安博　肖輝　張皓

當今社會正處于科技高速發(fā)展的時代，隨著人們?nèi)粘Ｉ詈蜕鐣枨蟮牟粩嗵岣撸邔訕怯畈粩嘣黾右约肮I(yè)廠房不斷擴大等，越來越多的電氣設(shè)備應(yīng)用到生產(chǎn)和生活中。與此同時，規(guī)模不斷擴大的電氣系統(tǒng)，其功能也在日益完善，復(fù)雜程度也越來越高。電氣結(jié)構(gòu)的日益大規(guī)?；约捌涓髯酉到y(tǒng)之前的錯綜復(fù)雜，使得電氣設(shè)備出現(xiàn)故障的幾率成倍增長。而電力系統(tǒng)的基本元件就是電氣設(shè)備，其一旦失效將造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。提高設(shè)備的可靠性，除應(yīng)提高設(shè)備質(zhì)量，還必須對設(shè)備進行必要的檢查和維修。

早期實行的是事后維修，即設(shè)備故障后再維修，但是隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大，設(shè)備故障所造成的停電損失也越來越大，事后維修無法滿足系統(tǒng)對運行穩(wěn)定性的需求。其后，發(fā)展成定期試驗和維修，即計劃維修。這種維修方式已在電力部門形成規(guī)范的體系和制度，產(chǎn)生了良好的效果。其不足之處在于：①需停電；②預(yù)防性試驗項目過多；③經(jīng)濟性差；④增大了不安全因素；⑤設(shè)備狀態(tài)和運行中不符；⑥維修不足，設(shè)備可能在試驗間隔期間發(fā)生故障；⑦維修過度，即使設(shè)備良好，仍需試驗和維修，由此造成浪費甚至損壞設(shè)備。

為了改善上述情況，發(fā)展一種以全面清晰地把握設(shè)備運行狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛伏故障為目的的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)就成為電力工業(yè)的一個迫切的需要。

一、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)概述

電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)可概括為以下三部分：第一，狀態(tài)監(jiān)測。在電氣設(shè)備的正常運行過程中，通過傳感器等設(shè)備監(jiān)測、變換以及記錄特定的特征信號，并進行分析處理，同時做好分析結(jié)果的記錄，進而為設(shè)備故障診斷提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第二，分析診斷。通過信號分析處理，提取出最有效、最直接以及最敏感的特征信息，為故障診斷提供依據(jù)；信號分析處理結(jié)束之后，就需要進行故障診斷，主要目的在于診斷設(shè)備的故障問題、程度、發(fā)生的原因以及具體的部位等，同時還要起到預(yù)測設(shè)備的性能以及故障的發(fā)展趨勢的重要作用。第三，預(yù)防和處置措施。通過以上兩個環(huán)節(jié)的分析，查明故障所在以及原因之后，就需要針對具體的故障類型以及原因，采取對應(yīng)的措施進行處置，并對故障的發(fā)展趨勢進行合理有效的預(yù)防，進而降低故障的發(fā)生率，最終確保設(shè)備的安全正常運行。

二、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的具體實施

（一）變壓器的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

目前，電力行業(yè)主要采用充油式變壓器，在特殊場合也會采用于式變壓器或六氟化硫變壓器。國內(nèi)外對于變壓器的狀態(tài)監(jiān)測，現(xiàn)多采用局部放電監(jiān)測、超聲定位技術(shù)、紅外技術(shù)等，對于充油式變壓器，除離線、定期有效的色譜分析油中溶解氣體外，主要研究在線油中溶解氣體和微水分析技術(shù)。對于變壓器的高壓套管，則通常采用介質(zhì)損耗因數(shù)的數(shù)字化在線測量技術(shù)，對于故障較多的有載調(diào)壓開關(guān)，多采用有載故障診斷在線裝置，測量觸點磨損及機械和電氣回路等。除此之外，油溫、線匝繞組溫度、負載電流及電壓、冷卻泵、風(fēng)扇運行等參數(shù)也在監(jiān)測之列。變壓器狀態(tài)監(jiān)測涉及到的主體部件為：磁路、繞組及固體絕緣、液體絕緣、氣體絕緣和冷卻系統(tǒng)等。擬診斷的故障為：過熱性故障、放電性故障、過熱兼放電故障、機械故障和進水受潮等。常用的局部放電監(jiān)測與診斷，多采用電脈沖信號法和超聲法。油中溶解氣體組分含量的分析（DGA），首先依據(jù)溶解平衡原理，采用各種不同原理脫氣方法，如：真空、滲透膜、氣體洗脫等，將油中氣體脫出，再用分離柱進行分離，再經(jīng)檢測器檢測（如TCD、FID等），或用不同原理的傳感器對不同組分氣體進行檢測，最后依據(jù)國內(nèi)外通用的組分比值法或多維圖視法，結(jié)合電氣試驗和離線定期試驗結(jié)果，綜合分析診斷出潛伏性故障。

