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[摘要]為了保障電氣設備的安全可靠運行,降低設備運行和維修成本,對電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷技術的研究具有十分重要的意義,文章首先對電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷的含義與實現(xiàn)過程進行介紹,然后對其應用現(xiàn)狀進行總結,并針對目前技術應用普遍存在的問題,結合數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理等環(huán)節(jié)對技術的發(fā)展前景進行展望,并提出了技術發(fā)展的方向性建議,具有一定的實際意義。
[關鍵詞]電氣設備;在線監(jiān)測;故障診斷
電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要保障,目前,由于電力設備的故障導致電網(wǎng)停電,破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定運行的現(xiàn)象時有發(fā)生[1]。因此,需要實時監(jiān)測和診斷電網(wǎng)中電力設備的運行狀態(tài),若設備發(fā)生故障,能夠迅速做出反應,最大限度地降低運行和維修成本,保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。經(jīng)過不斷地發(fā)展演變,電氣設備維修體制經(jīng)歷了事后維修(BreakdownMaintence,BM),預防性定期檢修(TimeBasedMaintence,TBM)和狀態(tài)維修(ConditionBasedMaintence,CBM)等方式。BM是當電氣設備故障后才進行維修,維修工作無計劃性,供電可靠性低;TBM存在著維修周期頻繁、預防性試驗項目過多、試驗條件與實際工況不同、經(jīng)濟性差、過度維修或維修不足等種種弊端;CBM主要采用的維修方式是以設備狀態(tài)為基礎、以預測設備狀態(tài)發(fā)展趨勢為依據(jù)[2],其核心技術是電氣設備在線監(jiān)測和故障診斷,不僅可以降低電氣設備的維修成本、提高電力技術智能化水平,而且可以大幅度提升電網(wǎng)安全水平。本文首先對電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷的含義與實現(xiàn)過程進行介紹,然后對在線監(jiān)測與故障診斷技術的應用現(xiàn)狀進行總結,并針對目前技術應用普遍存在的問題,對電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷技術的發(fā)展前景進行展望,提出發(fā)展的方向性建議。
1電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷的定義與實現(xiàn)
1.1電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷的定義
1.1.1在線監(jiān)測在線監(jiān)測是在電氣設備正常運行的前提下,利用傳感、計算機、光電子技術等手段,對電氣設備的狀況開展連續(xù)性自動監(jiān)測的方法。在線監(jiān)測技術的應用應能實現(xiàn)以下三點要求[3]:為防止產品的質量問題對電氣設備運行可靠性造成不利的影響,使用在線監(jiān)測技術對電氣設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)故障隱患。采用在線監(jiān)測技術來彌補停電試驗方法所造成的電氣設備的停運時間長等缺點,保證設備的可靠運行。利用在線監(jiān)測技術對一些老舊設備和疑似有缺陷的設備運行進行實時監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)故障征兆及時退出、維修或者更換故障的電氣設備,在保證電氣設備安全穩(wěn)定運行的前提下,充分發(fā)揮老舊設備的運行壽命。
1.1.2故障診斷故障診斷主要是對電氣設備的在線實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比對分析,給出設備的故障點、故障類型以及故障的發(fā)展趨勢,并提出有效的維修策略,從而來保證設備的安全穩(wěn)定運行,降低因電氣設備故障而造成的不利影響。
1.2電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷的實現(xiàn)
總的來說,電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷過程可分為運行信號檢測、信號特征提取、運行狀態(tài)識別、故障診斷結果幾個部分[4]。運行信號檢測:根據(jù)所監(jiān)測的電氣設備和監(jiān)測目的,選擇相應的不同傳感器,對電氣設備的運行信號進行監(jiān)測,同時將模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號。提取信號特征:對信號中有用的部分進行保留或者增加,提取出與電氣設備故障相關的一些信號,方便對其進行后續(xù)的故障診斷。運行狀態(tài)識別:建立電氣設備故障識別分類模型,對獲得的故障相關征兆進行識別與分類,從而識別確定電氣設備的運行狀態(tài)。故障診斷結果:根據(jù)上述部分可得到設備運行故障的判斷結果,提出實用有效的針對性維修策略。
2電氣設備在線監(jiān)測和故障診斷的應用現(xiàn)狀
2.1電氣設備在線監(jiān)測應用現(xiàn)狀
電氣設備的故障往往是一個漸變的發(fā)展過程,在這個過程中總會表現(xiàn)出一定的故障征兆,如溫度過高、局部放電、泄漏電流增大、介質損耗增大、三相電流不平衡、油中溶解氣體含量變化等。每種故障征兆都對應著一種或多種在線監(jiān)測技術,如圖1所示列舉了一些常見的電氣設備故障征兆及其對應的在線監(jiān)測技術。由于不同電氣設備的結構和安裝運行環(huán)境的不同,因此在線監(jiān)測的技術也不相同,表1為一些常見的電氣設備故障對應的監(jiān)測技術。
2.2電氣設備故障診斷應用現(xiàn)狀
為解決短路、斷線、電氣設備損壞等電氣故障所帶來的各種問題,故障診斷技術通過對電氣設備運行狀態(tài)的監(jiān)測結果的分析,發(fā)現(xiàn)故障,并提出針對性的維修策略。應用于電氣設備故障診斷的算法一般可以分為基于解析模型的方法、基于定性經(jīng)驗知識的方法以及數(shù)據(jù)驅動的方法三種。
2.2.1基于解析模型的方法其主要是通過將設備的實際運行狀態(tài)與建模后的預測運行狀態(tài)進行對比分析,對設備故障進行診斷,但是此種故障診斷算法跟模型參數(shù)關系較大,有一定的誤差[5]。
