【正文】 可靠性更為迫切。我國高等院校和電力部門科研院所的不少有關(guān)專業(yè)都相繼開展了這方面的研究。自 1985 年以來，由電力部主持，先后三次（分別在安徽、湖北、廣東三?。┱匍_ 了全國電力設(shè)備絕緣帶電測試、診斷技術(shù)交流會，不僅進行了學(xué)術(shù)交流，而且就如何發(fā)展和推廣在線診斷技術(shù)開展了討論?？梢哉J(rèn)為，我國電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的研究和國際上是同步發(fā)展的，處于幾乎相同的水平。 由于狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的難度，不論是國內(nèi)，還是國外，除個別項目以外，大多還不很成熟，仍處于研究發(fā)展階段。由于客觀的需要，相信這門技術(shù)一定能迅速發(fā)展成長，從而對提高電力系統(tǒng)的運行水平發(fā)揮巨大的作用。 國內(nèi)外設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測發(fā)展?fàn)顩r美國等發(fā)達國家從 20世紀(jì) 80年代起就在電力系統(tǒng)各領(lǐng)域開展了各種關(guān)于設(shè)備狀態(tài)監(jiān) 2 測的 研究和應(yīng)用 ,十幾年來有了較大的發(fā)展 ,與我國相比 ,有兩個主要特征 :①已經(jīng)能生產(chǎn)多種傳感器產(chǎn)品 ,傳感器質(zhì)量好 ,性能穩(wěn)定 。②狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用比較普遍 ,有經(jīng)濟效益。國外傳感器產(chǎn)品的性能和可靠性都達到了較高的水平 ,產(chǎn)品監(jiān)測范圍逐漸覆蓋包括溫度、壓力、振動和絕緣狀態(tài)等各種物理量 ,以及變壓器、斷路器和發(fā)電機機組等各種主要設(shè)備。國外傳感器技術(shù)的全面發(fā)展可以從近幾年國內(nèi)一些發(fā)電廠和變電站引進的進口傳感器產(chǎn)品情況看出。例如 ,美國齊成公司的變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括了對變壓器的油中氣體和水分分析、頂層油溫和有載調(diào)壓開關(guān)的運行監(jiān)測 ,以及對 套管絕緣、 SF6 密度、斷路器電流、避雷器泄漏電流等物理量的監(jiān)測。狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用較普遍的地區(qū)主要是北美和歐洲。美國電力科學(xué)院 (EPRI)非常重視對現(xiàn)場技術(shù)人員有關(guān)狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)檢修方面的技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)。在美國 ,實現(xiàn)了變電站無人值班和狀態(tài)檢修的管理。狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的應(yīng)用取得了良好的經(jīng)濟效益。據(jù)日本一些工廠統(tǒng)計 ,事故率可減少 75%,維修費用可降低 25%~50%。英國經(jīng)過對 2 000 個大型工廠的調(diào)查表明 ,采用狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)后 ,每年節(jié)約維修費用 3 億英鎊 ,而監(jiān)測系統(tǒng)的成本為 億英鎊 ,收益為投入的 6 倍 [7]。 盡 管一些進口的傳感器裝置或系統(tǒng)功能全面 ,但是 ,數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)也還未達到較高水平 ,一般裝置僅僅對數(shù)據(jù)進行簡單的統(tǒng)計分析或頻譜分析。一些僅能夠?qū)€別故障進行診斷的軟件 ,其售價也高得驚人。因此 ,還需要用人工處理數(shù)據(jù) ,并得出最后結(jié)論。國內(nèi)電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測科研工作也開始于 20世紀(jì) 80年代 ,起步并不晚。近 10年來 ,已經(jīng)研制成功很多傳感器裝置 ,并安裝在現(xiàn)場。