电力系统设备状态监测与故障诊断技术

江苏润和智融科技有限公司 姚 刚

通过对电力设备状态进行监测和科学合理的诊断，可以降低相关设备的运行与维护成本，使整个系统的运行更加安全。本文对电力设备状态监测和相关的故障诊断的实际应用情况进行了阐述。

在对整个电力系统进行监测和故障诊断的过程中，对于具体设备和系统的综合分析与常规测试都十分重要，有效保障这两点就可以及时的消除相关的安全隐患，使电力系统可以稳定运行。另外，可以通过引入计算机技术、信息技术与人工智能技术，以便更好地对检测到的故障进行具体判断，分析其影响因素和可能造成的事故结果，寻找故障原因之间的内在规律，探索更加有效的故障诊断技术与状态监测系统。

1 状态监测与故障诊断的必要性

为了保证电力系统安全运行，需要对整个系统的设备状态进行严密的监测并需要拥有良好的故障诊断技术。在电力设备的具体运行过程中，难以避免的会由于各种外部因素和内部因素的影响出现相关故障；同时，由于电力系统的长期运行，建设材料难以避免的会由于电热气候等原因出现老化，一旦电力系统发生故障，有可能造成的后果就是区域性的停电，严重时甚至有可能引起大规模停电，造成非常重大的损失。为了避免相关故障的发生，电力企业必须能够有效地对整体设备和相关系统进行状态监测，同时对可能发生的故障进行正确诊断。

按照传统的检测方式，相关工作人员需要对整个电力系统的装置及运行状态数据进行记录，对相关参数进行控制，分析采集得到的数据与状态进行评估，最后得到检验结果。整个状态监测与故障分析的基本步骤都是首先进行数据采集与分析，根据分析的结果进行设备的特征提取，完成对整体状态的评估。通过这些步骤，可以有效地对整个系统运行数据进行收集和资料积累；通过详细的数据记录，建立起科学的分析模板，可以及时发现并处理可能存在的问题，确保整个系统的安全运行，防止故障发生；最后，通过相关的监测与控制，完成对设备的测评和结果的有效分析，达到预测系统出现工作异常的目的。

2 状态监测

2.1 状态检测具体应用

状态监测主要适用于对电力系统主设备运行状况的检测，众多绝缘故障、机械故障等一系列故障的发生机理还未能研究明确，要保证对主设备故障的有效监测是有一定技术难度的。相比较在线监测而言，通过人工打开主设备机盖进行检修是具有更好的定位性，更容易明确故障发生的位置与原因。

根据状态监测获得和积累到的原始数据，可以实现对设备运行状态进行分类管理。运用新技术改变原有的管理方式，对存在故障隐患的设备进行及时的检修，同时还可以减少人力物力的浪费，降低了管理维修成本，也保证了设备运行的安全性。

2.2 在线状态监测核心技术

在进行在线状态监测的过程中，主要包括三个方面的技术即信号收集、数据传输和信息处理，通过对这三项技术不断的革新，达到有效监测整个电力系统的最终目的。

进行状态监测的第一步，就是对整个系统运行过程中的各类信号和数据进行有效完善的收集。在整个电力系统的监测过程中，主要收集的数据包括电流电压频率、局部放电量、磁感线密度信号等方面。目前来说，常用的收集方法包括定时抽样和一次性采样。

当前信息化技术发展飞速，并且在电力系统领域得到广泛的应用，通过光缆和数字信号可以排除其他干扰，可以迅捷的获得到真实的信息。

在有效采集数据之后，还需要进行数据的传输，但实际上在数据传输的过程中极易受到周围环境的干扰。由于具体的传输时间和距离要求不同，可以通过对相关信号进行压缩处理再进行传输，提高传输速率，增强数据传输的实时性。由于无线信息传输技术的发展，其已经可以进行大数据的迅速传递，通过不断优化相关数据传输技术，缩短了数据传输的时间，提高了检测系统工作的可靠性。