（二）紅外診斷技術(shù)

電氣設(shè)備的紅外診斷技術(shù)是一種新興技術(shù)。它是利用帶電設(shè)備的致熱效應(yīng)，采用專用設(shè)備獲取從設(shè)備表面發(fā)出的紅外輻射信息，進而判斷設(shè)備狀況和缺陷性質(zhì)的一門綜合技術(shù)。紅外檢測技術(shù)集光電成像技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一體，通過接收物體發(fā)出的紅外線（紅外輻射），將其熱像顯示在熒光屏上，從而準確判斷物體表面的溫度分布情況。紅外診斷技術(shù)對電氣設(shè)備的早期故障缺陷及絕緣性能可作出可靠的預(yù)測，使傳統(tǒng)電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗維修提高到預(yù)知狀態(tài)檢修，這也是現(xiàn)代電力企業(yè)發(fā)展的方向。利用紅外狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)既具有遠距離、不接觸、不取樣、不解體的優(yōu)勢，又具有準確、快速、直觀和實時等特點，對提高電氣設(shè)備的可靠性與有效性，提高運行經(jīng)濟效益，降低維修成本都有很重要的意義，是目前在預(yù)知檢修領(lǐng)域中普遍推廣的一種很好的手段，可使維修水平和設(shè)備的健康水平上一個臺階。

三、發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題

近十幾年間，在電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域中，圍繞著信息的獲取和信息的分析利用兩個核心問題，國內(nèi)外均進行了大量的研究，但是，從總體上看，對信息的獲取和利用目前仍然停留在比較低的層次上。這主要表現(xiàn)在：①信息來源渠道少，普遍的是局限于單個傳感器監(jiān)測，即對一種設(shè)備或一類故障，選擇一種對故障反映比較靈敏的狀態(tài)量進行監(jiān)測；②對同一類設(shè)備，即使針對不同類型的故障選定了多個狀態(tài)變量作為監(jiān)測對象，從信息來源的渠道看是豐富了，但由于各監(jiān)測狀態(tài)量之間缺乏有機聯(lián)系，信息有序度低，不能實現(xiàn)融合處理和綜合分析，影響了對信息的分析和利用。③由于單個信息的抗干擾能力弱，容易受噪聲干擾，傳輸過程中容易產(chǎn)生失真，也成為影響其現(xiàn)場使用效果的主要制約因素。④單傳感器監(jiān)測完全沒有容錯和糾錯能力，一旦傳感器出現(xiàn)故障，整個監(jiān)測系統(tǒng)就失去作用。這些客觀上都影響了電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展與推廣應(yīng)用。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和研究的不斷深入，能夠解決上述問題的多傳感器技術(shù)、信息融合處理技術(shù)、人工智能技術(shù)等已取得很大的進展，相信在不久的將來，上述問題一定能夠得到妥善的解決。

四、結(jié)語

隨著人們對電氣設(shè)備的使用要求逐年增高，電氣設(shè)備的可靠性與安全性愈發(fā)被重視。要想實現(xiàn)電氣設(shè)備的信息化、自動化和智能化，提高電氣設(shè)備的安全性和可靠性，電氣在線監(jiān)測與設(shè)備故障診斷技術(shù)必不可少。