很多發(fā)電廠和變電站已經(jīng)采用了在線監(jiān)測技術(shù) ,加強了對設(shè)備運行進行實時監(jiān)測和管理的手段。近幾年 ,國內(nèi)一些大型發(fā)電廠較全面地安裝了成套進口的先進傳感器裝置 ,通過計算機網(wǎng) 絡(luò)形成一定規(guī)模的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) ,并達到了先進水平 ,而這些成套軟件系統(tǒng)全部由我國技術(shù)人員開發(fā)。例如 ,一臺 300 MW 發(fā)電機組的鍋爐、汽機和發(fā)電機的模擬量和開關(guān)量的測點多達 5 000 個 ~6 000 個 (其中發(fā)電機的測點有 300 個 ~400 個 ),從測點得到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫管理起來 ,在控制室的終端可以任意調(diào)用各點實時的和歷史的數(shù)據(jù) ,并顯示出來。這充分說明我國技術(shù)人員已經(jīng)掌握了狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)。但是 ,到目前為止 ,國產(chǎn)傳感器裝置的生產(chǎn)和國內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用情況還落后于國外先進水平。一方面 ,還有很多發(fā)電廠和變電站的 狀態(tài)監(jiān)測沒有開展起來 。另一方面 ,一些狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)已具備規(guī)模的發(fā)電廠在軟環(huán)境和管理體制上還不能適應(yīng)發(fā)展要求。這主要表現(xiàn)在兩方面 :①在很多現(xiàn)場 ,狀態(tài)監(jiān)測并沒有成為必要的部分。由于沒有實施狀態(tài)檢修 ,維修管理還是沿用過去的舊體制 ,運行和設(shè)備管理維修脫節(jié) ,因而 ,沒有形成對狀態(tài)監(jiān)測的需求 ,已有的狀態(tài)監(jiān)測裝置也沒有發(fā)揮應(yīng) 3 有的作用。②已具有狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工廠 ,其現(xiàn)場技術(shù)人員還沒有技術(shù)能力處理和分析狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù) ,因而不能合理分析和利用數(shù)據(jù)。 由于無論對進口的還是國產(chǎn)的硬件監(jiān)測系統(tǒng) ,人工進行數(shù)據(jù)分析還是必要的 ,而且目前對現(xiàn)場 技術(shù)人員的培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)還沒有到位。在國內(nèi)要推廣狀態(tài)監(jiān)測技術(shù) ,除了要解決國產(chǎn)傳感器裝置的生產(chǎn)和設(shè)備管理體制的改革等問題外 ,現(xiàn)場技術(shù)人員的培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)也是必須解決的問題。其中 ,進一步開發(fā)高層次的數(shù)據(jù)分析軟件也是一項重要工作。 4 第一章 狀態(tài)監(jiān)測的概念和任務(wù) 狀態(tài)監(jiān)測的概念和任務(wù)在實際應(yīng)用中 ,有故障預(yù)報、故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測等幾個在內(nèi)容上相近但存在差別的概念。一般來講 ,它們在內(nèi)容上沒有嚴(yán)格的界限 ,采用的方法很多是一樣的 ,都要進行在線檢測和數(shù)據(jù)分析 ,而且最終目標(biāo)也是一致的 ,即防患于 未然。但是 ,它們的任務(wù)不盡相同 ,這里指出它們的區(qū)別 ,是為了進一步明確狀態(tài)監(jiān)測的任務(wù) ,避免一些誤解。故障預(yù)報 —— 根據(jù)故障征兆 ,對可能發(fā)生故障的時間、位置和程度進行預(yù)測。故障診斷 —— 根據(jù)故障特征 ,對已發(fā)生的故障進行定位和對故障發(fā)展程度進行判斷。狀態(tài)監(jiān)測 —— 對設(shè)備的運行狀態(tài)進行記錄、分類和評估 ,為設(shè)備維護、維修提供決策。