学士学位论文电力系统电器设备状态监测浅析Word文档格式.docx
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KEYWORD:
ConditionmonitoringStatemaintenanceFaultdiagnosis
Onlinemonitoring
目录
引言1
第一章状态监测的概念和任务4
第一节状态监测与故障诊断技术的含义4
第二节状态监测适合电力系统主设备的现状5
第二章电力系统设备状态监测工业实用化条件7
第一节被监测设备和故障的种类及特点7
第二节计算机和网络技术的状态监测系统8
第三节状态监测的实施与管理体制9
第四节电力系统常见电气故障的特征量及其诊断10
第三章状态监测的基本组成13
第一节传感器技术状态监测系统输入的信号13
第二节数据分析技术13
第四章结论17
谢辞18
参考文献19
引言
电力系统设备的状态监测与故障诊断是近10年来发展较快的新技术,具有良好的发展和应用前景。
在国内,状态监测与故障诊断技术已经发展了十几年,一些厂家已经能生产各种检测装置。
但是,目前状态监测与故障诊断的应用还不普遍,还存在种种问题,包括一些认识上的误区。
本文将从电力系统设备状态监测与故障诊断的内容和任务的讨论开始,对目前存在的问题和未来的发展提出看法。
国外对电气设备状态监测与故障诊断技术的研究,始于60年代。
各发达国家都很重视。
但直到70~80年代,随着传感、计算机、光纤等高新技术的发展与应用,设备在线诊断技术才真正得到迅速发展。
加拿大、日本、前苏联等国陆续研制了油中溶解气体,变压器、发电机、气体绝缘封闭组合电器(GIS)等的局部放电,电容型设备的介质损耗因数(tgδ)等特性,交链聚乙烯电缆的泄漏电流等等的在线监测系统。
其中少数已发展成为正式产品。
国际大电网会议于1990年发表了关于电气绝缘诊断技术的综述性报告,对这一领域截止80年代未的研究成果作了系统的总结。
我国对电气设备状态监测与故障诊断技术的重要性也早已认识。
60年代就提出过不少带电试验的方法,但由于操作复杂,测量结果分散性大,没有得到推广。
80年代以来,随着高新技术的发展与应用,我国的电气设备在线诊断技术也得到了迅猛发展。
由于我国工业发展迅速,用电一直紧张,加之部分设备故障率较高,因此,对于推行在线诊断技术以提高电力系统的运行可靠性更为迫切。
我国高等院校和电力部门科研院所的不少有关专业都相继开展了这方面的研究。
自1985年以来,由电力部主持,先后三次(分别在安徽、湖北、广东三省)召开了全国电力设备绝缘带电测试、诊断技术交流会,不仅进行了学术交流,而且就如何发展和推广在线诊断技术开展了讨论。
可以认为,我国电气设备状态监测与故障诊断技术的研究和国际上是同步发展的,处于几乎相同的水平。
由于状态监测与故障诊断技术的难度,不论是国内,还是国外,除个别项目以外,大多还不很成熟,仍处于研究发展阶段。
由于客观的需要,相信这门技术一定能迅速发展成长,从而对提高电力系统的运行水平发挥巨大的作用。
国内外设备状态监测发展状况美国等发达国家从20世纪80年代起就在电力系统各领域开展了各种关于设备状态监测的研究和应用,十几年来有了较大的发展,与我国相比,有两个主要特征:
①已经能生产多种传感器产品,传感器质量好,性能稳定;
②状态监测应用比较普遍,有经济效益。
国外传感器产品的性能和可靠性都达到了较高的水平,产品监测范围逐渐覆盖包括温度、压力、振动和绝缘状态等各种物理量,以及变压器、断路器和发电机机组等各种主要设备。
国外传感器技术的全面发展可以从近几年国内一些发电厂和变电站引进的进口传感器产品情况看出。
例如,美国齐成公司的变电站状态监测系统包括了对变压器的油中气体和水分分析、顶层油温和有载调压开关的运行监测,以及对套管绝缘、SF6密度、断路器电流、避雷器泄漏电流等物理量的监测。
状态监测应用较普遍的地区主要是北美和欧洲。
美国电力科学院(EPRI)非常重视对现场技术人员有关状态监测和状态检修方面的技术培训和技术服务。
在美国,实现了变电站无人值班和状态检修的管理。
状态监测和故障诊断的应用取得了良好的经济效益。
据日本一些工厂统计,事故率可减少75%,维修费用可降低25%~50%。
英国经过对2000个大型工厂的调查表明,采用状态监测技术后,每年节约维修费用3亿英镑,而监测系统的成本为0.5亿英镑,收益为投入的6倍[7]。
尽管一些进口的传感器装置或系统功能全面,但是,数据分析处理技术也还未达到较高水平,一般装置仅仅对数据进行简单的统计分析或频谱分析。
一些仅能够对个别故障进行诊断的软件,其售价也高得惊人。
因此,还需要用人工处理数据,并得出最后结论。
国内电力系统设备状态监测科研工作也开始于20世纪80年代,起步并不晚。
近10年来,已经研制成功很多传感器装置,并安装在现场。
很多发电厂和变电站已经采用了在线监测技术,加强了对设备运行进行实时监测和管理的手段。
