū)造成影響。發(fā)展中國(guó)家和不發(fā)達(dá)國(guó)家嚴(yán)重的能源短缺和電力工業(yè)的落后狀態(tài)，已成為影響其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。世界電力之現(xiàn)狀中國(guó)電力之現(xiàn)狀到2001年底:發(fā)電裝機(jī)容量3.38億千瓦發(fā)電量完成14780億千瓦時(shí)

35kV及以上線路總長(zhǎng)度762000公里

其中，500kV線路31394公里

330kV線路8669公里

220kV線路134875公里世界各國(guó)1996年的電力狀況和人均消費(fèi)電量排序

東北電網(wǎng)華北電網(wǎng)西北電網(wǎng)川渝電網(wǎng)華中電網(wǎng)華東電網(wǎng)南方電網(wǎng)我國(guó)電網(wǎng)基本框架新疆西藏500kV220kV330kV熱電廠水電站核電站

我國(guó)的發(fā)電一次能源主要分布西部地區(qū)，而電力消費(fèi)主要集中在中、東部和南部地區(qū)。西電東送、南北互供，發(fā)展全國(guó)聯(lián)網(wǎng)是解決我國(guó)能源分布與電力消費(fèi)矛盾的重要措施。并將形成北、中、南三個(gè)輸電通道。中國(guó)電力工業(yè)分為7個(gè)跨省(區(qū))電力集團(tuán):東北、華北、華東、華中、西北、南方和川渝，5個(gè)獨(dú)立省級(jí)電網(wǎng):山東、福建、新疆、海南、西藏(未包括臺(tái)灣和港澳地區(qū))。電力系統(tǒng)的構(gòu)成電廠輸電網(wǎng)配電網(wǎng)用戶瞬間平衡的電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是世界上最大的“瞬間動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)”。發(fā)電和用電是同時(shí)發(fā)生的，基本沒(méi)有存儲(chǔ)環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)的所有問(wèn)題都是圍繞這個(gè)特點(diǎn)展開(kāi)的。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題電廠電力網(wǎng)用戶系統(tǒng)瞬間改變

發(fā)電、輸電和用電過(guò)程構(gòu)成了不可分割的整體，任何環(huán)節(jié)發(fā)生故障都有可能引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。

歷史上的大停電事故1965年由于保護(hù)繼電器動(dòng)作失靈導(dǎo)致的美國(guó)紐約大停電，造成近30億美元經(jīng)濟(jì)損失，50多萬(wàn)人被困在地下和地鐵的車(chē)廂里。1989年3月6日太陽(yáng)出現(xiàn)過(guò)一次強(qiáng)度達(dá)的X15級(jí)耀斑，伴隨產(chǎn)生的太陽(yáng)風(fēng)暴導(dǎo)致加拿大電力輸送中斷，600萬(wàn)人斷電9小時(shí)之久，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)10億美元。美國(guó)舊金山1998年2月8日，太平洋天然氣電力公司(PGE)變電站發(fā)生停電事故，所有從圣馬特歐變電站至舊金山的5條115kV輸電線全部跳開(kāi)，舊金山地區(qū)2個(gè)發(fā)電廠解列，456000多個(gè)用戶停電。舊金山大停電巴西大停電巴西圣保羅

1999年，由于閃電擊中圣保羅的一個(gè)變電站，變壓器跳閘導(dǎo)致電網(wǎng)解列，引起巴西南部地區(qū)停電長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)之久。停電波及巴西27個(gè)州的11個(gè)州，停電地區(qū)是巴西人口和工商業(yè)最密集的地區(qū)，直接影響1.7億人的正常工作與生活，經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。由于停電發(fā)生在午間交通高峰時(shí)間，交通燈熄滅，引起嚴(yán)重交通堵塞。

美國(guó)紐約2002年3月位于曼哈頓東區(qū)的愛(ài)迪生聯(lián)合電廠突然失火，并引燃了用于發(fā)電的燃油。這起事故造成紐約第14大街以南的6.3萬(wàn)戶居民住宅停電，附近的格林尼治和索霍等地區(qū)也受到影響。居住在世貿(mào)中心遺址附近的居民又一次感受到了“９·１１”時(shí)的恐怖氣氛。駕車(chē)者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行駛，高大建筑內(nèi)的人們?cè)谄岷诘臉堑览锩髦靶?，耳邊不時(shí)傳來(lái)陣陣警笛聲。

