电气绝缘故障诊断技术.ppt

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1、电气绝缘故障诊断技术电气绝缘故障诊断技术 第一章 绪 论 一一 故障诊断技术的产生及其作用 二二 故障诊断技术在国内外的发展 三三 故障诊断技术的构成与发展趋势 四四 电气设备故障诊断技术 一、一、故障诊断技术的产生及其作用 n电力设备：导电材料（铜，铝），导磁 材料（硅钢片），结构材料（铸铁，钢 板），绝缘材料（固体，液体，气体） n绝缘决定电力设备的寿命。 n电力设备运行中60%-80%的事故是由绝缘 故障导致的。 一、一、电力设备绝缘老化及其特征量 n绝缘系统中的绝缘缺陷： n1 集中性缺陷：指缺陷集中于绝缘的某 一个或某几个部分（局部受潮，局部机 械损伤，绝缘内部气泡，瓷介质裂纹） 。

2、-发展速度快，危险大。 n2 分布性缺陷：指由于受潮，过热，动 力负荷及长时间过电压作用导致的电气 设备整体绝缘性能下降（绝缘整体受潮 ，充油设备的油变质）-发展速度慢， 危险小 一、一、电力设备绝缘老化及其特征 n绝缘设备的老化： n1 电老化：外施电压 放电量 老化 n 寿命 n2 热老化：热作用 热降解 热老化 n 寿命 n3 机械老化：机械应力 微裂缝 局部 放电 绝缘破裂 寿命 n4 环境老化：水分，阳光辐射，化学尘埃 沉积污秽物 污秽放电 老化 一、一、电力设备绝缘老化及其特征 n绝缘特征量：表征不同绝缘系统劣化程 度 n1 直接表征绝缘剩余寿命特征量（如耐 电强度，机械强度）通过

3、破坏性试验方 法得到。 n2 间接表征绝缘剩余寿命特征量（绝缘 电阻，介质损耗角正切，泄漏电流等） 通过非破坏性试验方法得到。 一、一、电力设备绝缘预防性试验 n电力设备制造过程中的检测试验主要有 ：型式试验，例行试验，出厂试验。 n运行前和运行中的检测试验主要有：交 接试验，预防性试验，在线监测。 n预防性试验分为：非破坏性试验（目的 判断绝缘状态，及时发现可能的劣化现 象） n破坏性试验（目的发现集中性缺陷） 一、一、电力设备绝缘预防性试验 n目前电力设备预防性试验主要有： 绝缘电阻测量，直流泄漏电流测量 ，介质损耗角正切，绝缘油试验， 微量水分测定，油中溶解气体色谱 分析，局部放电试验，

4、直流耐压试 验，交流耐压试验。 一、一、故障诊断技术的产生及其作用 概念：概念：故障诊断是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 综合性新兴科学。 在设备带电、不停机的情况下，通过 使用先进的技术手段，对设备状态进行 监测和分析，判断设备是否存在异常、 故障、故障的部位、原因以及故障的恶 化趋势等，以确定合理的检修时间和方 案。 一、一、故障诊断技术的产生及其作用 n通过对电气设备的试验和各种特性的测 量，识别、评估设备在运行过程中的状 态，早期发现的故障。狭义而言，“监 测”是“诊”，“诊断”是“断”。 一一故障诊断技术的产生及其作用 n 故障诊断 被动诊断 被 动 诊 断

5、主动诊断 故障已发生，机组停运 ，要求诊断故障原因， 以便制定处理方案如： 1.发电机定子接地保护 动作：2.发电机 PT3U0动作（见分析 ） 运行中故障 发生了，是 否停运急需 诊断出结果 如：CT断线 运行的设备有 无故障 现场综合处理问题的能力 故障现象 相关一次设备检查 高压试验 机械特性试验 二次回路及二次 装置检查 传动试验定值检 测录波分析 综 合 分 析 电气设备故障的主要原因电气设备故障的主要原因 1.制造工艺存在原始缺陷 2.恶劣的环境和苛刻的运行条件 3.材料的劣化 （主要绝缘材料） 4.缺乏良好的管理及维护 一、一、故障诊断技术的产生及其作用 ( (一）一）故障诊断技

