浅析电力设备的在线状态监测.pdf

浅析电力设备的在线状态监测 淮北矿业集团勘探工程有限责任公司 张新郑 【摘 要】本文浅析电力设备在线状态监测的概念、在主要设备上的应用 及常用监测技术。 【关键词】在线故障监测；监测技术；电力设备 一、概述 在上个世纪的九十年代，发电厂应用状态监测技术成为先进而最重要的任 务。当时的原因有两点：一是发电厂电气设备的安全运行非常重要，任何意外故 障都可能造成重大事故，停电会带来巨大的经济损失，所以在竞争日趋激烈的环 境下尤为显著，再者设备是发电厂的贵重资产并消耗大量维护费用。应用状态监 测技术可以避免意外停机，最大限度缩短停机时间，减少维护费用，延长机器寿 命，它为最优使用机器提供了大量有价值的信息，且有很大的经济效益。二是计 算机技术、传感器技术、信号处理技术以及人工智能技术的发展，使得对电气设 备实施有效的状态监测成为可能。随着状态监测系统在可靠性、智能化和经济性 方面的进一步提高，状态监测技术在各行业的电力系统中得到了广泛应用，并快 速发展。目前，状态监测在很多方面仍处发展之中，主要研究工作集中在监测系 统的灵敏性、可靠性和自动化方面，但成本依然较高。 二、状态监测概念 状态监测实质上是一种监测机器运行特性的技术或过程，它通过提取故障 特征信号（故障先兆），被监测特性的变化或趋势可用于在严重故障发生前预知 维护需要，或者评估机器的“健康”状况。状态监测利用了整个设备或者设备的 某些重要部件的寿命特征，开发应用一些具有特殊用途的设备，并通过数据采集 以及数据分析来预测设备状态发展的趋势。状态监测也就是为基于状态维护或预 知性维护服务的一种技术。在应用状态监测技术以前，一直采用基于时间的维护 1 策略。基于时间的维护根据检修时间表或运行时间离线检修设备，也可以防止许 多故障，然而在检修间隔期内仍会发生意外故障。它由于没有设备当前状态的任 何信息，维护活动的安排也具有盲目性，且浪费了大量人力、时间和费用。 构建一个状态监测系统，先要考虑监测、诊断对象的故障机理，主要依靠 监测对象物理模型的建立。比如大型电机的定子温度监测、轴承温度监测、振动 监测，先要建立物理模型，然后由模型分析确定出合适的特征量，为故障检测和 诊断提供基础。状态监测系统借助于电气接口，监控运行中的设备。在故障发生 前可预知维护需要，判定并详细定位故障，甚至可以估计设备寿命。 三、主要电气设备状态监测应用 （一）电力变压器的状态监测 为确保变压器正常运行，对绕组、铁心、绝缘油、冷却器及有载调节器（OLTC） 等主要部件有必要监测。故障统计表明，OLTC故障和绕组故障最常见。因此， 监控的关键参数包括OLTC故障、油/纸绝缘（包括绕组和变压器）的老化、负载 和运行状态。 1、OLTC故障。它主要由机械故障（轴承、转轴和驱动机构）引起，然后是 电气故障（触点烧损、转换电阻燃烧和绝缘问题）。OLTC的振动监测是有效的 在线监测方法。 2、绕组绝缘。绕组绝缘和主绝缘是影响变压器寿命的最大的问题之一，可 通过温度、油中气体分析（DGA）、局部放电（PD）和湿度分析来监测。 3、负载和运行状态。它的基本信息可通过电压、电流互感器监测。振动监 测是检测OLTC故障的最佳方法通过加速度计获取变压器铁心和绕组的振动数 据，并同电流和热数据一起用于在线确定变压器的运行状态。 （二）感应电动机状态监测 1、定子故障。感应电动机定子故障主要是由于绝缘破坏引起绕组匝间短路 造成的。当前，定子电流信号分析是确定定子绕组故障的常用工具，具有成本低、 易操作和功能多的优点。感应电动机的定子绕组匝间故障将引起气隙磁密畸变， 从而在定子电流中产生谐波，因此定子电流可用于故障的检测。由于电动机和发 电机在定子绕组上的相似性，用于发电机的PD在线监测也可用于电动机中，它 比电流监测能更早地检测到绕组故障。 2 2、转子故障。感应电动机转子故障主要有转子导条断裂，这将引起转矩跳 动，转速波动，转子振动以及过热等。最常见的检测方法是上面提到的定子电流 监测。另外可采用振动和气隙监测方法。 3、轴承故障。电动机可靠性研究表明，轴承故障占所有机器故障的40%以 上。潜在的轴承故障通常采用振动和定子电流监测的