談電氣設備在線監測與故障診斷技術

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[摘要]為了保障電氣設備的安全可靠運行，降低設備運行和維修成本，對電氣設備在線監測與故障診斷技術的研究具有十分重要的意義，文章首先對電氣設備在線監測與故障診斷的含義與實現過程進行介紹，然后對其應用現狀進行總結，并針對目前技術應用普遍存在的問題，結合數據采集、數據分析與處理等環節對技術的發展前景進行展望，并提出了技術發展的方向性建議，具有一定的實際意義。

[關鍵詞]電氣設備；在線監測；故障診斷

電網的安全穩定運行是國民經濟發展的重要保障，目前，由于電力設備的故障導致電網停電，破壞電網的穩定運行的現象時有發生[1]。因此，需要實時監測和診斷電網中電力設備的運行狀態，若設備發生故障，能夠迅速做出反應，最大限度地降低運行和維修成本，保證電網的安全穩定運行。經過不斷地發展演變，電氣設備維修體制經歷了事后維修（BreakdownMaintence，BM），預防性定期檢修（TimeBasedMaintence，TBM）和狀態維修（ConditionBasedMaintence，CBM）等方式。BM是當電氣設備故障后才進行維修，維修工作無計劃性，供電可靠性低；TBM存在著維修周期頻繁、預防性試驗項目過多、試驗條件與實際工況不同、經濟性差、過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備狀態為基礎、以預測設備狀態發展趨勢為依據[2]，其核心技術是電氣設備在線監測和故障診斷，不僅可以降低電氣設備的維修成本、提高電力技術智能化水平，而且可以大幅度提升電網安全水平。本文首先對電氣設備在線監測與故障診斷的含義與實現過程進行介紹，然后對在線監測與故障診斷技術的應用現狀進行總結，并針對目前技術應用普遍存在的問題，對電氣設備在線監測與故障診斷技術的發展前景進行展望，提出發展的方向性建議。

1電氣設備在線監測與故障診斷的定義與實現

1.1電氣設備在線監測與故障診斷的定義

1.1.1在線監測在線監測是在電氣設備正常運行的前提下，利用傳感、計算機、光電子技術等手段，對電氣設備的狀況開展連續性自動監測的方法。在線監測技術的應用應能實現以下三點要求[3]：為防止產品的質量問題對電氣設備運行可靠性造成不利的影響，使用在線監測技術對電氣設備的運行狀態進行實時監測，及時發現故障隱患。采用在線監測技術來彌補停電試驗方法所造成的電氣設備的停運時間長等缺點，保證設備的可靠運行。利用在線監測技術對一些老舊設備和疑似有缺陷的設備運行進行實時監測，一旦發現故障征兆及時退出、維修或者更換故障的電氣設備，在保證電氣設備安全穩定運行的前提下，充分發揮老舊設備的運行壽命。

1.1.2故障診斷故障診斷主要是對電氣設備的在線實時監測數據進行比對分析，給出設備的故障點、故障類型以及故障的發展趨勢，并提出有效的維修策略，從而來保證設備的安全穩定運行，降低因電氣設備故障而造成的不利影響。

1.2電氣設備在線監測與故障診斷的實現

總的來說，電氣設備在線監測與故障診斷過程可分為運行信號檢測、信號特征提取、運行狀態識別、故障診斷結果幾個部分[4]。運行信號檢測：根據所監測的電氣設備和監測目的，選擇相應的不同傳感器，對電氣設備的運行信號進行監測，同時將模擬信號轉變為數字信號。提取信號特征：對信號中有用的部分進行保留或者增加，提取出與電氣設備故障相關的一些信號，方便對其進行后續的故障診斷。運行狀態識別：建立電氣設備故障識別分類模型，對獲得的故障相關征兆進行識別與分類，從而識別確定電氣設備的運行狀態。故障診斷結果：根據上述部分可得到設備運行故障的判斷結果，提出實用有效的針對性維修策略。

2電氣設備在線監測和故障診斷的應用現狀

2.1電氣設備在線監測應用現狀

電氣設備的故障往往是一個漸變的發展過程，在這個過程中總會表現出一定的故障征兆，如溫度過高、局部放電、泄漏電流增大、介質損耗增大、三相電流不平衡、油中溶解氣體含量變化等。每種故障征兆都對應著一種或多種在線監測技術，如圖1所示列舉了一些常見的電氣設備故障征兆及其對應的在線監測技術。由于不同電氣設備的結構和安裝運行環境的不同，因此在線監測的技術也不相同，表1為一些常見的電氣設備故障對應的監測技術。

2.2電氣設備故障診斷應用現狀

為解決短路、斷線、電氣設備損壞等電氣故障所帶來的各種問題，故障診斷技術通過對電氣設備運行狀態的監測結果的分析，發現故障，并提出針對性的維修策略。應用于電氣設備故障診斷的算法一般可以分為基于解析模型的方法、基于定性經驗知識的方法以及數據驅動的方法三種。

2.2.1基于解析模型的方法其主要是通過將設備的實際運行狀態與建模后的預測運行狀態進行對比分析，對設備故障進行診斷，但是此種故障診斷算法跟模型參數關系較大，有一定的誤差[5]。

