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摘要：随着电力系统发展，高压电气设备的在线监测和故障诊断在保障电气设备安全运行方面显得越发重要。本文通过对高压电气设备的概念、高压电气设备故障产生的原因以及高压电气设备在线监测与故障诊断系统进行分析。以保障用电设备的安全运行，减少事故造成的影响，尽可能防患于未然，消灭事故于萌芽状态。
关键词：高压电气；在线监测；故障诊断
随着电力工业以及现代科技的迅速发展，我国的电网规模在飞速扩展，尤其是近些年来电力可靠性管理的重视程度与日俱增。高压电气设备是电力能源利用的前提和保障。电力能源的利用必须要满足人们在各种复杂情况下的安全掌控,高压电气设备就是为适应各种复杂情况下的安全掌控而被创造出来的,成为替代人们面对危害能源,变害为利的电气装置。然而,复杂情况的适应必然带来复杂的高压电气设备类别和结构型式。从事电力职业就必须将这些复杂的高压电气设备分门别类地熟悉掌握,才能正确地驾御使用。但是,在我们现行的电力职业教育的教材中,高压电气设备专业的分类内容却存在不合理、不规范的问题:第一,有的没有高压电气设备归类总领,只有设备分类的结构介绍,造成不完全概念。
1、高压电气设备故障分析
1.1主变压器故障
（1）绕组的主绝缘和匝间绝缘故障。长期过负荷运行、散热条件差或使用年限长，使绕组绝缘老化脆裂；变压器多次受到短路冲击，绕组受力变形，产生绝缘缺陷；变压器油中进水使绝缘强度降低，造成绝缘击穿；在雷击过电压作用下绝缘击穿。
（2）变压器套管故障。套管瓷质不良、沙眼或裂纹，套管渗油或积垢太多等造成闪络或爆炸。
（3）铁心绝缘故障。硅钢片紧固不好,漆膜破坏产生涡流而局部过热；夹紧铁心的穿心螺丝、圧铁等部件绝缘损坏发生过热现象；变压器内残留有铁屑或焊渣,使铁芯两点或多点接地。
1.2高压电机故障
电机绝缘电阻低，绕组绝缘击穿接地或引出线故障。电机绝缘受潮，导致绝缘电阻值不符合规程要求；电机超期服役或长期过载运行，绝缘材料老化；电机引线长期处于热环境，绝缘层酥脆、老化；引出线由于震动接触不良甚至断裂导致弧光放电。
1.3高压断路器柜故障
（1）拒动、误动故障。操作机构卡涩、部件变形、位移或损坏，分合闸铁芯松动、卡涩、轴销松脱等操作机构和传动机构的机械故障；二次接线接触不良、端子松动、分合闸线圈由于机构卡涩烧损、辅助开关切换不灵、操作电源、合闸接触器、微动开关等电气控制类故障。
（2）绝缘故障。绝缘相对地闪络击穿、相间闪络击穿、雷击过电压闪络击穿、套管、CT闪络、爆炸和瓷瓶裂纹等。
1.4保护装置故障
（1）保护装置本体故障。继电器线圈损坏、定值紊乱；微机保护装置内部硬件损坏或软件出现问题。
（2）保护装置误动或拒动。电流电压回路的一次设备故障造成电流、电压等取样不准确；环境潮湿造成二次线路绝缘值下降或短路；保护定值设置、级间配置不合理；接线错误等。
2、高压电气设备在线监测与故障诊断系统
高压变压器的在线监测子系统包括：变压器油中溶解气体在线分析系统（由MD3001A实现）、变压器有载分接开关在线净油机（由MD3002实现）、电容型套管的绝缘特性在线监测终端（由MD3004实现）、铁心绝缘特性在线监测终端（由MD3004实现）；其中断路器在线监测子系统包括：断路器SF6气体在线监测子系统（由MD3003A实现）、断路器电气信号在线监测终端（由MD3005实现）；电容型设备在线监测子系统、避雷器在线监测子系统及高压电气设备绝缘在线监测子系统都由MD3004实现。
建立发电厂发电及输变电站电气设备地区性、集成、分布监测与诊断系统，可使地区电业主管部门对所属各发电厂主要电力设备的运行工况进行监测与诊断，及时发现故障早期隐患，避免突发性事故；还可使这些设备从定期维修过渡到状态维修，提高电力设备监督的技术水平，确保发电厂的安全经济运行，有巨大的经济效益和社会效益。
