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电气设备状态监测与故障诊断技术

1前言

1.1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”。

1.2状态监测与故障诊断技术的意义

电气设备特别是大型高压设备发生突发性停电事故，会造成巨大的经济损失和不良的社会影

响。提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质材料及先进工艺，优化

设计，合理选择设计裕度，力求在工作寿命内不发生故障。但这样会导致制造成本增加。此

外，设备在运行中，总会逐渐老化，而大型设备不可能象一次性工具那“用过即丢”。因此，

另一方面，必须对设备进行必要的检查和维修，这构成了电力运行部门的重要工作内容。

早期是对设备使用直到发生故障，然后维修，称为事故维修。但是，如前所述，对于大型设

备，突发性事故将造成巨大损失。

其后，发展成定期试验和维修，即预防性维修。现在，定期预防性试验和维修已在电力部门

形成制度，对减少和防止事故的发生起到了很好的作用。但预防性试验是离线进行的，有很

多不足之处：

1)离线试验需停电进行，而不少重要电力设备轻易不能停止运行。

2)停电后设备状态（如作用电压、温度等）和运行中不符，影响判断准确度。

3)由于是周期性定期检查，而不是连续地随时监测，设备仍可能在试验间隔期间发生故障，

即造成维修不足。

4)由于是定期检查和维修，设备状态即使良好时，按计划仍需进行试验和维修，造成人力

物力浪费，甚至可能因拆卸组装过多而造成损坏，即造成所谓维修过度。

因此，目前正在发展以状态监测（通常是在线监测）和故障诊断为基础的状态维修。其基本

原理可简述如下。设备的劣化、缺陷的发展虽然具有统计性，发展的速度也有快慢，但大多

具有一定的发展期。在这期间，会产生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特性发

生少量渐进的变化。随着电子技术、计算机技术、光电技术、信号处理技术和各种传感技术

的发展，可以对电气设备进行在线的状态监测，及时取得各种即使是微弱的信息。对这些信

息进行处理和综合分析后，根据其数值的大小及变化趋势，可对设备的可靠性随时作出判断

和对设备的剩余寿命作出预测，从而能早期发现潜伏的故障，必要时可提供预警或规定的操

作。状态监测（在线监测）与故障诊断技术的特点是可以对电气设备在运行状态下进行连续

或随时的监测与判断，故可避免上述预防性试验的缺点。

在线监测和离线试验也不是对立的，而是相辅相成的。如在线监测中发现事故隐患后，必要

时在离线状态下进行更为彻底的全面检查。

采用状态监测与故障诊断技术后，可以使预防性维修向预知性维修即状态维修过渡，从“到

期必修”过渡到“该修则修”。

状态监测与故障诊断技术有很大的难度。潜伏性故障前期征兆的信号通常极为微弱，而运行

条件下现场又存在强烈的电磁干扰。因此，抑制各种干扰，提高信噪比是在线监测中首先必

须解决的难题。此外，监测到的各种特征量和设备的状态通常也不是一一对应的，而具有错

综复杂的关系。如果说离线的预防性试验结果的分析，已经积累了大量经验，据此可以制订

出相应的规程推广施行（当然也需要根据科学技术的发展，不断加以修订补充）；那么对于

在线诊断现在则仍处于研究试行、积累经验的阶段。发展在线诊断技术，既需对设备结构及

其老化机理有深入的了解，也需应用传感、微电子等高新技术。它是具有交叉学科性质的一

门新兴技术，有重大的学术意义，