紐約大停電（II）

菲律賓主島呂宋島2002年5月21日由于海底電纜損壞，引發(fā)大面積停電事故，全國(guó)人口一半以上受到影響。首都馬尼拉地區(qū)四千多萬(wàn)人沒(méi)有電力供應(yīng)。

這次停電對(duì)菲律賓的商業(yè)運(yùn)作造成重大打擊。受停電影響，鐵路系統(tǒng)停頓，數(shù)以千計(jì)的乘客被困車(chē)廂內(nèi)；菲律賓股票市場(chǎng)也被迫中斷交易。

菲律賓大停電加州大停電

美國(guó)加州2002年1月以及3月連續(xù)兩次發(fā)生全州停電事故。為防止整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，加州實(shí)行了二戰(zhàn)后的首次燈火管制，以避免對(duì)電力設(shè)備造成損害，引發(fā)更大面積的不能控制的斷電事故。電力官員稱(chēng)用電高峰再次對(duì)該州設(shè)備嚴(yán)重老化的電力系統(tǒng)帶來(lái)完全癱瘓的威脅，加州已宣布進(jìn)入3級(jí)緊急狀態(tài)。

Cisco、IBM和Intel等公司擔(dān)心加州能源危機(jī)惡化，正考慮撤離硅谷。加州議會(huì)正擬定一項(xiàng)4億美元的電力拯救計(jì)劃。

在我國(guó)，近20年來(lái)各大電網(wǎng)中規(guī)模較大的停電事故約有140余起，每次損失數(shù)以億計(jì)。近幾年事故次數(shù)雖有所下降。但其規(guī)模和造成的損失卻大幅度擴(kuò)大和上升。隨著全國(guó)電網(wǎng)的形成，電力系統(tǒng)重大事故也更將危及到我國(guó)國(guó)家安全。

希臘北部地區(qū)2002年6月12日下午由于氣溫過(guò)高，希臘北部最大城市薩洛尼卡附近一座變電站內(nèi)的變壓器突然發(fā)生爆炸，造成包括該市在內(nèi)的大部分希臘北部地區(qū)供電中斷。發(fā)生長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多小時(shí)的嚴(yán)重停電事故，造成許多城市交通癱瘓，通訊系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

瑞典首都斯德哥爾摩于2002年3月11日開(kāi)始，由于地下隧道的輸電電纜被燒毀，連續(xù)兩天發(fā)生大面積停電事件，造成許多工廠停產(chǎn)，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ睢Ｓ?guó)南部萊斯特郡5月11日發(fā)生大面積停電。2萬(wàn)多戶家庭連續(xù)幾天生活在黑暗中。附近的肯特郡、薩塞克斯郡和薩里郡的3.1萬(wàn)戶家庭的斷電現(xiàn)象則持續(xù)了更長(zhǎng)一段時(shí)間。

臺(tái)灣1999年7月29日全島發(fā)生五十年來(lái)最大的一起停電事故，南北兩條超高壓輸電線路損壞，進(jìn)而引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成臺(tái)中電廠、通霄電廠、林口電廠、協(xié)和電廠、深澳電廠以及核能一、二、三廠全部跳閘，總跳機(jī)電量高達(dá)1000萬(wàn)千瓦，全臺(tái)灣停電用戶高達(dá)900萬(wàn)戶。包括機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、科學(xué)園等敏感地區(qū)，都一度陷入停電狀態(tài)。直接經(jīng)濟(jì)損失在150億新臺(tái)幣以上。新竹科學(xué)園的26座晶片廠生產(chǎn)線因此停頓1至2天，每座晶片廠的損失估計(jì)超過(guò)5000萬(wàn)元，由于適逢月底出貨高峰，總計(jì)這次大停電造成新竹科園區(qū)的損失約新臺(tái)幣100億元以上。臺(tái)灣大停電

