1、電氣設備故障及其危害性分析
為了保證系統供電的可靠性,電機、變壓器、輸電線路、電力電容器、避雷針、絕緣子構成電力系統的主要電氣設備。電氣設備一旦發生故障,將會出現大面積停電停產、造成巨大的經濟損失。國內外的大量資料和統計結果表明,導致設備失效的主要原因是其絕緣性能的劣化。例如:2003年8月14日的北美電力系統大停電的分析報告就指出:造成停電的主要原因是俄亥俄州的地區電力局計算機失效和幾條關鍵的345千伏輸電線對生長過速的樹木放電而引起的對地短路事故。絕緣老化因子可分為熱、電、環境和機械因子四種。因此對于電氣設備狀態監測與故障診斷具有非常重要的意義。
2、在線監測與狀態維修的必要性及意義
為了保證電力設備質量,在設備投入運行前都要進行嚴格的質量檢查,基本消除了由于質量而引發的事故。而為了發揮電氣設備的最大生產能力,常常需要進行日常的科學管理和維護。
2.1 預防性維修階段
早期階段:對設備使用直到發生故障,然后維修。其后,發展成定期試驗和維修,即預防性維修。現在,定期預防性試驗和維修已在電力部門形成制度,對減少和防止事故的發生起到了很好的作用。缺陷:離線進行試驗帶來一些不足。
(1)離線試驗需停電進行,而不少重要電力設備輕易不能停止運行。
(2)停電后設備狀態(如作用電壓、溫度等)和運行中不符,影響判斷準確度。
(3)由于是周期性定期檢查,而不是連續地隨時監測,設備仍可能在試驗間隔期間發生故障,即造成維修不足。
(4)由于是定期檢查和維修,設備狀態即使良好時,按計劃仍需進行試驗和維修,造成人力物力浪費,甚至可能因拆卸組裝過多而造成損壞,即造成所謂維修過度。
例如某條高壓電纜出廠計劃壽命為10年,工作10年后必須更換。計劃壽命是一個估算數字,并且留有一定的安全裕度,極少數可能工作作壽命不足10年。大多數運行壽命能超過10年,或在15年以上。實行計劃壽命一刀切的方法是不合時宜的。
2.2 狀態維修
目前正在發展以狀態監測(通常是在線監測)和故障診斷為基礎的狀態維修。采用狀態監測與故障診斷技術后,可以使預防性維修向預知性維修即狀態維修過渡,從“到期必修”過渡到“該修則修”。
狀態維修步驟:
(1)在線監測:獲得能反應故障的信號;
(2)分析診斷:進行信號分析處理做出診斷;
(3)預防性維修:根據診斷結果有的放矢維修。
在線監測預診斷的優點是:
(1)被監測設備全過程受控,沒有死區;
(2)適時維修可避免過剩維修,節約維修資金;
(3)適時維修可避免維修不足,可避免設備帶病工作。減少事故的發生,減少經濟損失;
(4)預診斷出設備較精確的剩余壽命,合理使用設備,避免設備浪費。
現代企業設備(特別是大型關鍵的電氣設備)裝備在線故障監測診斷裝置,應用新的故障監測技術巳成必然的趨勢,是提高企業經濟效益的有效手段之一。
3、狀態監測與故障診斷技術的發展概況
國外對電氣設備狀態監測與故障診斷技術的研究,始于20世紀60年代。各發達國家都很重視,但直到70～80年代,隨著傳感器、計算機、光纖等高新技術的發展與應用,設備在線診斷技術才真正得到迅速發展。
我國對電氣設備狀態監測與故障診斷技術的重要性也早已認識。60年代就提出過不少帶電試驗的方法,但由于操作復雜,測量結果分散性大,沒有得到推廣。80年代以來,隨著高新技術的發展與應用,我國的電氣設備在線診斷技術也得到了迅猛發展。由于我國工業發展迅速,用電一直緊張,加之部分設備故障率較高,因此,對于推行在線診斷技術以提高電力系統的運行可靠性更為迫切。
4、在線監測的發展趨勢
由于狀態監測與故障診斷技術的難度,不論是國內,還是國外,目前多數監測系統的功能還比較單一。今后發展趨勢為:
(1)多功能多參數的綜合監測和診斷,即同時監測能反映某電氣設備的絕緣狀態的多個特征參數;
(2)對電站或變電站的整個電氣設備實行集中監測和診斷,形成一套完整的分布式在線監測系統;
(3)不斷提高監測系統的可靠性和靈敏度;
(4)在不斷積累監測數據和診斷經驗的基礎上,發展人工智能技術,建立人工神經網絡和專家系統,實現絕緣診斷的自動化。
5、在線監測系統的技術要求
(1)系統的投入和使用不應改變和影響一次設備的正常運行;
(2)能自動地連續進行監測、數據處理和存儲;
(3)具有自檢和報警功能;
(4)具有較好地抗干擾能力和合理的監測靈敏度;
(5)監測結果應有較好的可靠性和重復性,以及合理的準確度;
(6)具有在線標定其監測靈敏度的功能;
(7)具有對電氣設備故障診斷功能包括故障定位、故障性質、故障程度的判斷和絕緣壽命的預測等。