談電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)
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[摘要]為了保障電氣設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，降低設(shè)備運(yùn)行和維修成本，對(duì)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究具有十分重要的意義，文章首先對(duì)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的含義與實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行介紹，然后對(duì)其應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，并針對(duì)目前技術(shù)應(yīng)用普遍存在的問(wèn)題，結(jié)合數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理等環(huán)節(jié)對(duì)技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望，并提出了技術(shù)發(fā)展的方向性建議，具有一定的實(shí)際意義。
[關(guān)鍵詞]電氣設(shè)備；在線監(jiān)測(cè)；故障診斷
電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，目前，由于電力設(shè)備的故障導(dǎo)致電網(wǎng)停電，破壞電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[1]。因此，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷電網(wǎng)中電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，若設(shè)備發(fā)生故障，能夠迅速做出反應(yīng)，最大限度地降低運(yùn)行和維修成本，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過(guò)不斷地發(fā)展演變，電氣設(shè)備維修體制經(jīng)歷了事后維修（BreakdownMaintence，BM），預(yù)防性定期檢修（TimeBasedMaintence，TBM）和狀態(tài)維修（ConditionBasedMaintence，CBM）等方式。BM是當(dāng)電氣設(shè)備故障后才進(jìn)行維修，維修工作無(wú)計(jì)劃性，供電可靠性低；TBM存在著維修周期頻繁、預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)多、試驗(yàn)條件與實(shí)際工況不同、經(jīng)濟(jì)性差、過(guò)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(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)、以預(yù)測(cè)設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)為依據(jù)[2]，其核心技術(shù)是電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和故障診斷，不僅可以降低電氣設(shè)備的維修成本、提高電力技術(shù)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(duì)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的含義與實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行介紹，然后對(duì)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，并針對(duì)目前技術(shù)應(yīng)用普遍存在的問(wèn)題，對(duì)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望，提出發(fā)展的方向性建議。
1電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的定義與實(shí)現(xiàn)
1.1電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的定義
1.1.1在線監(jiān)測(cè)在線監(jiān)測(cè)是在電氣設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，利用傳感、計(jì)算機(jī)、光電子技術(shù)等手段，對(duì)電氣設(shè)備的狀況開(kāi)展連續(xù)性自動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)能實(shí)現(xiàn)以下三點(diǎn)要求[3]：為防止產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行可靠性造成不利的影響，使用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患。采用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)停電試驗(yàn)方法所造成的電氣設(shè)備的停運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，保證設(shè)備的可靠運(yùn)行。利用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)一些老舊設(shè)備和疑似有缺陷的設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)故障征兆及時(shí)退出、維修或者更換故障的電氣設(shè)備，在保證電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，充分發(fā)揮老舊設(shè)備的運(yùn)行壽命。
1.1.2故障診斷故障診斷主要是對(duì)電氣設(shè)備的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，給出設(shè)備的故障點(diǎn)、故障類型以及故障的發(fā)展趨勢(shì)，并提出有效的維修策略，從而來(lái)保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低因電氣設(shè)備故障而造成的不利影響。
1.2電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的實(shí)現(xiàn)
總的來(lái)說(shuō)，電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷過(guò)程可分為運(yùn)行信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)特征提取、運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別、故障診斷結(jié)果幾個(gè)部分[4]。運(yùn)行信號(hào)檢測(cè)：根據(jù)所監(jiān)測(cè)的電氣設(shè)備和監(jiān)測(cè)目的，選擇相應(yīng)的不同傳感器，對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。提取信號(hào)特征：對(duì)信號(hào)中有用的部分進(jìn)行保留或者增加，提取出與電氣設(shè)備故障相關(guān)的一些信號(hào)，方便對(duì)其進(jìn)行后續(xù)的故障診斷。運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別：建立電氣設(shè)備故障識(shí)別分類模型，對(duì)獲得的故障相關(guān)征兆進(jìn)行識(shí)別與分類，從而識(shí)別確定電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。故障診斷結(jié)果：根據(jù)上述部分可得到設(shè)備運(yùn)行故障的判斷結(jié)果，提出實(shí)用有效的針對(duì)性維修策略。
2電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和故障診斷的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用現(xiàn)狀
電氣設(shè)備的故障往往是一個(gè)漸變的發(fā)展過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中總會(huì)表現(xiàn)出一定的故障征兆，如溫度過(guò)高、局部放電、泄漏電流增大、介質(zhì)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(duì)應(yīng)著一種或多種在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，如圖1所示列舉了一些常見(jiàn)的電氣設(shè)備故障征兆及其對(duì)應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。由于不同電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)和安裝運(yùn)行環(huán)境的不同，因此在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)也不相同，表1為一些常見(jiàn)的電氣設(shè)備故障對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)。
2.2電氣設(shè)備故障診斷應(yīng)用現(xiàn)狀