遼沈地區(qū)2001年2月22日遭遇最嚴(yán)重大面積停電事故，沈陽(yáng)市區(qū)停電面積已經(jīng)超過(guò)70%。遼沈停電事故是從高壓輸電線路的燃弧放電開(kāi)始的。遼沈?yàn)槲覈?guó)重工業(yè)區(qū)，含鹽的空氣污染物附著在絕緣瓷瓶上，大霧濕氣使瓷瓶絕緣能力降低，電流沿著瓷瓶表面爬升，出現(xiàn)閃烙放電現(xiàn)象。遼沈停電事故中，幾乎所有的高壓輸電線路都“火冒三丈”，停電事故最厲害的就是工業(yè)集中、污染嚴(yán)重的鐵西區(qū)，該區(qū)全部停止了電力供應(yīng)，損失巨大。遼沈大停電停電原因城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

管理不善設(shè)備故障

檢修

電源不足

外部因素氣象影響

上海0.06

2.12

45.31

39.17

0.00

10.78

2.56

太原1.63

3.04

16.76

64.710.53

10.31

3.02

長(zhǎng)春0.40

1.82

14.66

69.26

0.00

8.02

5.84杭州2.97

4.82

18.44

67.18

0.00

5.34

1.25

廣州0.00

19.4528.6950.96

0.00

0.00

0.90

西寧0.04

3.78

49.50

29.19

0.00

17.490.00平均合計(jì)0.855.8428.8952.910.0888.662.26(%)1981～1990年間，我國(guó)主要電網(wǎng)有近1/3的電網(wǎng)事故的直接起因是設(shè)備故障損壞所造成的，而在“八五”期間，由設(shè)備故障直接引發(fā)的電網(wǎng)事故占事故總量的26.3%，可見(jiàn)提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵?，F(xiàn)代電力設(shè)備的可靠性在很大程度上取決于其絕緣的可靠性。

安全第一“不求有功，但求無(wú)過(guò)”是電力運(yùn)行單位的宗旨。但要實(shí)現(xiàn)這一消極的目的，需要非常積極的態(tài)度。

保證設(shè)備安全的基本途徑

制造100%可靠的設(shè)備建立完善的維修計(jì)劃雖然設(shè)備的質(zhì)量和可靠性主要取決于設(shè)計(jì)和制造階段，但為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行，在很大程度上也需要借助于投運(yùn)后的維護(hù)工作，即在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的巡視檢查、監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)，建立完善的維修計(jì)劃，以減少事故的發(fā)生，提高運(yùn)行可靠性。制造這樣的大型電力設(shè)備，在技術(shù)上是極其復(fù)雜的，尤其是對(duì)于電壓等級(jí)較高的設(shè)備，多數(shù)情況下這樣的設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)上也是不合理的。

電力系統(tǒng)維修方式的演變過(guò)程1.事后修理BM（BreakdownMaintenance）或故障維修；2.定期檢修TBM（TimeBasedMaintenance）或預(yù)防性維修PM（PreventiveMaintenance）；3.狀態(tài)維修CBM（ConditionBasedMaintenance）或預(yù)知性維修（PredictiveMaintenance）。事后維修體制

早期技術(shù)及管理水平都很低，即使再重要的設(shè)備也只能壞了再修。以致工作毫無(wú)計(jì)劃性，供電可靠性很低。簡(jiǎn)單方便，對(duì)消耗性產(chǎn)品是有效的。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，設(shè)備故障所造成的停電損失也越來(lái)越大，事后維修無(wú)法滿足系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性的需求。現(xiàn)行維修體制—定期維修

預(yù)防性試驗(yàn)是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段之一。在我國(guó)已有40年的使用經(jīng)驗(yàn)。預(yù)防性試驗(yàn)、大修和小修構(gòu)成了定期維修制的基本內(nèi)容。1.維修周期頻繁設(shè)備發(fā)電機(jī)變壓器電力電纜GIS小修周期（年）1111大修周期（年）35~10552.預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)多電力變壓器32項(xiàng)發(fā)電機(jī)25項(xiàng)互感器11項(xiàng)

