1、电气设备故障及其危害性分析
为了保证系统供电的可靠性,电机、变压器、输电线路、电力电容器、避雷针、绝缘子构成电力系统的主要电气设备。电气设备一旦发生故障,将会出现大面积停电停产、造成巨大的经济损失。国内外的大量资料和统计结果表明,导致设备失效的主要原因是其绝缘性能的劣化。例如:2003年8月14日的北美电力系统大停电的分析报告就指出:造成停电的主要原因是俄亥俄州的地区电力局计算机失效和几条关键的345千伏输电线对生长过速的树木放电而引起的对地短路事故。绝缘老化因子可分为热、电、环境和机械因子四种。因此对于电气设备状态监测与故障诊断具有非常重要的意义。
2、在线监测与状态维修的必要性及意义
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。而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。
2.1 预防性维修阶段
早期阶段:对设备使用直到发生故障,然后维修。其后,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在电力部门形成制度,对减少和防止事故的发生起到了很好的作用。缺陷:离线进行试验带来一些不足。
(1)离线试验需停电进行,而不少重要电力设备轻易不能停止运行。
(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。
(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。
(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。
例如某条高压电缆出厂计划寿命为10年,工作10年后必须更换。计划寿命是一个估算数字,并且留有一定的安全裕度,极少数可能工作作寿命不足10年。大多数运行寿命能超过10年,或在15年以上。实行计划寿命一刀切的方法是不合时宜的。
2.2 状态维修
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。采用状态监测与故障诊断技术后,可以使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”。
状态维修步骤:
(1)在线监测:获得能反应故障的信号;
(2)分析诊断:进行信号分析处理做出诊断;
(3)预防性维修:根据诊断结果有的放矢维修。
在线监测预诊断的优点是:
(1)被监测设备全过程受控,没有死区;
(2)适时维修可避免过剩维修,节约维修资金;
(3)适时维修可避免维修不足,可避免设备带病工作。减少事故的发生,减少经济损失;
(4)预诊断出设备较精确的剩余寿命,合理使用设备,避免设备浪费。
现代企业设备(特别是大型关键的电气设备)装备在线故障监测诊断装置,应用新的故障监测技术巳成必然的趋势,是提高企业经济效益的有效手段之一。
3、状态监测与故障诊断技术的发展概况
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。
4、在线监测的发展趋势
由于状态监测与故障诊断技术的难度,不论是国内,还是国外,目前多数监测系统的功能还比较单一。今后发展趋势为:
(1)多功能多参数的综合监测和诊断,即同时监测能反映某电气设备的绝缘状态的多个特征参数;
(2)对电站或变电站的整个电气设备实行集中监测和诊断,形成一套完整的分布式在线监测系统;
(3)不断提高监测系统的可靠性和灵敏度;
(4)在不断积累监测数据和诊断经验的基础上,发展人工智能技术,建立人工神经网络和专家系统,实现绝缘诊断的自动化。
5、在线监测系统的技术要求
(1)系统的投入和使用不应改变和影响一次设备的正常运行;
(2)能自动地连续进行监测、数据处理和存储;
(3)具有自检和报警功能;
(4)具有较好地抗干扰能力和合理的监测灵敏度;
(5)监测结果应有较好的可靠性和重复性,以及合理的准确度;
(6)具有在线标定其监测灵敏度的功能;
(7)具有对电气设备故障诊断功能包括故障定位、故障性质、故障程度的判断和绝缘寿命的预测等。