在进行数据收集和数据传输之后，还需要保证数据得到正确的处理。在数据处理中心接收到相关设备的状态数据后，运用合理的数据处理方式进行状态量分析和数据信号转换，采集而来的数字信号可以转化为多种形式，增强了数据的可读性，也增加了设备监测的精确性。运用相关智能技术和大数据技术，可以达到自动对数据信号进行处理和比对，优化了整个监测数据处理流程，使得数据处理过程更加的标准化和规范化。

3 故障诊断

状态监测与故障诊断在内容上是十分相近的，都需要对设备工作数据进行相关的收集与分析，寻找其可能存在的故障问题。但是状态监测与故障诊断仍存在一定区别，故障诊断要求能够对已经发生的故障进行有效的定位分析和判断，分析故障发生的程度和可能带来的后果；状态监测则是对设备运行状态数据进行详细记录，建立数据库，对收集到的数据进行分类和评估，运用这些数据为设备日常维护和故障检修工作提供经验和资料。

4 状态监测与故障诊断的工业实际应用

4.1 设备故障及特点

在整个电力系统中，设备中的故障类型十分多样，因此需要采取的状态监测方法存在一定的差异。

根据具体故障发展速度的快慢，可以将故障分为瞬变故障和缓变故障。

缓变故障的发生发展相对较为缓慢，绝缘故障、冷却系统故障和机械故障等都属于缓变故障类型。对于这类故障，可以通过监测和诊断对故障征兆进行有效的发现和定位，了解故障发展的速度和当前的故障程度，采取相关有效措施，防止故障继续扩大。广电故障是监测和诊断系统最主要的监控对象。瞬变故障的发展时间很短，要求继电保护装置必须在10ms～20ms之间的时间段内，对这类故障进行迅速处理，防止损失继续扩大和发展。这类故障主要依靠继电保护减少危害，其有可能是由缓变故障发展而来，但单纯依靠监测和诊断技术，并不能完全避免这类故障带来的损失及影响。

4.2 绝缘故障

绝缘故障是电力系统中最常见的故障之一，众多的故障产生都是与绝缘有着直接或间接的关系，绝缘的寿命对于设备的使用情况是非常关键的，表现在多个用电参数上，包括受力、受热、噪声等众多方面。该种故障发生与原有绝缘结构的设计布置、周围环境气候变化情况都有重要关系，具体的形成原因十分复杂多样。由于电力系统线路的复杂性，要对设备出现的绝缘故障进行有效快速的定位，本身就存在较大困难，运用局部发油由色谱分析和超声检测等重要技术，可以达到对绝缘故障进行监测的目的，但相关技术仍需不断改进。

5 计算机技术与状态监测系统的结合

目前来说传感技术、信息技术和数据库分析技术已经成为了状态监测的关键技术支撑。

将传感器通过局域网进行有效连接，建立线上数据库和分析系统，可以达到对整个电力系统进行状态监测，协助故障诊断的进行。不断发展的传感器技术，可以对电信号温度变化、声音信号和振动等具体情况进行收集，并将其转化为电信号进行更好的传输，传感器的灵敏度和精度对整个监测工作而言是非常重要的。传感器的主要设备结构如图1所示。

图1 传感器的主要设备结构

运用数据库可以达到对数据的有效分析和提取的目的，其包括的几个主要环节如图2所示。

图2 数据库分析主要环节

结束语：对电力系统进行故障诊断和状态监测，本身技术要求较高，操作内容繁杂，而其诊断与监测结果对于电力系统能否安全稳定的工作是非常关键的。同时，对电力系统的故障诊断技术也需要不断的提升。目前而言，传感器技术、计算机技术、信息技术和数据库分析技术都得到了较大的发展，国内的变电站和发电厂已经能够进行状态监测，同时拥有了较为完善的故障诊断体系。