為解決短路、斷線、電氣設(shè)備損壞等電氣故障所帶來(lái)的各種問(wèn)題，故障診斷技術(shù)通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)故障，并提出針對(duì)性的維修策略。應(yīng)用于電氣設(shè)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(yàn)知識(shí)的方法以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法三種。
2.2.1基于解析模型的方法其主要是通過(guò)將設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)與建模后的預(yù)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷，但是此種故障診斷算法跟模型參數(shù)關(guān)系較大，有一定的誤差[5]。
2.2.2基于定性經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的方法其依賴于系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)，主要是應(yīng)用專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粗糙集理論等技術(shù)對(duì)故障進(jìn)行診斷，但由于涉及到的專業(yè)知識(shí)比較復(fù)雜，應(yīng)用起來(lái)相對(duì)困難，不易操作。
2.2.3基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法其主要是通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和離線歷史數(shù)據(jù)的分析，來(lái)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷。若只采用某一種算法對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行故障診斷，在實(shí)際引用時(shí)可能存在缺陷，因此，考慮將三種方法進(jìn)行融合，綜合三種算法的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到很好的故障診斷效果。例如，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中加入粗造集理論，既可以減少訓(xùn)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(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷普遍存在的問(wèn)題
電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷是不停電維修基礎(chǔ)的前提條件，從目前的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，仍然存在著許多制約其發(fā)展的問(wèn)題，要進(jìn)一步發(fā)展電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)必須解決這些普遍存在的問(wèn)題。
3.1在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的穩(wěn)定性
由于監(jiān)測(cè)設(shè)備的復(fù)雜多樣、周圍環(huán)境比較惡劣、電磁干擾等因素，對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性有著很大的影響，導(dǎo)致對(duì)于電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在誤差。因此，需要對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行定期的檢測(cè)和維修[8]。
3.2電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化為了避免因?yàn)殡姎庠O(shè)備的不同而造成檢測(cè)設(shè)備不適配的情況，需要對(duì)檢測(cè)設(shè)備建立標(biāo)準(zhǔn)的型號(hào)，保證不同廠商生產(chǎn)的不同設(shè)備之間具有一定的兼容性和擴(kuò)展性，從而降低維修成本。
3.3健康狀態(tài)評(píng)估和設(shè)備壽命預(yù)測(cè)
一般而言，電氣設(shè)備故障分為運(yùn)行初期、穩(wěn)定期、劣化期以及危險(xiǎn)期等四個(gè)階段。電氣設(shè)備在每個(gè)階段暴露的故障問(wèn)題和解決的辦法不同，因此要不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電氣設(shè)備的剩余壽命，并制定每個(gè)階段具有針對(duì)性的維修和更換方案。
4電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的發(fā)展前景及建議
針對(duì)目前技術(shù)應(yīng)用中所暴露出來(lái)的一些問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)等的發(fā)展趨勢(shì)，下面提出電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的發(fā)展前景及相應(yīng)的發(fā)展建議。
4.1基于先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及信息融合技術(shù)的發(fā)展
在電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和故障診斷中應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息融合技術(shù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行采集，傳送，處理。
4.2電氣設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化跟蹤
利用信息技術(shù)高效獲取信息、處理信息、傳輸信息和使用信息的優(yōu)勢(shì)，將其融入到電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和故障診斷中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送和網(wǎng)絡(luò)化跟蹤，提高對(duì)電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行故障并進(jìn)行維修。
4.3基于虛擬化技術(shù)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(shù)融入電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷中，有助于運(yùn)行人員全面把控電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
4.4基于人工智能技術(shù)的故障診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
為了提高電氣設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的智能化，將專家系統(tǒng)、模糊推理、機(jī)器學(xué)習(xí)等信息融合技術(shù)融入故障診斷系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，充分利用智能信息處理技術(shù)的協(xié)作優(yōu)勢(shì)，克服應(yīng)用單一故障診斷方法所存在的局限性，為電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷數(shù)據(jù)的分析和處理提供一個(gè)有力的解決工具。
4.5開(kāi)放式故障診斷系統(tǒng)
為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)中需要人為操作數(shù)據(jù)庫(kù)的缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的靈活性，采用開(kāi)放式的故障診斷系統(tǒng)，建立基于Web數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)放式架構(gòu)。
4.6基于壽命周期的成本管理
隨著設(shè)備運(yùn)行年限的增加，檢修成本也隨之增加，為了避免設(shè)備檢修的成本出現(xiàn)高于設(shè)備換新的成本，應(yīng)將設(shè)備壽命周期的成本管理列為評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而降低設(shè)備維修費(fèi)用，節(jié)約成本。
5結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的含義與實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行介紹，通過(guò)目前的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀總結(jié)，得到電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷在技術(shù)應(yīng)用方面普遍存在的問(wèn)題，并具體結(jié)合數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理等電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)對(duì)技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望，同時(shí)提出了技術(shù)發(fā)展的方向性建議，對(duì)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的工程應(yīng)用具有一定的借鑒意義。
【參考文獻(xiàn)】
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作者：許鑫 單位：云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局