最新推出的MD3000系列变电站电气设备在线监测诊断系统正是应电力系统的需求而开发的集计算机技术、信息技术、在线监测与故障诊断技术及网络通讯完整系统。MD3000系列变电站电气设备在线监测诊断系统包括高压变压器在线监测子系统、高压断路器在线监测子系统、电容型设备在线监测子系统、避雷器监测子系统、高压电气设备绝缘在线监测子系统、故障诊断专家系统软件及通讯网络子系统等构成。系统结构框图如图1所示：
变电站电气设备在线监测诊断系统主要包括位于电业局地区电力试验研究所的MIS系统、数据融合与信息分析中心及位于现场的数据采集监测诊断子系统三部分构成，合法的浏览者可以在远离现场的办公室查看其区内各变电站的在线监测数据和诊断分析结果；对于被列为预警的设备可以远方进行会诊，判断是否必要进行维护。现场数据采集监测子系统采用分布式机构，通过高速的现场通信总线，将各监测终端连接到用于监测诊断的主PC机。系统功能采用分层次设计，监测终端只有完成原始信号的采集和预处理；住PC机完成数据集成和数据融合，从而获取设备的运行状况。
3、高压电气设备的故障监测
电气设备的监测技术主要分为两种，一种是离线监测，另外一种是在线监测。
3.1离线监测
离线监测就是指设备在停电状态下进行检查测试的方法。离线监测较为简单，可使用通用侧试仪器，配置费用也较低，监测的要求及判据有统一标准，可操作性强。但该方法不能完全防止电力设备事故的发生。设备正常运行期间，若对设备进行检测维修，设备发生突发故障或外界引发的突发故障无法预知，设备监测的时间死区大，在这期间的设备故障无法监测和得到有效控制，但高压电气的状态维修无法舍弃和排除离线监测技术，该技术能够更好的判断设备的状态并决定设备是否作为维修工作的项目内容。此外，离线监测还可以提前发现部分慢性发展的设备缺陷。
3.2在线监测
在线监测是指通过装在生产线和设备上的各类监测仪表，对生产及设备的温度信号或其他信号参数采进行连续自动监测并上传至终端接收端。如前文提到的对油浸式变压器的在线监测，是通过先进的传感器，对油中各种气体的含量进行采样，将其采样数据送至服务器进行分析。图2表示在线监测技术的基本框。
高压电气设备的在线检测系统主要有传感器系统，信号采集系统，分析诊断系统组成。在线监测现如今得到了很好的发展，提高了设备数据的真实性，可靠性。在线监测将设备的运行工况数据连续地上传到服务器的数据库，由服务器进行分析，当发现某一参数出现异常，可以发出相应的报警信号，管理人员提前发现设备劣化的异常情况，防止缺陷的进一步扩展，减少经济损失。如今，在线监测技术应用十分广泛。
4、在线监测的发展趋势
由于状态监测与故障诊断技术的难度,不论是国内,还是国外,目前多数监测系统的功能还比较单一。今后发展趋势为:
(1)多功能多参数的综合监测和诊断,即同时监测能反映某电气设备的绝缘状态的多个特征参数。
(2)对电站或变电站的整个电气设备实行集中监测和诊断,形成一套完整的分布式在线监测系统。
(3)不断提高监测系统的可靠性和灵敏度。
(4)在不断积累监测数据和诊断经验的基础上,发展人工智能技术,建立人工神经网络和专家系统,实现绝缘诊断的自动化。
5、结语
随着电力工业以及现代科技的迅速发展,我国的电网规模在飞速扩展,尤其是近些年来电力可靠性管理的重视程度与日俱增。然而对于高压电气设备维修管理来说,运用高可靠性的监测技术和方法,必须要加以科学利用。电气设备的运行中离不开故障的判断及监测，在实际应用中，一定要为电气设备提供准确、及时、仅对性强的诊断与监测手段，这对提高电气设备的安全运行水平，以及降低系统故障和事故的隐患起到了积极的作用。
论文作者:张旭
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/15
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