电气设备故障诊断的现状与发展_庞志华.pdf

77Machining and Application机械加工与应用电气设备故障诊断的现状与发展庞志华摘要：随着近几年电气设备更新换代的不断加快，其故障趋于复杂化，因此对故障诊断技术提出了更高的要求。特别是对于企业的生产而言，如果不能正确的诊断设备故障，同时快速的维修，将会直接影响到生产的顺利进行，进而造成经济损失。所以关于电气设备故障诊断的技术不断完善，而且也引入了各种现代化的科技，为电气设备的稳定运行奠定了坚实的基础。基于此，本文从电气设备的常见故障入手，首先分析电气设备故障诊断的现状，然后重点探究电气设备故障诊断的发展，希望可以借此给电气设备故障诊断的相关研究提供一定的参考。关键词：电气设备；故障诊断；现状；发展电气设备通常是不间断运行的，由于使用环境不当或者老化等问题，可能会造成电气设备的故障，轻微的故障会影响电气设备功能的实现，严重的故障会导致电气设备的停机，甚至还可能引起安全事故，因此要借助故障诊断来快速的找到问题所在，然后针对性的排除故障。特别是对于大型的工业生产企业而言，其内部电气设备的种类较多，当出现故障后如果不能及时的诊断并且排除，将会直接影响到生产的成本，甚至还可能导致安全事故。当前电气设备故障诊断首先要确定故障的类型，然后再针对性的采取故障诊断方法。这种故障诊断的形式已经沿用了多年，但是从目前的发展来看，电气设备在未来会更加复杂和精密，因此传统的故障诊断方法已经无法满足要求，需要进一步的完善。1 电气设备的常见故障电气设备特别是大型高压设备在发生突发性停电事故时，会给社会带来严重的经济损失和不良影响。提高受电气设备影响的可靠性，一方面要加强设备硬件，保证质量，使用优质材料，采用先进技术，提高设计水平，合理安排设计余量，提高使用寿命，降低故障率。这将增加制造成本。此外，设备在使用过程中不可避免地会老化，大型设备不可能一次使用。因此，电力部门应加强对该装置的检查和维护。电气设备的种类和型号较多，而且有很大一部分是不间断运行的，因此很可能由于各种原因导致其出现故障。结合当前的实际情况，电气设备的常见故障主要包含以下几种。1.1绝缘故障电气设备长期处于强电场和高电压的作用下，因此电气绝缘问题十分关键，一旦出现了绝缘故障，不仅会影响到电气设备的正常运行，而且还可能导致安全事故。引起绝缘故障的原因也较多，主要表现为密封不严、设备老化、外界侵蚀等。特别是对于高压电流互感器而言，它属于电气设备的核心部件，在使用的过程中承受的负荷也最大，很容易出现绝缘故障的问题。高压电流互感器的高压套管多采用胶纸材料和油浸材料来实现绝缘，这种电容型结构的密封效果相对较差，因此在使用的过程中常由于进水受潮而导致绝缘故障。1.2机械故障电气设备的机械故障主要是由于疲劳、磨损和振动等导致的，特别是对于电机而言，非常容易出现机械故障，这是因为电机由轴承、转子和定子构成，其工作系统中存在相互独立的电路和耦合电路磁场，在长期运转的过程中很可能由于磨损和疲劳导致元件的失效，最终造成机械故障。这类机械故障的隐蔽性通常较强，所以它对故障诊断技术的要求较高。高压断路故障、断路器绝缘子破坏、橡皮密封垫缺陷等也属于机械故障，而且它们中有很多都处于电气设备的内部，很难从外观上判断出具体的故障。但是这类故障的危害却较大，不仅容易造成设备的烧毁，严重的甚至还可能引起爆炸。因此，通常是借助维修保养来减少机械故障，在这方面是按照电气设备的使用要求来定期的更换其内部元件，或者当保养时发现了零部件损坏，然后及时的更换。1.3发热故障电气设备从本质上进行的是能量的传递与转化，所以必然会产生热量，当热量积累到一定程度，就会对电气设备造成破坏。通常而言，电气设备的热故障多是由于过载造成的，发热会融化电气设备内部的元器件，使电气设备失效。从上述的分析可以看出，电气设备的故障具有多样化的特点，而且引起故障的原因也较多，这就给后续的故障诊断带来较大的挑战。为了有效的诊断故障，不仅立足于整体进行全方位的考虑，而且还对经验有着一定的要求。