6、术的产生和发展背景 20世纪60年代起源于美国。对军事、航天设备进 行早期异常检测。经历过重大事故之后，人们认识到 ：现代化设备的故障先兆必须早期预报，以防患于未 然，否则产生严重后果。 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。 维修的目的 人总免不了要生病，电气设备也和人一 样总要发生故障，现在还没有永远不出故障 的设备。人生了病有时还可以凭借本身的抵 抗力自愈，而各种电气设备有了故障却没有 自行修复的能力，只有依靠维修人员来修理 。维修人员若没有过硬的检修技术，往往无 法迅速使设备正常运行，从而严重影响生产 。 生产过程中，维修工作是保证设备正常

7、运行，减少停工损失的重要环节，绝不能忽 视。 一、一、故障诊断技术的产生及其作用 ( (二）二）设备维修方式的变革 随着科学技术的不断发展，生产设备的维修体制 经历了三次方式： 1.事后维修：等到设备无法正常工作时再进行维 修。 2.预防维修：预先制定计划，定期进行检修和更 换。 3.状态维修：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。 事后维修的优缺点 优点：不需要安排计划。 对一些设备，更 换比修理更便宜。 缺点：意外停机引起生产损失。可能引起 设备的二次损坏，甚至灾难性事故。库 存备品备件投资多。 预防维修优缺点 优点：机器寿命较长。减少意外停机。 备件库存较少。 缺点：到

8、期必修,缺乏对设备的综合分析, 存在着检修过量,检修不足；人力和物力 的浪费,降低了供电可靠性; 过剩维修也 会引起人为维修故障。 状态维修优缺点 优点：减少非计划停机损失，维修时间间 隔可以缩短或延长，维修费用大为减少 ，备件库存最小。 缺点：诊断的正确与准确性需要保障。 先进的维修理念 1、采用现代故障诊断和状态监测技术，发 展以状态监测为基础的预知维修体制。 2、企业应当积极采用先进的设备管理方法 和维修技术，采用以设备状态监测为基 础的设备维修方法，不断提高设备管理 和维修技术的现代化水平。 + 状态检修 是我国即将面临的先进设备管理体制 开展状态检修的研究一般从两个方面进行 一类是对

9、设备进行不间断实时动态的在线 监测,用在线的数据来判别设备状态。 另一类是以离线检测为主,通过各种离线数 据分析对设备状态进行综合诊断。 n实现状态检修的前提： n必须进行可靠的状态监测与准确的故障 诊断以及有效的故障预报。 电气设备状态监测与故障诊断的意义 1.识别有无故障；发现故障及时报警； 2.判断故障性质、程度和部位；作出故障趋势分析， 就是在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过 各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部 位和原因，并预测、预报设备未来的状态。为设备 检修项目、内容、时间等提供依据。 3. 分析故障原因，给出消除故障的措施。防止发生 同类故障。 状态监测和故障诊断

10、的对象 由于故障发展速度的差别,形成了瞬变故障和缓变故障 两个类型。 瞬变故障 例如相间短路等,发展很快。继电保护装置必 须在10ms20ms内处理这类故障,以避免损失扩大。 缓变故障是从出现故障征兆发展到故障灾害进程较慢的 一类故障现象,例如绝缘故障、机械系统故障等。 +当出现故障征兆时,需要对故障进行定位,或对故障 的程度和发展进行监测,采取措施,防止故障状态的 进一步发展和造成重大损失。 +因此,缓变故障是状态监测和故障诊断的对象。 一、一、故障诊断技术的产生及其作用 ( (三）三）对设备服役寿命的影响 设备故障率使用寿命曲线分为三个阶段。 1.初期阶段：故障率较高。 原因：设备运行、制

11、造、安装和调试 中的遗留问题暴露； 相关人员对设备的操作和维护 还需要有一个适应和熟悉的过程。 严重的突发性绝缘故障可能导致： 初期阶段安定阶段初期阶段恶化阶段注意阶段 危险 阶段 破坏点 危险水平 注意水平 实施修复 故障率 使用寿命 设备故障率使用寿命 2.稳定期：故障率很低。一般为突发性故障。 原因：设备制造、安装和调试中的遗留问题没 有得到解决。 3.劣化期：故障率开始上升。 原因： 设备逐渐老化 通过故障诊断，可根据设备状态做出相应 的维修方案和采取相应的措施，以排除故障和 隐患，使设备恢复原有性能，重新进入低故障 率的稳定期，这样就延长了设备的使用寿命。 （虚线） 一、一、故障诊断

