電氣設備狀態監測與故障診斷技術研究

李丞

【摘 要】在電力工業的正常運轉中，很重要的一項工作是保證電氣設備的高效正常運轉，電氣設備的狀態監測以及故障診斷備技術備受人們關注。為了將電氣設備故障監測診斷的水平提高到新的階段，不僅需要應用正確的處理方法，還應該對各影響因素有深入的了解。長期的理論實踐研究，我國已出現了多種方法，該技術也在不斷成熟，本文對該領域出現的幾種主要技術進行研究，包括：在線狀態監測與故障診斷技術、紅外診斷技術、多傳感器技術以及信息融合處理技術。

【關鍵詞】電氣設備 狀態監測 故障診斷

【中圖分類號】S972.7+4【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0098-01

1 在線狀態監測與故障診斷技術

電氣設備的在線監測與診斷技術的主要步驟為：設備的各狀態信號，如：光信號、電信號、溫度信號等，通過傳感器被檢測出來，通過轉換器的作用成為可以被采集和處理的信號，之后存入到存儲器中。在傳送過程中，一般是采用電纜作為載體。為了提高信號的抗干擾能力，有些場合也會采用光纜。在數據的采集上，有三種方式可供選擇：信號波形采集、峰值采集以及脈沖采集。根據得到的信號通過不同的診斷方法得出診斷結果，指導實踐。目前，常用的在線檢測技術有：局部放電監測、油色譜監測以及介損監測[1]。油色譜監測是通過對油中氣體進行分析的一種監測方法。正常狀態下，電氣設備中的絕緣油在電熱作用下會發生分解和老化作用，產生諸如：一氧化碳、氫氣以及烴類氣體，在設備故障情況下，這種分解和老化現象的速度會明顯加快，通過產生的氣體組成分析可以對設備的故障類型進行判別。介損監測在電容型設備上應用較多，這些設備的絕緣結構都是采用電容式結構。這種監測技術對設備的介電特性進行監測，通過比較，找出變化較大的容性設備。

2 紅外診斷技術

紅外線診斷技術是對診斷物體發出的紅外線通過熱像方式顯示在熒光屏上，對物體表面的溫度分布進行分析，判斷設備的運行狀態。在早期故障診斷以及設備的絕緣性能分析上，紅外線診斷技術具有可靠的預測效果[2]。其主要特點是：能夠實現遠距離監測和診斷，無需與被測設備直接接觸，不用取樣和對設備的解體，診斷結果更加快速準確。紅外線診斷技術是一門新興的學科，已經成為當前電氣設備故障診斷的發展方向。相比與傳統的測溫方法，紅外線熱像儀可以實現在線的發熱點溫度測量，通過實時掃描的方式繪制出設備的溫度熱像圖。目前的紅外診斷儀器有三類：紅外熱像儀、紅外熱電視以及紅外測溫儀[3]。第一臺紅外測溫儀出現于上世紀60年代，之后開始有小目標測溫儀器被應用于電力生產中。目前，應用于電氣設備故障監測和診斷的紅外技術有以下幾個方面：1）影響測溫準確性因素的處理方法。獲取被測設備的溫度分布以及關鍵部位的溫升值要求獲取的數據具有較高的準確性，因為這些數據是判斷設備是否出現故障以及故障位置和嚴重程度的依據。對此，需要選擇良好的檢測條件，還應對檢測的結果進行必要的修正；2）運行狀態對紅外檢測的影響及其對策。電氣設備在運行中出現的發熱故障，無論是由電流效應還是電壓效應引起的，電流和電壓都將對紅外監測產生影響。因此，為了盡量減小這種影響，應該保證設備運行于額定電壓下，并讓設備帶負荷運行一定時間；3）設備表面的發射率影響。由于紅外測量儀器是依據設備表面的輻射功率得到溫度信息的，由于不同設備表面的發射率各不相同，最終的檢測結果也會受到影響，換句話說，即使設備具有相同的輻射功率，設備的發射率低的話，得到溫度結果會更高一些；4）大氣衰減。大氣是紅外輻射能量的傳遞介質，其中含有各類氣體分子，這些氣體分子的吸收作用會造成紅外輻射能量的衰減，對最終的溫度結果產生較大影響。對此，應該盡量在干燥清潔的環境情況下進行紅外監測并盡可能的縮短監測距離。