2.2.2基于定性經(jīng)驗知識的方法其依賴于系統(tǒng)的先驗知識,主要是應用專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、粗糙集理論等技術對故障進行診斷,但由于涉及到的專業(yè)知識比較復雜,應用起來相對困難,不易操作。
2.2.3基于數(shù)據(jù)驅動的方法其主要是通過對監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)和離線歷史數(shù)據(jù)的分析,來對設備故障進行診斷。若只采用某一種算法對電氣設備進行故障診斷,在實際引用時可能存在缺陷,因此,考慮將三種方法進行融合,綜合三種算法的優(yōu)勢,達到很好的故障診斷效果。例如,在神經(jīng)網(wǎng)絡中加入粗造集理論,既可以減少訓練數(shù)據(jù),提高故障診斷效率,又能提高數(shù)據(jù)的代表性,較少噪聲干擾。
3電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷普遍存在的問題
電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷是不停電維修基礎的前提條件,從目前的技術應用現(xiàn)狀來看,仍然存在著許多制約其發(fā)展的問題,要進一步發(fā)展電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷技術必須解決這些普遍存在的問題。
3.1在線監(jiān)測設備的穩(wěn)定性
由于監(jiān)測設備的復雜多樣、周圍環(huán)境比較惡劣、電磁干擾等因素,對在線監(jiān)測設備的運行穩(wěn)定性有著很大的影響,導致對于電氣設備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)存在誤差。因此,需要對監(jiān)測設備進行定期的檢測和維修[8]。
3.2電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)標準化為了避免因為電氣設備的不同而造成檢測設備不適配的情況,需要對檢測設備建立標準的型號,保證不同廠商生產的不同設備之間具有一定的兼容性和擴展性,從而降低維修成本。
3.3健康狀態(tài)評估和設備壽命預測
一般而言,電氣設備故障分為運行初期、穩(wěn)定期、劣化期以及危險期等四個階段。電氣設備在每個階段暴露的故障問題和解決的辦法不同,因此要不斷進行數(shù)據(jù)監(jiān)測,準確預測電氣設備的剩余壽命,并制定每個階段具有針對性的維修和更換方案。
4電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷的發(fā)展前景及建議
針對目前技術應用中所暴露出來的一些問題,結合當前計算技術、通信技術等的發(fā)展趨勢,下面提出電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷技術的發(fā)展前景及相應的發(fā)展建議。
4.1基于先進物聯(lián)網(wǎng)技術及信息融合技術的發(fā)展
在電氣設備在線監(jiān)測和故障診斷中應用無線傳感網(wǎng)絡等先進的物聯(lián)網(wǎng)技術和信息融合技術對設備運行信息進行采集,傳送,處理。
4.2電氣設備狀態(tài)的遠程監(jiān)測和網(wǎng)絡化跟蹤
利用信息技術高效獲取信息、處理信息、傳輸信息和使用信息的優(yōu)勢,將其融入到電氣設備在線監(jiān)測和故障診斷中,實現(xiàn)對電氣設備的狀態(tài)的實時監(jiān)測,并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息進行遠程傳送和網(wǎng)絡化跟蹤,提高對電氣設備的監(jiān)測能力,及時發(fā)現(xiàn)設備運行故障并進行維修。
4.3基于虛擬化技術的發(fā)展
為了提高故障診斷系統(tǒng)的可視性和交互性,將虛擬化技術融入電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷中,有助于運行人員全面把控電氣設備的運行狀態(tài)。
4.4基于人工智能技術的故障診斷系統(tǒng)開發(fā)
為了提高電氣設備故障診斷系統(tǒng)的智能化,將專家系統(tǒng)、模糊推理、機器學習等信息融合技術融入故障診斷系統(tǒng)開發(fā)中,充分利用智能信息處理技術的協(xié)作優(yōu)勢,克服應用單一故障診斷方法所存在的局限性,為電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷數(shù)據(jù)的分析和處理提供一個有力的解決工具。
4.5開放式故障診斷系統(tǒng)
為了彌補傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)中需要人為操作數(shù)據(jù)庫的缺點,提高系統(tǒng)的靈活性,采用開放式的故障診斷系統(tǒng),建立基于Web數(shù)據(jù)庫的開放式架構。
4.6基于壽命周期的成本管理
隨著設備運行年限的增加,檢修成本也隨之增加,為了避免設備檢修的成本出現(xiàn)高于設備換新的成本,應將設備壽命周期的成本管理列為評價指標,從而降低設備維修費用,節(jié)約成本。
5結語
本文通過對電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷的含義與實現(xiàn)過程進行介紹,通過目前的技術應用現(xiàn)狀總結,得到電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷在技術應用方面普遍存在的問題,并具體結合數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理等電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷技術實現(xiàn)過程中的重要環(huán)節(jié)對技術的發(fā)展前景進行展望,同時提出了技術發(fā)展的方向性建議,對電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷的工程應用具有一定的借鑒意義。
【參考文獻】
[1]黃穗雯.淺談電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷技術的現(xiàn)狀與前景[J].科學技術創(chuàng)新,2011(35):14-14.
[2]王鑫.電氣設備的在線監(jiān)測與故障診斷[D].濟南:山東大學,2005.
[3]徐大可,張元林,王文勝.變電站電氣設備在線監(jiān)測綜述[J].電力自動化設備,2001,39(9):6-10.
[4]李勇.電氣設備在線監(jiān)測與故障診斷分析[J].電工文摘,2015(3):21-24.
[5]文成林,呂菲亞,包哲靜.基于數(shù)據(jù)驅動的微小故障診斷方法綜述[J].自動化學報,2016,42(9):1285-1299.
作者:許鑫 單位:云南電網(wǎng)有限責任公司玉溪供電局