基于保护的电气设备故障诊断分析

田　斌　殷　磊

摘要：电气设备在线监测与故障诊断可以即时连续记录各种影响断路器寿命的相关数据，以及早发现故障隐患，实现基本的状态维护。在分析了微机继电保护装置和电气设备故障诊断的发展和现状，提出了把故障诊断这一功能嵌入到微机保护装置中，并以高压断路器为研究对象，实现监测，诊断，保护的集成化。

关键词：电气设备；故障诊断；监测；保护

中图分类号：TP321

文献标识码：A

文章编号：1672-3198(2009)09-0307-02

1监测、诊断和保护集成

集成化的概念来源于集成电路，现在已经发展成为控制与自动化的发展方向之一，即通过硬件集成、软件集成、技术集成，系统集成，可实现功能集成。基于集成化的思想，作为控制命令的执行者一高压断路器，其控制、保护与高压断路器的监测、诊断更容易实现硬件集成。它主要以电压、电流波形参数作为分析的对象的高压断路器失灵保护、远跳就地判据、三相不一致保护以及高压断路器电寿命状态监测等可以共用一块电流、电压采集板，减少硬件。

电力系统监测、诊断与继电保护、故障测距或故障录波都是反映电网或电力设备的状态。只是反映的时刻不同，继电保护是当故障发生时，通过对故障前后数据的分析、比较，做出跳闸、报警并快速切除故障故障测距或故障录波是在故障后，通过对故障数据的分析、计算来确定故障的位置或故障类型、故障时间监测、诊断则是在故障发生前，对表征电厂或电力设备状态的数据进行分析、判断，来确定设备的健康状态。继电保护与监测、诊断的这种内在关系的实现是集成化的基础。监测、诊断系统与继电保护可以有机地结合起来。

2微机继电保护

2.1硬件结构

微机继电保护一般由三大部分组成：模拟量输入系统、CPU、数字量输入输出系统。其中模拟量输入系统包括电压形成、滤波(ALF)、采样／保持(S／H)和模数(A／D)转换等功能模块，主要完成模拟量到数字量的转换功能；CPU主系统包括微处理器(CPU)、只读存储器、随机存取存储器(RAM)和定时器等等，执行存放存储器中程序，对数据采集系统的原始数据进行分析处理，完成各种几点保护的功能；数字量输入输出系统由若干适配器、光耦及中间继电器等组成，完成各种保护的出口跳闸、信号报警及其人机对话等功能。其硬件结构示意图如下图1所示；

在上电或总复位后，通过初姑化和全面自检，然后开放中断，此后微机保护装置便正常运行在主程序的运行状态子程序中此时将不断地进行通用和专用自检项目的检查、正常运行状态本线路负荷参数和电网参数的检测，当保护感受故障跳闸后，还进行故障测距程序计算。

3电力变压器的在线监测与故障诊断

设备状态在线监测不等于状态监测。设备状态在线诊断是以在线监测结果对故障的类型、位置、严重程度及原因作出判断，并预测出设备继续运行的寿命，并给出建议的维修策略及方法。设备状态的故障诊断也不等于设备状态在线诊断。设备状态故障诊断是根据某一时刻在线监测的特征量与前面监测的结果进行纵向比较分析，与同类设备或同一设备不同相在线监测的结果进行横向比较，并结合历年离线检测试验数据和运行经验等，对故障类型、严重程度及原因等作出综合判断，进而作出维修策略及方法。

3.1在线故障诊断

PT、CT故障主要是PT、CT断线告警。微机保护装置通过采集各相线电压，各相线电流，通过一定逻辑判断，就可以实现在线诊断。

3.2电缆绝缘

直流叠加法是借助电抗器将直流电压在线叠加于电缆绝缘，即直流电源经电抗器连接于三相导线，并由并联电容来免除交流高压对直流电源的影响，通过测量流过绝缘不高，仍能真实反映绝缘的实际情况。用直流叠加法测得的电缆绝缘电阻大于100M时绝缘良好，小于10M时绝缘不良，这分别相应于电流为10nA、1000nA左右，可用微电流测量装置测量。复合判断法由于绝缘状态与其特性参数间的统计分散性，仅用一种方法来诊断绝缘，会有漏判和虚警的可能。采用几种方法，互相配合进行复合诊断可提高诊断的正确性。采用包含直流叠加法以及tg8占的复合诊断，对不良电缆诊断准确率高达100％。根据测量装置的难易程度现场的干扰情况，采用包含直流叠加及tg8的复合诊断是较好的选择。

3.3故障诊断与危机保护集成

在微机继电保护装置现有硬件平台基本不变的基础上，加入故障诊断的功能，重点在于在软件中嵌入故障诊断知识库。知识库中知识的来源有两种途径，一种是通过理论研究建立被研究对象的数学模型，通过数学模型对实际模型进行仿真。但由于这种方法很难建立实际对象的数学模型，以及所建立的数学模型求解困难，因此这种方法只能定性的分析出故障诊断的基本规则，另一种方法就是通过实验来获取各种故障波形，研究各种故障下的输出，总结判别这些故障的规则。另外，知识库中还应有各种情况下，断路器开合负载短路电流时的各个参数的正常波形。这样，实时的监测断路器每次开合的参数波形，并分别与正常波形和故障波形进行比对，从而判断断路器是否出现故障，以及故障的严重程度。

4结论

继电保护装置是在电气设备发生故障时，能够迅速而有选择性地切除故障元件，从而保证电力系统安全运行。微机继电保护技术未来趋势是向网络化、智能化、保护、控制、测量和数据通信一体化发展，电气设备在线监测与故障诊断是设备检修的发展方向。是运用综合性的技术手段，掌握设备状态，预测设备故障发生、发展情况，借助技术分析，进行检修决策和管理的一种先进的设备检修模式。考虑把故障诊断这一功能嵌入到微机保

护装置中，实现诊断与保护的集成化，既达到了降低装置造价的目的，也节省了大量空间。