电气设备状态监测与故障诊断的技术方法

中核四达建设监理有限公司 荆 帅

电气设备是电力系统中的重要组成部分，其运行状态的好坏直接关系到企业生产质效。随着信息技术的日益更迭发展，电气设备状态监测技术与故障诊断技术也在日益优化，为企业的稳健发展提供强有力的技术支撑。由于电气设备的长期高负荷运转，不可避免的存在诸多安全隐患，加之受外界因素的影响，电气设备绝缘物体非常容易出现磨损和老化，若不及时采取措施检修，必定会损伤电气设备中各元件而致出现故障，埋下安全隐患，造成不可估量的经济损失，严重时还会威胁工作人员的生命安全。

1 电气设备状态监测与故障诊断的重要性

当前的电气设备状态监测与诊断系统主要由五个单元组成：信息检出单元。在电气设备监测过程中该单元由传感器检测设备的特征量，同时有效转换为合适的电信号，依托信号来监测故障信息；数据采集单元。预处理传感器所传输过来的信息数据对信号进行抑制干扰，同时将其进行A/D 转换，采集过程中还要做好相应记录；信息传输单元。发挥着将采集信息传送到后续单元，如果是便捷式装置，信息传输单元需对信号进行隔离和变换。若是固定式装置，需配置专门的信息传输单元来弥补因数据处理单元远离现象；数据处理单元。分析和精准处理所采集的数据信息，如提取特征值、抑制干扰等，这些数据故障监测和诊断提供了强有力的参考；诊断单元。分析比较处理后数据、历史规程、数据和运行经验等，进而精准判断设备状态和故障部位，为维护人员采取针对性地措施提供强有力的参考依据。

电气系统中，设备状态监测与故障诊断技术能全方位地监控电气设备的运行状态，第一时间获取精准的资料，一旦设备暴露出潜在问题就能及时发现并采取措施解决问题，确保电气设备的安全稳定运行，最大化地保障电气系统的稳定[1]。特别是随着社会经济的高速发展，社会大众对电力的要求日益提升，一旦发生重大故障则会出现电力供应难题，影响社会大众的生活和生产需求。因此要全面谋划、整体设计，依托构建电气设备状态监测和诊断体系、依托系统在线监设备的运行状态诊断设备隐藏的故障（图1），以便及时采取有效地维修决策措施，最大化确保系统的安全稳定运行，助力电力企业的稳健长远发展。

图1 电气设备状态监测及诊断体系

2 状态监测的关键技术

2.1 信号采集

由于电气系统的复杂性决定了不同电气设备使用性能的差异，为确保其有效运行，需采用不同的监测手段来实时动态监测不同设备的运行状态，如在监测变压器运行状态时，为保障良好的监测效果，工作人员在监测过程中可结合变压器的机械、电气特征，使用局部放电、极化波谱等模式实时动态监测变压器。设备老化和内部绝缘层脱落是引发电气故障的主要因素，在电气系统运行过程中交流旋转电机也经常发生故障，且每次发生的故障位置都不同[2]。对此，技术人员在设备状态监测中可采取神经网络方式来监测交流旋转电机的运行状态，减少电机运行故障的发生概率。断路器是电路保护的重要设备，可依托其对动态监测线路电压值、线路内电流，据此可采用振动监测法和跳闸轮廓法监测断路器的运行状态。

2.2 数据传输

在现代技术的推动下电气设备运行状态监测方式出现新的变化，远程监测成为主要的实施手段，相较于传统监测方式，信号处理系统通常与监测设备间存在较远距离，而其信息反馈的过程易受外部因素干扰或影响，使信号传输质量受到影响，使监测系统难以获取完整的数据，对后续的故障诊断带来较大难度。为规避上述现象的发生，技术人员通过压缩和转换电信号从整体上提高信号传递的保密性和安全性，将信息数据进行打包，随后及时将信息数据传输到控制中心，通过高效的数据传输提高信息的安全性。随着信息技术的日益更迭发展，通信信息技术不断发展，在数字信号处理中引入光纤技术一方面能促进信号传输抗干扰能力的增强，另一方面还能满足远距离的沟通要求，为社会大众提供诸多便利[3]。

2.3 械特性在线监测

在真空断路器的监测内容上，主要以合闸与分闸的速度控制监测为主，这也是其运行状态监测的关键。在真空断路器的运行中，其分闸速度无论上升或下降均会对真空断路器的效果产生显著影响，不仅容易诱发各类故障问题，甚至还会严重缩短真空断路器寿命，增加日常使用的安全风险。而真空断路器分闸速度下降时则难以有效发挥其实际的功能，导致燃弧时间显著延长，如不加以关注或者处理势必会使触头受到严重磨损，久而久之便会影响其实际性能和正常运行，且将大幅压缩其使用寿命。

当分闸速度升高时真空断路器的应力将出现增加趋势，对于机械设备产生显著的冲击，极易导致设备关键部件受损，使真空断路器发生故障问题[4]。在电力系统中真空断路器是不可或缺的重要部分，为从整体上促进电力系统的安全性和稳定性，技术人员在检测设备运行状态的过程中需进一步明确真空断路器的分闸、合闸断开时间、运行参数和速度等，同时并采取针对性的措施全方位地进行监控，真空断路器的状态监测过程具体为：移位信号采集-控制芯片最小系统-液晶参数显示-串口通信连接上位机。

