电气设备状态监测与故障诊断方法

2021-11-03白云会

电子技术与软件工程 2021年18期

白云会

（东岳机械股份有限公司山东省临沂市 276000）

在进入新时代之后，我国的科技取得了快速发展，各项技术设备投入到生产和生活当中。这些技术设备对于电力拥有很高的依赖，所以应当保证电力系统的稳定性与可靠性。只有保障电力系统的完善，才能够避免出现大范围的供电事故，保证人们生活和生产的稳定进行。电气设备的运行情况会直接影响到电力系统的稳定性，因此，要求人们做好电气设备的检查与维修工作。对电气设备的运行状态进行密切监测，及时发现问题和解决问题，降低故障因素造成的负面影响。

1 电气设备状态检测与故障诊断系统组成

基于新形势下的电气设备状态监测与故障诊断系统是由发射装置、接收装置以及综合处理器共同组成，运用红外测量单元来收集被检测电气设备发出的运行状态数据信息。收到的数据信息传递给中央处理器，然后通过用户指定的专家系统对出现故障的原因进行监控与分析，并将分析处理结果显示在显示器当中，最后将这些数据保存至数据库中。这个系统当中主要的部件如下所示：

1.1 硬件系统

设备发出信号量反馈给红外测量单元，中央处理器在接收信息和处理信息的过程中，会将红外辐射信息输送至检测器当中，转换器将这些信息转换成电信号，使接收处理器能够进行使用。与此同时，这些电信号会在系统当中进行放大、补偿以及线性化，这些已经转化为电信号的信息会再次输送至中央处理器当中。激光系统会运用集中式红外探测器来测量和距离远距离目标，在测量过程中需要保持精准度，中心点精确定位信号。通过放大器、滤波器、积分器和线性化电路进行处理。在这项系统当中，激光辐射信号也可以被转化成为电信号，进而使其在系统当中能够得到更好的运用，中央处理器作为整个系统的核心组件，需要保障中央处理器设施与配备的合理性与科学性。选择微处理器单元的过程中，应当选取PC/104 模块，这样的模块拥有体积小、功能强、低耗能的优势。

1.2 软件系统

一般情况下，软件系统会包括记录系统和专家系统。记录系统在此过程中，主要负责处理器通信的系统，能够对各项数据进行整合与分析，实现收集和存储，并将各项数据传输至数据库当中。专家系统主要负责分析和推断数据。通过开发诊断功能来制定科学合理的维护计划，保障整个系统的安全稳定运行。专家系统通常是由知识库和规划库共同组成，结构由BNF 代表。规则库则是由故障树的形态进行展示，能够表达相关数据的领域知识。数据库（如图1 所示）主要包括动态和静态两种数据库形式，动态数据库主要被用于诊断动态信息，静态数据库则是主要被用于专家推理信息。通过动态与静态两个数据库的结合，能够有效提升对设备运行状态的动态监管，保障整体工作效果。在设计软件的时候，专家软件通过混合推理的方式进行诊断，主要形式为在线诊断和离线诊断。在线诊断时会运用到实时数据来进行分析处理，并且最终得到故障诊断结果，而离线诊断方式通常会使用人机界面来进行故障诊断。

图1：软件系统数据库架构图

2 基于新形式下的电气设备状态监测与故障诊断系统功能

随着社会经济的快速发展，科学技术也取得了较大的进步，电子计算计信号，网络以及数据等技术也被广泛的运用到。各个领域当中，电气设备的状态监控与故障诊断系统需要在此期间不断改进，提升自身的工作能力与工作效率。目前基于新形势下的电气设备状态监测与故障诊断系统的主要功能有四个内容，分别是数据浏览功能、提供参数信息、智能诊断功能以及预测和分析功能。

2.1 数据浏览功能

如今我国已经迈入了信息化时代，在电气设备状态监测与故障诊断系统当中，日常的运行会带来大量的数据，通过网络技术可以实现对数据的浏览。在监测系统过程中，用户可以运用联网计算机来查询与设备运行状态相关的各项数据，不用受到时间和空间的约束，提升工作效率与工作质量。在此期间主要功能是在设备运行过程中将设备实际的运行状态借助传感器输送至计算机系统当中，通过处理器的分析功能对电气设备的运行过程中产生的各项数据进行梳理与反馈，从而实现对设备运行状态的良好监控，及时诊断和发现电气设备运行状态的异常情况。

2.2 提供参数信息

在电气设备运行过程中，变压器、传感器、开关都需要通过温度、湿度、气体传感器进行全方位的监测，各项数据会在检测之后输送至计算机端，这样可以通过系统软件为客户提供真实的系统参数，实现系统的高效运作，促进整体分析。