3 多傳感器技術

與單個傳感器相比，多個傳感器同時使用能夠實現多側面和多角度的對象觀測。可以從各種不同的層次和角度研究被測對象，達到更加全面和清晰的了解被測設備的效果。變電站中設備出現的故障通常具有如下特點：一種故障的產生往往會表現出各種不同的故障結果；相同的故障結果可能是由不同的故障狀態造成的。如：在電壓器中，出現局部放電故障，其表現的結果可能是電磁輻射，也可能是振動，會造成氣體的逸出；而當出現振動現象時，有可能是因為電壓器的局部放電，也可能是因為鐵芯的振動等。對此，將多傳感器技術進入其中，它能夠根據設備故障的不同反映，選擇幾個高靈敏度的狀態量監測。如在本節中提高的局部放電監測，可以將耦合電容、感應天線、振動傳感器以及氣相色譜分析儀等進行全方位的監測[3]。在時間和空間上得到設備的狀態特征。

4 信息融合處理技術

在上文中已經提高，多傳感器技術的引入大大拓展了獲取的設備信息量。對于這些信息量的處理也應該采用科學合理的方法，保證信息的有序性。否則，大量雜亂信息的混雜反而會造成結果的失真。不同的傳感器具有不同的特征，但對于相同的設備故障來說，這些傳感器獲取的信息之間會存在關聯，不是獨立的。通過一定的準則對傳感器獲取的同一故障信息進行合理融合，可以強化這些傳感器對該故障的共同認識，將其中相互矛盾的部分剔除掉。這樣可以多大大提高監測的精度和準確性。這就是所謂的信息融合技術。基于多傳感器的信息融合處理技術在當下已經具備運用條件。目前，變電站的在線監測裝置都引入了多個特征量，它們能夠全面的表征出設備的狀態信息。對信息融合技術進行分析，其最初被應用于圖像處理，具有較高的穩定性，能夠覆蓋較寬的區域，在目標空間的分辨能力上也較高。另外，信息融合技術還具有一定的故障容錯技術。類似于人的大腦，信息融合技術能夠對信息進行綜合處理，實現被測設備的詳細描述。

信息融合技術可以被分為三個等級，即：象素級融合、特征級融合以及決策級融合。在對電氣設備的信息融合中，根據不同的信息特點，通常都是采用特征級融合進行設備故障的診斷。一般的，信息融合有嵌入約束和證據組合之分。對于前者而言，將多源信息視為客觀環境所成的象，通過這種象找出原象，以此來實現對客觀環境的認識。在數學上，我們稱這一原理為求映射的逆映射。但值得注意的是，即使運用的是多傳感器技術，也只能實現環境中某部分特征的描述，這就意味著上述映射是多到一的映射。為了實現一一映射，需要添加更多的約束條件，從而得到唯一解。對于后者而言，是根據環境信息得出可能的決策，然后對每一次數據進行分析，對做出決策的支持程度進行研究，實現證據組合。最終得出支持程度最大的決策，并將其作為信息融合的最終結果。各個傳感器得到的信息有可能是實時信息，也有可能是非實時信息，可能是穩定的，也可能是不斷變化的。對此，需要采用不同的策略進行信息的融合。實踐表明，信息融合處理技術能夠有效降低虛警率，提高識別能力和對監測目標的跟蹤精度，將其應用于設備的故障診斷非常適宜。

5 結束語

在電力工業中，電氣設備的狀態監測與故障診斷是非常重要的，它關乎整個電力系統的安全。采用先進的技術和有效的監測設備，實時迅速的反映出設備的運行狀態，將設備的潛在故障找出來，防患于未然，不僅能夠實現整個系統的高效經濟運行，也大大降低了維修的工作量。實現科學化的設備管理應該被大力推廣。

參考文獻

[1] 龔偉. 電氣設備在線狀態監測與故障診斷系統技術的研究[J].科技資訊，2007，14：63-64

[2] 曾海. 變壓器類電力設備的狀態監測與故障診斷[J].西北水力發電，2006，6（22）：32-34

[3] 張春霞. 電氣設備狀態監測和故障診斷[J].武漢工業大學學報， 2004，（1）