3 状态监测与故障诊断技术方法及应用中注意事项

发电机的状态监测与故障诊断技术。任何设备长时间高负荷的运行都存在一定的安全隐患问题，发电机也不例外，不可避免的存在安全隐患。为及时发现问题、化解问题，防止故障的扩大化造成不可估量后果，要做好发电机运行状态监测工作，以便于及时采取措施处理故障。纵观当前绝大多数发电机监测主要是采用GCM 和FOVM 来完成的，上述设备能够实时动态监测电机运行过程，一旦电机出现异常情况设备就会报警，技术人员则可及时根据警报的类型采取针对性措施化解危险[3]。另外，系统还能有效收集分析电机的信息数据，对于技术人员而言，则可根据信息数据库判断发电机的运行状态，判断和评估故障等级。

红外诊断技术。红外诊断属于一种较主流的诊断技术，主要基于计算机技术、图像处理技术及光电成像技术等融合，利用被测物体所呈现的辐射光谱在显示设备上进行热像显示，以对物体表面温度进行分析。一般红外诊断技术可应用于早期绝缘性能或故障进行分析监测，结合现代技术优势实现预期状态检修，有助于电气设备故障的全面分析。其主要优势在于可不与被测物体直接接触，可展现出不解体、不取样、无距离的优势，且可利用该技术提升监测准确性、速度性和实时性，能大幅提升监测质量和效率，避免对企业生产经营产生影响，实现监测及诊断成本的控制[6]。由此可见，红外诊断技术在实践应用中具有极其显著的优势作用，可实现带电监测与处理，通过带电设备的热效应实施直观分析，全面有效地接收设备的红外辐射信息，从而完成对电气设备的监测。从技术性能上看，红外诊断技术适用于20～2000宽量程范围的分辨率监测电气设备的热致故障，及时诊断出故障的类型及部位。

电容性设备监测与诊断。电容性设备主要指互感器装置，实施该类装置的监测时，通常选择油色谱分析、红外监测、停电预试等方法。根据状态监测的实际需求可将其过程划分为四个环节，即信息检出、数据采集、信息传输、数据处理等。经过一系列的监测后可全面反映数据信息，再由监测技术人员实施专业判断并生成相应的评估报告，根据具体的故障表现开展设备检修工作。需要注意的是，停电预试监测时其应与主设备实施有效配合，如在整体停电的情况下监测，若发现电容性设备存在潜在故障，并确定该故障确实存在，则可依据其类型、表现及特点等科学制定停电检修方案，以保证监测及诊断维修的高效性。如果故障维修时涉及设备解体，则应当在特定的空间内实施。

高压断路设备监测与诊断。高压断路设备是极为重要的电气设备之一，在系统中发挥着重要作用。在实施高压断路设备的监测与诊断时，需综合多个方面进行评价分析，如，操作机构是否如何相关程序，载流回路有无符合规范、断电器绝缘水平有无达标等，通常情况下需满足各项技术指标和要求，才能够保证设备的正常有效运行，同时要注重其维修周期的控制，避免超过规定的限值[7]。在设备的状态监测及故障诊断时，主要以电流数值和跳闸次数监测为主，在相关数据的利用时需综合记录和分析，以确定监测的时间及方案，规避设备存在的潜在故障，保证高压断路设备的安全稳定运行。高压断路器状态评估内容分类及具体项目如下：运行。噪音、短路、过负荷、油温；检修。开关、冷却器、油泵等附件的运行，本体附件和套管的密封；试验。油色谱、绝缘电阻、油质试验、套管介损、本体介损、直流电阻。

依托信息技术进行状态监测和故障诊断。红外诊断技术是当前电气设备监测与诊断技术深受青睐的科技产物，为最大化的发挥红外诊断技术在电子设备系统中的价值，要去除冗余，保留传统有效的监测方法和手段。同时要瞄准信息技术的优势，将其与经典监测方案契合起来，全方位的诊断和监控设备故障，同时还能保障设备监测结果的直观性、精准性、有效性。

做好相关安排管理工作。由于电气设备运行的特殊性，在开展监测和故障诊断工作前需提前做好相关准备和管理工作。在实施监测和故障诊断前，技术工作人员要立足于实际全面谋划、整体设计，制定一个详细的计划，加强与其他技术人员的交流沟通，在具体检修、配电工作中变电人员做好自己的本职工作，认真记录监测数据，借助系统有效分析数据信息，及时得出诊断报告，所以在开展监测和诊断前要科学安排布置工作，确保各项工作有条不紊的实施。

提高检修人员的职业素养。随着信息技术的日益发展，电气设备技术水平也在日益提升，加大了监测与诊断工作量。为更好地满足监测和故障诊断需求，企业要通过走出去、引进来加强对技术人员的培训，依托培养提升其职业素养和综合素质，满足设备监测和故障诊断的需求。

总而言之，电气设备故障诊断的及时性和精准性保障系统的安全运行。因此要从思想上正本清源、固本培元，认识到电气设备状态监测和故障诊断的重要性，在今后还要依托信息技术进行状态监测和故障诊断，做好相关安排管理工作，不断提高检修人员的职业素养，进而借助信息技术的“东风”不断优化设备状态监测和故障诊断技术，保障电气设备的安全稳定运行。