2.2.2基于定性經驗知識的方法其依賴于系統的先驗知識，主要是應用專家系統、神經網絡、粗糙集理論等技術對故障進行診斷，但由于涉及到的專業知識比較復雜，應用起來相對困難，不易操作。

2.2.3基于數據驅動的方法其主要是通過對監測的實時數據和離線歷史數據的分析，來對設備故障進行診斷。若只采用某一種算法對電氣設備進行故障診斷，在實際引用時可能存在缺陷，因此，考慮將三種方法進行融合，綜合三種算法的優勢，達到很好的故障診斷效果。例如，在神經網絡中加入粗造集理論，既可以減少訓練數據，提高故障診斷效率，又能提高數據的代表性，較少噪聲干擾。

3電氣設備在線監測與故障診斷普遍存在的問題

電氣設備在線監測與故障診斷是不停電維修基礎的前提條件，從目前的技術應用現狀來看，仍然存在著許多制約其發展的問題，要進一步發展電氣設備在線監測與故障診斷技術必須解決這些普遍存在的問題。

3.1在線監測設備的穩定性

由于監測設備的復雜多樣、周圍環境比較惡劣、電磁干擾等因素，對在線監測設備的運行穩定性有著很大的影響，導致對于電氣設備的實時監測數據存在誤差。因此，需要對監測設備進行定期的檢測和維修[8]。

3.2電氣設備在線監測與故障診斷系統標準化為了避免因為電氣設備的不同而造成檢測設備不適配的情況，需要對檢測設備建立標準的型號，保證不同廠商生產的不同設備之間具有一定的兼容性和擴展性，從而降低維修成本。

3.3健康狀態評估和設備壽命預測

一般而言，電氣設備故障分為運行初期、穩定期、劣化期以及危險期等四個階段。電氣設備在每個階段暴露的故障問題和解決的辦法不同，因此要不斷進行數據監測，準確預測電氣設備的剩余壽命，并制定每個階段具有針對性的維修和更換方案。

4電氣設備在線監測與故障診斷的發展前景及建議

針對目前技術應用中所暴露出來的一些問題，結合當前計算技術、通信技術等的發展趨勢，下面提出電氣設備在線監測與故障診斷技術的發展前景及相應的發展建議。

4.1基于先進物聯網技術及信息融合技術的發展

在電氣設備在線監測和故障診斷中應用無線傳感網絡等先進的物聯網技術和信息融合技術對設備運行信息進行采集，傳送，處理。

4.2電氣設備狀態的遠程監測和網絡化跟蹤

利用信息技術高效獲取信息、處理信息、傳輸信息和使用信息的優勢，將其融入到電氣設備在線監測和故障診斷中，實現對電氣設備的狀態的實時監測，并將監測到的數據信息進行遠程傳送和網絡化跟蹤，提高對電氣設備的監測能力，及時發現設備運行故障并進行維修。

4.3基于虛擬化技術的發展

為了提高故障診斷系統的可視性和交互性，將虛擬化技術融入電氣設備在線監測與故障診斷中，有助于運行人員全面把控電氣設備的運行狀態。

4.4基于人工智能技術的故障診斷系統開發

為了提高電氣設備故障診斷系統的智能化，將專家系統、模糊推理、機器學習等信息融合技術融入故障診斷系統開發中，充分利用智能信息處理技術的協作優勢，克服應用單一故障診斷方法所存在的局限性，為電氣設備在線監測與故障診斷數據的分析和處理提供一個有力的解決工具。

4.5開放式故障診斷系統

為了彌補傳統的故障診斷系統中需要人為操作數據庫的缺點，提高系統的靈活性，采用開放式的故障診斷系統，建立基于Web數據庫的開放式架構。

4.6基于壽命周期的成本管理

隨著設備運行年限的增加，檢修成本也隨之增加，為了避免設備檢修的成本出現高于設備換新的成本，應將設備壽命周期的成本管理列為評價指標，從而降低設備維修費用，節約成本。

5結語

本文通過對電氣設備在線監測與故障診斷的含義與實現過程進行介紹，通過目前的技術應用現狀總結，得到電氣設備在線監測與故障診斷在技術應用方面普遍存在的問題，并具體結合數據采集、數據分析與處理等電氣設備在線監測與故障診斷技術實現過程中的重要環節對技術的發展前景進行展望，同時提出了技術發展的方向性建議，對電氣設備在線監測與故障診斷的工程應用具有一定的借鑒意義。

【參考文獻】

[1]黃穗雯.淺談電氣設備在線監測與故障診斷技術的現狀與前景[J].科學技術創新，2011(35):14-14.

[2]王鑫.電氣設備的在線監測與故障診斷[D].濟南：山東大學，2005.

[3]徐大可，張元林，王文勝.變電站電氣設備在線監測綜述[J].電力自動化設備，2001，39(9):6-10.

[4]李勇.電氣設備在線監測與故障診斷分析[J].電工文摘，2015(3):21-24.

[5]文成林，呂菲亞，包哲靜.基于數據驅動的微小故障診斷方法綜述[J].自動化學報，2016，42(9):1285-1299.

作者：許鑫 單位：云南電網有限責任公司玉溪供電局