GIS達(dá)20項(xiàng)定期維修制的種種弊端大修一臺(tái)30萬(wàn)kVA的發(fā)電機(jī)需要大約3個(gè)月的時(shí)間，耗費(fèi)資金近百萬(wàn)元。大修一臺(tái)12萬(wàn)kVA的變壓器需投入300多個(gè)工作人日，資金10萬(wàn)元。大修一臺(tái)220kV開(kāi)關(guān)需投入100多個(gè)工作人日，資金2萬(wàn)元。長(zhǎng)時(shí)間停電檢修，將造成大量的電量損失。300MW機(jī)組停運(yùn)一天，少發(fā)電720萬(wàn)度，直接損失150萬(wàn)元。3.經(jīng)濟(jì)性差4.增大不安全因素易發(fā)生人身和設(shè)備安全事故。

發(fā)生在檢修、試驗(yàn)人員身上的傷亡事故占全部供電傷亡事故的77.8%。停送電過(guò)程易造成誤操作。5.過(guò)度維修對(duì)110臺(tái)高壓變壓器進(jìn)行的162臺(tái)次定期吊檢大修結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。共發(fā)現(xiàn)缺陷24項(xiàng)，其中一般性缺陷23項(xiàng)，危及安全運(yùn)行的僅1項(xiàng)。對(duì)110kV及以上油開(kāi)關(guān)大修統(tǒng)計(jì)表明，95%以上未發(fā)現(xiàn)部件損壞。定期檢修雖有成效，但過(guò)于保守。實(shí)踐證明，頻繁檢修非但不能改善設(shè)備性能，反而常常會(huì)引入新的故障因素。

6.維修不足

由于采用周期性定期檢查，很難預(yù)防由于隨機(jī)因素引起的偶發(fā)事故。設(shè)備仍可能在試驗(yàn)間隔期間內(nèi)由于微小缺陷的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致發(fā)生故障。

預(yù)防性試驗(yàn)是在停電情況下，進(jìn)行的非破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓一般不超過(guò)10kV。而大部分變電設(shè)備工作電壓為110~500kV。很難正確反映高壓電氣設(shè)備在運(yùn)行中存在的缺陷。7.預(yù)防性試驗(yàn)條件與實(shí)際運(yùn)行工況不同

設(shè)備的現(xiàn)代化對(duì)設(shè)備的維修體制提出了變革的要求，設(shè)備運(yùn)行的高可靠性和維修方式的經(jīng)濟(jì)性已成為電力系統(tǒng)降低運(yùn)行成本的關(guān)鍵。發(fā)展中的維修體制—狀態(tài)維修狀態(tài)維修方式的基本思想“治于未病”

狀態(tài)維修即根據(jù)具體設(shè)備的實(shí)際情況來(lái)確定檢修周期和檢修內(nèi)容的維修體制。通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)查明設(shè)備可能“存在著什么樣的隱患，什么時(shí)候會(huì)發(fā)生故障”，預(yù)先得知將要發(fā)生事故的部位和時(shí)間，設(shè)備管理人員因此可以從容地安排停電計(jì)劃和組織維修人力，采購(gòu)必須的備件，以便在短時(shí)間內(nèi)完成高質(zhì)量的維修工作。實(shí)現(xiàn)“無(wú)病不修、有病才修、修必修好”的目的。

狀態(tài)維修的必要性

雖然設(shè)備內(nèi)部缺陷的出現(xiàn)和發(fā)展具有很強(qiáng)隨機(jī)性，但大多都具有一個(gè)的較為緩慢的發(fā)展過(guò)程，在這期間，會(huì)產(chǎn)生各種前期征兆，表現(xiàn)為其電氣、物理、化學(xué)等特性發(fā)生漸進(jìn)的量變。根據(jù)這些特征量值的大小及變化趨勢(shì)，即可對(duì)設(shè)備的可靠性隨時(shí)做出判斷，從而發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障。

狀態(tài)維修的技術(shù)可行性設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)故障診斷維修決策狀態(tài)維修的基礎(chǔ)狀態(tài)維修與監(jiān)測(cè)是一件物品的兩面

維修方式?jīng)Q定了所要采用的監(jiān)測(cè)技術(shù)；監(jiān)測(cè)與診斷的結(jié)果將指導(dǎo)維修策略的建立。運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)的兩種檢測(cè)方法帶電測(cè)量(On-sitedetection):對(duì)在運(yùn)行電壓下的設(shè)備，采用專(zhuān)用儀器，由人員參與進(jìn)行的測(cè)量。在線監(jiān)測(cè)(On-linemonitoring):在不影響設(shè)備運(yùn)行的條件下，對(duì)設(shè)備狀況連續(xù)或定時(shí)進(jìn)行的監(jiān)測(cè)，通常是自動(dòng)進(jìn)行的。

