基于保護的電氣設備故障診斷分析

田　斌　殷　磊

摘要：電氣設備在線監測與故障診斷可以即時連續記錄各種影響斷路器壽命的相關數據，以及早發現故障隱患，實現基本的狀態維護。在分析了微機繼電保護裝置和電氣設備故障診斷的發展和現狀，提出了把故障診斷這一功能嵌入到微機保護裝置中，并以高壓斷路器為研究對象，實現監測，診斷，保護的集成化。

關鍵詞：電氣設備；故障診斷；監測；保護

中圖分類號：TP321

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)09-0307-02

1監測、診斷和保護集成

集成化的概念來源于集成電路，現在已經發展成為控制與自動化的發展方向之一，即通過硬件集成、軟件集成、技術集成，系統集成，可實現功能集成。基于集成化的思想，作為控制命令的執行者一高壓斷路器，其控制、保護與高壓斷路器的監測、診斷更容易實現硬件集成。它主要以電壓、電流波形參數作為分析的對象的高壓斷路器失靈保護、遠跳就地判據、三相不一致保護以及高壓斷路器電壽命狀態監測等可以共用一塊電流、電壓采集板，減少硬件。

電力系統監測、診斷與繼電保護、故障測距或故障錄波都是反映電網或電力設備的狀態。只是反映的時刻不同，繼電保護是當故障發生時，通過對故障前后數據的分析、比較，做出跳閘、報警并快速切除故障故障測距或故障錄波是在故障后，通過對故障數據的分析、計算來確定故障的位置或故障類型、故障時間監測、診斷則是在故障發生前，對表征電廠或電力設備狀態的數據進行分析、判斷，來確定設備的健康狀態。繼電保護與監測、診斷的這種內在關系的實現是集成化的基礎。監測、診斷系統與繼電保護可以有機地結合起來。

2微機繼電保護

2.1硬件結構

微機繼電保護一般由三大部分組成：模擬量輸入系統、CPU、數字量輸入輸出系統。其中模擬量輸入系統包括電壓形成、濾波(ALF)、采樣／保持(S／H)和模數(A／D)轉換等功能模塊，主要完成模擬量到數字量的轉換功能；CPU主系統包括微處理器(CPU)、只讀存儲器、隨機存取存儲器(RAM)和定時器等等，執行存放存儲器中程序，對數據采集系統的原始數據進行分析處理，完成各種幾點保護的功能；數字量輸入輸出系統由若干適配器、光耦及中間繼電器等組成，完成各種保護的出口跳閘、信號報警及其人機對話等功能。其硬件結構示意圖如下圖1所示；

在上電或總復位后，通過初姑化和全面自檢，然后開放中斷，此后微機保護裝置便正常運行在主程序的運行狀態子程序中此時將不斷地進行通用和專用自檢項目的檢查、正常運行狀態本線路負荷參數和電網參數的檢測，當保護感受故障跳閘后，還進行故障測距程序計算。

3電力變壓器的在線監測與故障診斷

設備狀態在線監測不等于狀態監測。設備狀態在線診斷是以在線監測結果對故障的類型、位置、嚴重程度及原因作出判斷，并預測出設備繼續運行的壽命，并給出建議的維修策略及方法。設備狀態的故障診斷也不等于設備狀態在線診斷。設備狀態故障診斷是根據某一時刻在線監測的特征量與前面監測的結果進行縱向比較分析，與同類設備或同一設備不同相在線監測的結果進行橫向比較，并結合歷年離線檢測試驗數據和運行經驗等，對故障類型、嚴重程度及原因等作出綜合判斷，進而作出維修策略及方法。

3.1在線故障診斷

PT、CT故障主要是PT、CT斷線告警。微機保護裝置通過采集各相線電壓，各相線電流，通過一定邏輯判斷，就可以實現在線診斷。

3.2電纜絕緣

直流疊加法是借助電抗器將直流電壓在線疊加于電纜絕緣，即直流電源經電抗器連接于三相導線，并由并聯電容來免除交流高壓對直流電源的影響，通過測量流過絕緣不高，仍能真實反映絕緣的實際情況。用直流疊加法測得的電纜絕緣電阻大于100M時絕緣良好，小于10M時絕緣不良，這分別相應于電流為10nA、1000nA左右，可用微電流測量裝置測量。復合判斷法由于絕緣狀態與其特性參數間的統計分散性，僅用一種方法來診斷絕緣，會有漏判和虛警的可能。采用幾種方法，互相配合進行復合診斷可提高診斷的正確性。采用包含直流疊加法以及tg8占的復合診斷，對不良電纜診斷準確率高達100％。根據測量裝置的難易程度現場的干擾情況，采用包含直流疊加及tg8的復合診斷是較好的選擇。

3.3故障診斷與危機保護集成

在微機繼電保護裝置現有硬件平臺基本不變的基礎上，加入故障診斷的功能，重點在于在軟件中嵌入故障診斷知識庫。知識庫中知識的來源有兩種途徑，一種是通過理論研究建立被研究對象的數學模型，通過數學模型對實際模型進行仿真。但由于這種方法很難建立實際對象的數學模型，以及所建立的數學模型求解困難，因此這種方法只能定性的分析出故障診斷的基本規則，另一種方法就是通過實驗來獲取各種故障波形，研究各種故障下的輸出，總結判別這些故障的規則。另外，知識庫中還應有各種情況下，斷路器開合負載短路電流時的各個參數的正常波形。這樣，實時的監測斷路器每次開合的參數波形，并分別與正常波形和故障波形進行比對，從而判斷斷路器是否出現故障，以及故障的嚴重程度。

4結論

繼電保護裝置是在電氣設備發生故障時，能夠迅速而有選擇性地切除故障元件，從而保證電力系統安全運行。微機繼電保護技術未來趨勢是向網絡化、智能化、保護、控制、測量和數據通信一體化發展，電氣設備在線監測與故障診斷是設備檢修的發展方向。是運用綜合性的技術手段，掌握設備狀態，預測設備故障發生、發展情況，借助技術分析，進行檢修決策和管理的一種先進的設備檢修模式。考慮把故障診斷這一功能嵌入到微機保

護裝置中，實現診斷與保護的集成化，既達到了降低裝置造價的目的，也節省了大量空間。