在很多情况下，由于经验不足而导致电气设备故障诊断出现错误，这就延长了故障维修78Machining and Application机械加工与应用的时间，使企业的生产成本上升。2 电气设备故障诊断的现状在我国，电力部门对电气设备的检修主要采取计划检修和故障检修。计划检修是指按照预定的计划安排检修时间。这种方法也称为定期维护。它的缺点是缺乏竞争力，成本高，这往往导致人力物力的过度浪费和高成本。此外，这种维护方式可能会带来新的安全隐患、过度维护，或因维护误操作、频繁拆卸和耐压试验而导致绝缘损坏。故障维修是指设备发生故障后的维修。它也被称为后期维护或被动维护。这样就确定了设备的缺陷或故障不能及时获知，一旦发现，经济损失就已经无法挽回。2.1 绝缘故障的诊断绝缘故障的诊断通常采用断路法，它通过将所有用电设备输电线路分阶段断路来判断绝缘故障出现的区域。一般而言，在确定出现绝缘故障的区域后，还要用表测来锁定具体的位置，这样才能更加准确的诊断和维修。断路法的操作较为简单，通常是用于大型机组或输电设备的绝缘故障检测。当然，在应用断路法的过程中要遵循先易后难的原则，从最容易检测的明显故障入手，这样能够简化断路检测的过程，缩短故障检测和维修的时间。断路法还有助于发现安全隐患，能够排除较为隐蔽的故障，因此断路法在电气设备故障诊断中的应用也较为广泛。但是断路法应用在电气设备故障诊断中的工作量较大，需要的时间较长，因此会影响到电气设备的正常运转。特别是出现紧急情况时，需调动大量的人力，否则很难在短时间内完成故障的诊断，这也是其应用的限制所在。2.2机械故障的诊断电气设备的机械故障分为多种，对于磨损故障和电机损耗等可通过常规诊断来实现，而且也只需单独诊断负载设备。但是对于变压器故障而言，由于其运行的过程中会产生可燃气体，因此可通过化学手段来进行诊断，检测产生气体的指数来判断变压器的运行是否正常。一般而言，当变压器正常运行时，检测出乙炔气体的乙烷、甲烷、氢气等指数通常保持在0.06mml/100mml，如果指数异常，则可判定为变压器的故障。这种方式诊断相对较为准确，而且也能观测到机组运行的情况。对于电气设备内部的机械故障而言，有很多是由于元部件达到了使用年限，最终造成疲劳失效。这类故障的诊断较为困难，需要对电气设备拆解，然后才能精准定位故障点。但是这类机械故障的维修较为简单，只需更换元部件即可。为了保障电气设备的稳定运行，通常会定期进行维修和保养，这时就要根据电气设备的使用要求和实际情况来判断原部件是否出现了机械故障，如果存在问题则需及时更换，这样就能有效减少突发性的机械故障。2.3发热故障的诊断电气设备的发热故障十分常见，在进行故障诊断时也要遵循先易后难的原则，先对明显发热的部位进行故障诊断。对于经验丰富的设备监测人员而言，能够轻易的发现发热故障并及时处理。近几年，我国电气设备不断更新和改进，能够有效的提高工作效率，但是由于内部构成的复杂，也增加了故障诊断的难度，因此常用红外设施来进行发热故障的诊断。以某供电厂电气设备故障诊断为例，它在使用的过程中升温较快，开机后温度直线上升，虽然经过多次停机降温，但是仍然无法从根本上解决升温较快的问题。因此采用手持红外线设施进行故障诊断，最终发现电气设备表显温度为95时，红外线设施显示最高温度为60，最终确定电气设备运行并无发热故障，主要是仪表显示出现问题。利用红外线设施进行发热故障检测时较为直观和准确，而且手持红外设施与电气设备的相互影响较小，能够快速的判断是否出现了发热故障。特别是对于大型的企业而言，其内部的电气设备较多，应用常规的诊断技术很容易忽视不明显的发热故障，所以可借助红外线设施来针对性的完善发热故障诊断，尽早发现故障所在，借助检修来排除相关隐患。从上述的分析可以看出，当前电气设备故障诊断的方法相对较为简单，不仅耗费的时间较长，而且故障诊断的精度也得不到有效的保障。随着电气设备技术的不断进步，传统故障诊断方法已经逐渐无法满足需求，因此在未来发展中，电气设备故障诊断技术要进一步完善。