近几年,国内一些大型发电厂较全面地安装了成套进口的先进传感器装置,通过计算机网络形成一定规模的状态监测系统,并达到了先进水平,而这些成套软件系统全部由我国技术人员开发。
例如,一台300MW发电机组的锅炉、汽机和发电机的模拟量和开关量的测点多达5000个~6000个(其中发电机的测点有300个~400个),从测点得到的数据通过数据库管理起来,在控制室的终端可以任意调用各点实时的和历史的数据,并显示出来。
这充分说明我国技术人员已经掌握了状态监测系统的网络和数据库技术。
但是,到目前为止,国产传感器装置的生产和国内状态监测的应用情况还落后于国外先进水平。
一方面,还有很多发电厂和变电站的状态监测没有开展起来;
另一方面,一些状态监测系统已具备规模的发电厂在软环境和管理体制上还不能适应发展要求。
这主要表现在两方面:
①在很多现场,状态监测并没有成为必要的部分。
由于没有实施状态检修,维修管理还是沿用过去的旧体制,运行和设备管理维修脱节,因而,没有形成对状态监测的需求,已有的状态监测装置也没有发挥应有的作用。
②已具有状态监测系统的工厂,其现场技术人员还没有技术能力处理和分析状态监测的数据,因而不能合理分析和利用数据。
由于无论对进口的还是国产的硬件监测系统,人工进行数据分析还是必要的,而且目前对现场技术人员的培训和技术服务还没有到位。
在国内要推广状态监测技术,除了要解决国产传感器装置的生产和设备管理体制的改革等问题外,现场技术人员的培训和技术服务也是必须解决的问题。
其中,进一步开发高层次的数据分析软件也是一项重要工作。
第一章状态监测的概念和任务
状态监测的概念和任务在实际应用中,有故障预报、故障诊断和状态监测等几个在内容上相近但存在差别的概念。
一般来讲,它们在内容上没有严格的界限,采用的方法很多是一样的,都要进行在线检测和数据分析,而且最终目标也是一致的,即防患于未然。
但是,它们的任务不尽相同,这里指出它们的区别,是为了进一步明确状态监测的任务,避免一些误解。
故障预报——根据故障征兆,对可能发生故障的时间、位置和程度进行预测。
故障诊断——根据故障特征,对已发生的故障进行定位和对故障发展程度进行判断。
状态监测——对设备的运行状态进行记录、分类和评估,为设备维护、维修提供决策。
以上几个概念的关系,它们是按故障发展的时间进程进行分类的。
如果不能对未发生的故障时间、位置进行预测和不能对已发生故障的位置、程度进行准确判断,则不能称为故障预报和故障诊断,其结论应该属于状态监测范围。
对故障的预测或预报必须建模和仿真,而故障诊断也需要对故障的机理进行分析和研究,不能仅仅依靠信号处理的方法,只分析故障的外在表现,因而存在较大的难度。
状态监测主要依据信号处理和模式识别对设备进行评估和判断,相对容易实现。
但是,也不能认为预测或预报是最好的方法,而状态监测只是一种初级的手段。
每一种方法必须适合具体的对象,关键在于准确,要得到准确的结论都是不容易的。
第一节状态监测与故障诊断技术的含义
电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用,其性能逐渐劣化,最终导致故障。
特别是电气设备中的绝缘介质,大多为有机材料,如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等,容易在外界因素作用下发生老化。
电气设备是组成电力系统的基本元件,一旦失效,必将引起局部甚至广大地区的停电,造成巨大的经济损失和社会影响。
“监测”一词的含义是为了特殊的目的而进行的注视、观察与校核。
设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测,其目的是为了判明设备是否处于正常状态。
“诊断”一词原是一医学名词,指医生对收集到的病人症状(包括医生的感观所感觉到的、病人自身主观陈述以及各种化验检测所得到的结果)进行分析处理、寻求患者的病因、了解疾病的严重程度及制订治疗措施与方案的过程。
设备的“故障诊断”借用了上述概念,其含义是指这样的过程:
专家根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息,采用所掌握的关于设备的知识和经验,进行推理判断,找出设备故障的类型、部位及严重程度,从而提出对设备的维修处理建议。
简言之,“状态监测”是特征量的收集过程,而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。
广义而言,“诊断”的含义概括了“状态监测”和“故障诊断”:
前者是“诊”;
后者是“断”。
第二节状态监测适合电力系统主设备的现状
状态监测适合电力系统主设备的现状。
主设备的主要故障,例如绝缘故障、机械故障等的一些故障机理还不清楚,全系统的故障建模和仿真更难,而作为一个产品,其生存期有限,也没有必要进行大量的研究
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