2.3 智能诊断功能

在进入大数据之后，由于生产和生活过程中会产生大量的数据，通过人为进行数据的分析和整理会消耗很长的时间，并且难以保证工作效率。在电气设备的运行过程中同样会产生各项数据，为了保证数据采集、分析、整理工作质量，需要提供智能诊断功能。在电气设备数据采集过程中，运用硬件系统来收集数据，而用户则是操作专家系统。在系统当中，神经网络和人工智能在设备监控中得以应用，实现对设备运行状态过程的全面诊断，有效降低人力资源的投入，并且提高设备诊断与质量的精准度，保证工作效率。

2.4 预测和分析功能。

为了保障电气设备的良好运行，需要对电气设备运行过程中可能会出现的问题和故障进行预测分析。在设备运行监控诊断系统当中，可以实现对系统运行的预测和综合分析。系统能够对相关数据进行整理、分析，对被检测的设备展开综合预测，利用历史数据和工作状态来分析设备的使用寿命和功率变化情况。除此之外，在电力系统的运行过程中通过使用这样功能完成对电力系统故障的综合分析，进而保障电力系统实现安全稳定的运行。

3 电气设备状态监测与故障诊断技术的方法

3.1 发电机的状态监测与故障诊断技术

在当前的电力系统当中，发电机会长期进行高负荷的运转。因此，需要对发电机的运行状态进行密切的监测，全面了解发电机在运行过程中可能存在的安全隐患，并且及时发现早期出现症状的故障，针对故障进行综合性分析，了解故障发生的原因以及可能造成的影响，对其进行针对性维修，避免故障扩大化造成较为严重的后果，保证电能供应的稳定性与安全性。及时发现和排除故障问题，能够有效降低故障对发电机本身的危害，有效延长发电机的使用寿命，在当前阶段，世界范围内的发电机监测通常是通过FOVM 或者GCM 来完成。这些设备可以有效对发电机的运行状态进行实时监测，如果出现了异常情况会及时进行预警报告，工作人员能够根据预警报告的类型，采取相应的措施，促进异常情况的有效解决，保证发电机运行状态的稳定。

发电机运行状态监测系统会将发电机在正常运行状态过程中产生的各项参数和相应的指标进行充分记录，并且保存在数据库当中。在监测发电机运行状态的过程中，会将当前产生的数据与数据库中保存的数据进行对比分析，审视发现机是否保持正常的运行状态。如果发现了异常情况，需要及时反馈到相应的故障诊断系统当中进行综合评估与分析，判断故障产生的类型以及影响范围。系统发出不同级别的警告，使相应的工作人员能够根据警告类型来判断故障类型，进而及时采取有效的解决措施，制定合理的维修方案。发电机故障检测与诊断系统，可以将发电机多方面的数据进行多方位的分析，进而掌握其运行状态和健康状况，作出准确的故障判断以及等级评估。

3.2 变压器的状态监测与故障诊断技术

电力工业通常会选用充油式变压器，在特定部位也会选用干式变压器或者六氟化硫变压器。在当前阶段，我国对于变压器的状态监测，通常会选择局部放电检测、超声波定位技术以及红外技术。对充油式变压器监测的过程中，除了离线定期有效的色谱分析油中溶解气体之外，还会运用在线油中溶解气体与微水分析技术，对变压器的高压套管会选择采用介质损耗数字化在线测量技术进行分析，并且对故障较多的有载调压开关进行故障诊断，测量触点磨损和机械电气回路。变压器状态监测会涉及到主体部位，包括固体绝缘、液体绝缘、气体绝缘和冷却系统。针对系统当中可能存在的放电性故障、过热间放电性故障、过热性故障、机械性故障以及进水受潮等因素进行故障诊断分析。采用局部放电监测与诊断，利用电脉冲信号法和超声法。首先需要依据溶解平衡原理运用不同原理脱气方法将油中气体脱出，然后运用分离柱进行分离，经过TCD、FID 检测。或者运用不同原理的传感器对不同组分气体进行检测，依据国内外通用的组分比值法和多维图示法综合分析诊断潜伏性故障。

3.3 红外诊断技术

红外检测技术通过接收物体发出的红外辐射，将其热像显示在荧光屏幕上，进而判断物体表面的温度分布情况。红外诊断技术对电气设备的故障诊断缺陷和绝缘性能作出可靠的预测和判断，使传统电气设备进行预防试验维修。红外状态监测和诊断技术具有快速、准确、直观和实时的特点，对于提高电气设备的可靠性与稳定性有着重要的影响，促进运行经济效益提高，降低维修成本，是预知检修领域较为常用的技术手段。有效保障维修水平，促进设备保持稳定运行。带电设备的红外诊断技术属于一种新兴技术，利用带电设备的致热效应，使用专业设备获取红外辐射信息，判断设备的运行状态和缺陷。