电气设备故障诊断技术

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电气设备故障诊断技术

Fault Diagnostic Technology of Electrical Equipment

主讲人：张建文

参考书籍

? 《高电压工程》.邱毓昌，施围，张文元.西安：西安交通大学出版社，1995. ? 《电气绝缘在线检测技术》.严璋.北京：高等教育出版社，1998. ? 《电机故障诊断技术》.沈标正.北京：机械工业出版社，1996. ? 《电绝缘诊断技术》.朱德恒，谈克雄.北京：中国电力出版社，1999. ? 《多传感器信息融合及应用》.何友，王国宏，陆大金等.北京：电子工业出版社，2000. ? 《电气设备故障诊断技术》.中国水电出版社.

课程主要内容

1、故障诊断技术概述 2、电气绝缘基础理论 3、电力设备绝缘预防性试验 4、电气设备在线检测 5、红外紫外及激光成像技术的应用 6、故障诊断的新理论新方法 7、笼型异步电机故障的信息融合诊断方法

1 绪论

? 1.1 故障诊断技术的产生及其作用

? 故障诊断：根据设备运行状态信息查找故障源, 并确定相应决策的一门综合性的新兴科学。 ? 功能：能实现设备在带负载、不停机的情况下，通过使用先进的技术手段，对设备状态参数进行监测和分析，判断设备是否存在异常或故障、故障的部位和原因以及故障的劣化趋势等，以确定合理的检修时间和方案。 ? 作用：减少了事故停机损失，提高了设备运行的可靠性和经济效益，降低了维修费用。 ? 其优越性已为越来越多的人所共识，并得到重视。

1.1.1 故障诊断技术的.产生与发展背景

? 20世纪60年代后期首先在美国出现

? 最初的目的是用于对航天、核能、军事装备等进行早期异常检测 ? 可靠性:指设备在规定的时间内、规定的条件下完成规定功能的能力 ? 故障诊断技术是人们在社会生产实践中付出了沉重的经济代价后的产物

? 二次世界大战中美军的飞机（2.5倍） ? 1986年1月,美国挑战者号航天飞机因火箭密封系统故障 ? ……

? 设备的重要性、现代化、安全性、可靠性以及维修的迫切需要使故障诊断技术应运而生。

1.1.2 故障诊断技术促进了设备维修方式的变革

? 生产设备的维修体制

–事后维修（breakdown maintenance）：等到设备无法正常工作时再进行维修 –预防维修（preventive maintenance）：预先制订计划，定期进行检修和更换 –状态维修（condition/ predictive maintenance）：根据设备状态来确定维修工作的内容和时间、制定维修方案

? 当修则修 ? 避免了“过渡维修”和当修不修 ? 问题：当为何时？为何种状态？

1.1.3 故障诊断技术延长了设备服役寿命

? “浴盆”曲线：

–故障率与使用寿命之间的关系

重新进入稳定期

1.2 故障诊断技术在国内外的发展简

况 ? 生产装备发展方向

? 大型化 ? 高速化 ? 连续化 ? 自动化

? 生产设备的特点和要求

? 复杂性加剧，成本昂贵 ? 维修量大，维修费用高 ? 出现事故损失大，影响大

1.2.1 国外发展概况

? 1967年，成立美国机械故障预防小组（MFPG） ? 英国、丹麦、瑞典等国也相继开展了此项工作 ? 日本在许多产业部门也积极开展这方面的研究和应用工作，许多技术得到了成功的应用。

1.2.2 国内发展概况

? 国内的研究始于20世纪70年代末期 ? 1983年，国家在相关条条例中规定：“根据生产需要，逐步采用现代故障诊断和状态监测技术，发展以状态维修为基础的预防性维修。” ? 80年代初，国内一些大学等相继成立了故障诊断研究室 ? 目前，国内很多200MW以上的汽轮发电机组，都装有状态监测系统 ? 应用领域极其广泛……

1.3 故障诊断技术的构成与发展趋势

? 1.3.1 故障诊断技术的构成

–故障诊断机理的研究：（理化原因等） –故障诊断信息学的研究（数据采集与分析） –诊断逻辑和数学原理方面的研究：（诊断与决策）

? 四项技术

–检测技术(采集信号、参数) –信号处理技术（提取状态信息） –识别技术（分析、判断） –预测技术（决策和预测）

1.3.2 故障诊断与状态监测的关系

? 工况监测

? 对反映设备或系统工作状态的信息进行全面监测和分析，实时掌握设备基本工作状态 ? 一般所谓的工况监测实际上就是状态监测（condition monitoring ）

? 状态监测

? 又称为简易诊断，通过监测结果与设定阈值之间的对比，仅对设备运行状态作出正常、异常或故障的判断，而对故障的性质、严重程度等不予或无法进行更加深入的诊断

? 状态监测与故障诊断构成了设备诊断的两个阶段，状态监测是故障诊断的基础，故障诊断是状态监测的深化和提升 ? 广义的故障诊断还应离线（off-line）故障诊断

? 非直接性和非实时性

1.3.3 故障诊断技术的发展趋势

? 故障诊断的成功因素 ? 故障信息源 ? 诊断方法 ? 发展趋势：与当代前沿科技相融合 ? 人工智能技术：人工神经网络、专家系统等 ? 前沿数学：小波分析、模糊数学、分形几何等 ? 信息融合技术：证据理论等

1.4电气设备故障诊断技术

? 1.4.1 电气设备

? 电力系统中承担发电、变电、输电及用电作用的高压设备 ? 如：发电机、变压器、断路器、电压互感器、电流互感器、电容器、高压套管、避雷器以及各种电动机等 ? 电气设备一般由电路、磁路、绝缘、机械、通风和散热等多个部分组成，因而对其进行故障诊断，涉及到较多的知识领域

1.4.2 故障诊断系

统与继电保护的区别 ? 电气设备状态

? 正常（normal）：设备具备其应有的功能，没有缺陷或缺陷不明显，缺陷严重程度仍处于容限范围内 ? 异常(abnormal)：缺陷有了进一步的发展，设备状态发生变化，性能恶化，但仍能维持工作 ? 故障（fault）：缺陷发展到使设备性能和功能都有所丧失的程度 ? 事故（breakdown）：功能完全丧失，无法进行工作的状态

? 继电保护的基本功能

? 将保护装置的动作值整定到设定值，当运行参数和状态参数达到或超过整定值后，保护动作，报警或切断电路，以防止发生事故或事故扩大 ? 继电保护的反应能力：只局限于事故和严重的故障

? 故障诊断的关注点

? 故障阶段——尚未发展造成事故的阶段 ? 其目的是“防患于未然” ? 其发挥作用的时段在继电保护动作之前

1.4.3 电气设备故障诊断技术的发展趋势

? 是故障诊断技术的一个分支 ? 正在成为电力系统厂站自动化技术中的新领域

? 电容型设备、电力变压器、高压断路器，以及交联聚乙烯（XLPE）电缆、金属氧化物避雷器、大型发电机等

? 是电力系统综合自动化的一个重要组成部分

? 网络+故障诊断

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