3 电气设备故障诊断的发展变电站作为电力系统不可缺少的组成部分，可以实现电能转换和功率再分配功能，对维护电网安全稳定运行起着重要作用。为了提高变电站运行的安全性，降低运行维护成本，创造更多的经济效益，提高电力用户的电能质量，先进的综合自动化技术在变电站得到了广泛的应用。电气设备故障诊断的发展与电气设备的进步是密不可分的，特别是进入21世纪之后，电气设备的内部结构更为复杂，故障也更加多样化，这给其故障诊断带来了极大的挑战。因此，电气设备故障诊断技术也在不断的改进。结合当前的实际情况，电气设备故障诊断的未来发展趋势将集中在以下几个方面。3.1综合性从上述的分析可以看出，电气设备故障诊断在开始之前首先要判断故障的类型，然后再针对性的采取故障诊断方法。因此当故障类型判断失误后，后续的诊断方法可能无法起到有效的作用，这就导致故障诊断的时间会被延长，会给企业带来经济损79Machining and Application机械加工与应用失，甚至还可能造成安全隐患。所以在未来的发展中，电气设备故障诊断技术会趋向于综合性，它能同时诊断各类故障，通过综合管理与信息技术来实现电气设备运行参数的整合，这样就能对电气设备的运行进行全天候的监控和诊断。当出现故障时能够直接指出故障的原因和具体位置，这样就可有效缩短故障诊断和后续维修的时间。电气设备故障诊断的综合性技术也有其前提，它需要将电气设备的运行参数整合，借助传感器实现远程的监控，最后通过参数异常的分析来实现故障诊断。当然，综合性的电气设备故障诊断在一定程度上是对信息化技术的应用，它能摆脱传统电气设备故障诊断对经验的依赖，而且也能保障电气设备故障诊断的及时性。3.2针对性电气设备故障诊断会向着信息化的方向发展，这样就能有效提高其针对性，使诊断的过程更短。对于输电线路、变压器和发电机组等，其运行的状态参数能够与总控制室相连，各自也有独立的数据服务器，这样就能针对不同的故障形态来开展针对性的诊断，形成独立且完备的诊断体系。对于电气设备机械故障的诊断而言，传统的方法很难发现其内部的机械故障，往往需要拆解电气设备才能精准地定位故障点，因此在故障排查的过程中需要耗费大量的时间。所以在未来的发展中，电气设备故障诊断的针对性会进一步提升，借助电气设备的运行监控来及时发现异常，用精准的数据反馈出电气设备故障的具体点，这样就能有效指导后续的维修工作。3.3人工智能故障诊断电气设备在长期的运行中故障难以避免，因此需增强电气故障诊断的及时性和准确性。针对这一方面，可将人工智能技术应用在电气设备故障诊断中，这样不仅能加快故障诊断的反应速度，而且能有效保障电气设备故障诊断的精确性。从近几年的实际情况来看，电气设备的自动化和信息化水平在不断的提升，这虽然更好的满足了人们的使用需求，但是也给故障诊断带来了极大的挑战。人工智能技术可以很好的解决传统电气设备故障诊断的问题，首先它有独立的专家系统，通过整合专家知识与经验，能建立起电气设备故障诊断模块，根据采集到的参数自动化的诊断故障，而且还能分析故障产生的原因并提供解决方案，对于快速排除故障有着极为重要的作用。其次，人工智能还可借助人工神经网络来完成故障诊断，这是因为电气设备的类型较多，而且内部结构较为精密，借助人工神经网络能够与云数据处理紧密结合，快速对复杂的系统进行分析，能够降低外界因素对故障诊断的干扰，而且它还能为故障诊断和问题的解决提供支持。除此之外，人工智能还可借助模糊理论来完成电气设备故障诊断。现代电气设备结构参数差异较大，而且分布较广，其本身就属于十分复杂的系统，在进行故障诊断时需要采集各类信息，并对比这样才能得到故障诊断的结果，但是采集信息具有模糊性和不确定性，相互之间还存在耦合影响，会增加故障诊断的难度。这时人工智能就会利用模糊理论来排除不相关因素，根据故障产生的诱因、表现特征和专家经验建立起模糊关系矩阵，进而利用其逻辑关系来完成电气设备故障的诊断。借助人工智能来完成电气设备故障诊断可