設(shè)備狀態(tài)維修管理系統(tǒng)

狀態(tài)維修管理系統(tǒng)的工作流程解體點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)機(jī)組性能分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)是否超過(guò)閾值是否進(jìn)入預(yù)測(cè)中心？診斷中心預(yù)測(cè)中心檢修決策數(shù)據(jù)歸宗反饋YYNN修改實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備狀態(tài)維修需要的技術(shù)支持：

1、復(fù)雜大系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)復(fù)雜大系統(tǒng)可靠性評(píng)估是RCM技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)，也是可靠性工程的重要組成部分，可靠性評(píng)估是根據(jù)產(chǎn)品的可靠性結(jié)構(gòu)、壽命模型及試驗(yàn)信息，利用統(tǒng)計(jì)方法和手段，對(duì)評(píng)價(jià)產(chǎn)品可靠性的性能指標(biāo)給出估計(jì)的過(guò)程。在可靠性評(píng)估領(lǐng)域，對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)的可靠性評(píng)估一直是重大難題之一。

2、先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)

先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維修的重要手段，也是一個(gè)長(zhǎng)盛不衰的研究熱點(diǎn)。因?yàn)楣收显\斷技術(shù)的發(fā)展首先決定于能否獲取盡可能多的有用信息，這是數(shù)據(jù)處理和診斷決策的基礎(chǔ)。3、信息采集處理技術(shù)

由于狀態(tài)監(jiān)測(cè)所監(jiān)測(cè)的特征信號(hào)，既有狀態(tài)變量，也有二次效率信息（如分解物等），因此可能有很多信號(hào)反應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)。不同的設(shè)備可能會(huì)選擇不同的信息及不同的信號(hào)處理方式。同時(shí)，由于信號(hào)在傳送過(guò)程中往往受其它信號(hào)的干擾，因此傳感器所測(cè)量的數(shù)據(jù)究竟采用模擬傳輸還是數(shù)字傳輸或采用有線傳輸還是無(wú)線傳輸?shù)葐?wèn)題也應(yīng)深入研究。4、干擾抑制技術(shù)

狀態(tài)檢測(cè)過(guò)程中雖然需要采取很多的抗干擾措施，但在在線檢測(cè)過(guò)程中仍會(huì)不可避免的受到現(xiàn)場(chǎng)中的各種干擾，除對(duì)硬件濾波器和數(shù)字濾波技術(shù)進(jìn)行深入研究外，近年來(lái)不斷有新的抗干擾技術(shù)出現(xiàn)。5、故障模式識(shí)別技術(shù)

研究故障的特征提取和特征識(shí)別的方法是故障診斷技術(shù)的一個(gè)重要分支。常用的故障分類(lèi)方法有：模糊識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)、小波分析、分形維修分析等。6、故障嚴(yán)重性分析技術(shù)

現(xiàn)在既有按產(chǎn)品功能和對(duì)環(huán)境與人員的損害可分為4個(gè)等級(jí)的故障嚴(yán)重性程度區(qū)分，又有用于評(píng)價(jià)電氣設(shè)備的3級(jí)評(píng)定法，但這些方法還都是以人為的辦法來(lái)區(qū)分的。由于區(qū)分故障嚴(yán)重性是確定設(shè)備是否退出運(yùn)行的關(guān)鍵性指標(biāo)。因此還需要進(jìn)一步深入研究電氣設(shè)備的故障嚴(yán)重性分類(lèi)及其分析方法。

7、壽命估計(jì)和預(yù)測(cè)技術(shù)

對(duì)設(shè)備的壽命估計(jì)是對(duì)電氣設(shè)備更新的基本依據(jù)，目前所采用的基本方法是在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上利用概率的相關(guān)知識(shí)。如通常認(rèn)為電容器的壽命服從威布爾分布，而發(fā)電機(jī)的壽命服從指數(shù)分布。現(xiàn)在又