以上幾個概念的關(guān)系 ,它們是按故障發(fā)展的時間進程進行分類的。如果不能對未發(fā)生的故障時間、位置進行預(yù)測和不能對已發(fā)生故障的位置、程度進行準(zhǔn)確判斷 ,則不能稱為故障預(yù)報和故障診斷 ,其結(jié)論應(yīng)該屬于狀態(tài)監(jiān)測范 圍。 對故障的預(yù)測或預(yù)報必須建模和仿真 ,而故障診斷也需要對故障的機理進行分析和研究 ,不能僅僅依靠信號處理的方法 ,只分析故障的外在表現(xiàn) ,因而存在較大的難度。狀態(tài)監(jiān)測主要依據(jù)信號處理和模式識別對設(shè)備進行評估和判斷 ,相對容易實現(xiàn)。但是 ,也不能認(rèn)為預(yù)測或預(yù)報是最好的方法 ,而狀態(tài)監(jiān)測只是一種初級的手段。每一種方法必須適合具體的對象 ,關(guān)鍵在于準(zhǔn)確 ,要得到準(zhǔn)確的結(jié)論都是不容易的。 第一節(jié) 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的含義 電氣設(shè)備在運行中受到電、熱、機械、環(huán)境等各種因素的作用，其性能逐漸劣化，最終導(dǎo)致故障。特別是電氣設(shè)備中的絕緣 介質(zhì)，大多為有機材料，如礦物油、絕緣紙、各種有機合成材料等，容易在外界因素作用下發(fā)生老化。電氣設(shè)備是組成電力系統(tǒng)的基本元件，一旦失效，必將引起局部甚至廣大地區(qū)的停電，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。 “監(jiān)測”一詞的含義是為了特殊的目的而進行的注視、觀察與校核。設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測是利用各種傳感器和測量手段對反映設(shè)備運行狀態(tài)的物理、化學(xué)量進行檢測，其目的是為了判明設(shè)備是否處于正常狀態(tài)?！霸\斷”一詞原是一醫(yī)學(xué)名詞，指醫(yī)生對收集到的病人癥狀（包括醫(yī)生的感觀所感覺到的、病人自身主觀陳述以及各種化驗檢測所得到的結(jié)果）進 行分析處理、尋求患者的病因、了解疾病的嚴(yán)重程度及制訂治療措施與方案 5 的過程。設(shè)備的“故障診斷”借用了上述概念，其含義是指這樣的過程：專家根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所得到的各測量值及其運算處理結(jié)果所提供的信息，采用所掌握的關(guān)于設(shè)備的知識和經(jīng)驗，進行推理判斷，找出設(shè)備故障的類型、部位及嚴(yán)重程度，從而提出對設(shè)備的維修處理建議。簡言之，“狀態(tài)監(jiān)測”是特征量的收集過程，而“故障診斷”是特征量收集后的分析判斷過程。 廣義而言，“診斷”的含義概括了“狀態(tài)監(jiān)測”和“故障診斷”：前者是“診”；后者是“斷”。 第二節(jié) 狀態(tài)監(jiān)測適合電力系統(tǒng) 主設(shè)備的現(xiàn)狀 狀態(tài)監(jiān)測適合電力系統(tǒng)主設(shè)備的現(xiàn)狀。主設(shè)備的主要故障 ,例如絕緣故障、機械故障等的一些故障機理還不清楚 ,全系統(tǒng)的故障建模和仿真更難 ,而作為一個產(chǎn)品 ,其生存期有限 ,也沒有必要進行大量的研究工作。如果強調(diào)對主設(shè)備故障的“預(yù)報”和“定位” ,不僅現(xiàn)有條件下很難達到預(yù)期效果 ,而且容易產(chǎn)生過分的期望和誤解 ,并將影響監(jiān)測技術(shù)的推廣和發(fā)展。同時 ,生產(chǎn)現(xiàn)場也沒有“預(yù)報”和“定位”的急需 ,現(xiàn)場人員首先需要知道主設(shè)備是否存在異常和是否需要檢修 。對于主設(shè)備 ,如果需要打開機蓋檢修 ,進一步查找故障點 ,就比在線監(jiān)測時的定位容易 得多。另一方面 ,有些情況需要具體對待 ,例如對于輸電線和電纜的接地故障 ,用戶首先要對故障點定位 ,這就需要采用故障診斷的方法 ,而不是狀態(tài)監(jiān)測的方法。狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)該包括以下任務(wù) :和數(shù)據(jù) ,建立設(shè)備運行的歷史檔案。 ,根據(jù)歷史檔案、運行狀態(tài)等級和已出