12、技术的产生及其作用 n绝缘事故比例高 n大型电气设备的重要性 n定期预防性维修体制的 不足 n状态监测的科学性 一、一、故障诊断技术的产生及其作用 （一）国外发展概况 1967年4月，美国宇航局（NASA）创导，在海军 研究室主持下，成立了美国机械故障预防小组。欧 洲：英国、瑞典等相继开展此项研究。亚洲：日本 等在钢铁、化工、电力、交通等部门积极开展此项 工作。 二、二、故障诊断技术在国内外的发展简况 大型化大型化 自动化自动化 连续化连续化 高速化高速化 故障诊断技术发展故障诊断技术发展 促进促进 （二） 国内发展概况 始于20世纪70年代末，80年代初。国内一些重点大 学（西交、东电等）相

13、继成立了故障诊断研究室。目前， 国内大部分200MW以上机组装有状态监测系统。 故障诊断技术成为生产领域的研究热点 应用领域广泛：航天、军事、电力、化工、交通、机械 制造等。 电力诊断对象：火力水力发电机组、电力（in detail ） 变压器、电动机等。 一、一、故障诊断技术的产生及其作用 （一）构成:独立的跨学科综合信息处理技术 由以下三部分组成： 1. 故障诊断机理的研究：即故障诊断物理、化学过 程的研究。例：氧化、疲劳等原因研究。 2.故障诊断信息学的研究：故障信号的采集、选择 、处理和分析过程。例：传感器采集设备运行中 的的信号（振动、转速），时、频域分析，识别 评价设备的状态和故障

14、。 三、三、故障诊断技术构成与发展趋势 3.诊断逻辑和数学原理的研究 通过逻辑方法、模型方法、推论方法及 人工智能方法等，根据可观测的设备故障 表征来确定下一步的检测部位，最终分析 判断故障发生的部位和产生故障的原因等 。 三、三、故障诊断技术构成与发展趋势 诊断过程采用四项技术： 1.检测技术：准确采集反映设备状态的信号 和参数。 2.信号处理技术：将信号经过各种变换，把 放映设备状态的真正信息提取出来。 3.识别技术：根据掌握的故障征兆信息和参 数，判断故障并找出原因。 4.预测技术：对已识别出来的故障进行预测 ，预测故障的发展趋势和设备的剩余寿命 。 三、三、故障诊断技术构成与发展趋势

15、故障诊断与状态监测的关系 状态监测（Condition monitoring） ：监测和分析设备的系统工作状态信息。 实时掌控设备基本工作状态。 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+故障诊断 设备诊断 三、三、故障诊断技术构成与发展趋势 故障诊断技术的发展趋势 信息采集：尽可能多的采集反映设备故 障状态的信息量。真实、足够、准确。 诊断方法：根据数量较为有限的状态信 息，采用先进的诊断方法、技术，准确判断 和区分故障。 同一故障在表现形式常常呈现多样性， 不同故障的表现形式却具有相

16、似性、模糊性 。 三、三、故障诊断技术构成与发展趋势 它的发展越来越呈现出一种与当代前沿 科学相融合的发展趋势。 1）与人工神经网络、专家系统和遗传 算法为代表的人工智能技术的结合 2）与小波分析、模糊数学相结合 3）与信息融合技术相结合 三、三、故障诊断技术构成与发展趋势 （一）电气设备 主要指电力系统中承担发、输、变、配的 高压设备。例：高压套管、避雷器、电动机等 。 （二）故障诊断系统与断电保护的区别 电气设备的状态可分为： 1.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 仍属于容限范围内。 四、四、电气设备故障诊断 2.异常(abnormal)：缺

17、陷有了进一步的发 展，设备状态发生变化，性能恶化，但 能维持工作。 3.故障(fault)：缺陷发展到使设备性能和 功能都有所丧失的程度。 4.事故(breakdown)：功能完全丧失，无 法进行工作的状态。 四、四、电气设备故障诊断 n继电保护：对保障系统的正常运行和设 备安全有十分重要的意义。 基本功能：设定动作设定值，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，以防止事故 发生或事故扩大。 四、四、电气设备故障诊断 故障诊断关注点是：电气设备的故障阶段 ，即尚未发展造成事故的阶段，防患于 未然。 可见，故障诊断发挥作用的时段在继 保动作之前，及早发现潜伏性故障，消 灭在萌芽状态。 四、四、电气设备故障诊断 电气设备状态监测与故障诊断技术，已成 为电力系统厂站自动化技术中的一个新领域。 其中，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、大型发电机等设备的在线检测与 诊断，已逐步纳入到厂站自动化技术之中。随 着这项技术的不断实施、推广以及逐步成熟和 完善，故障诊断技术将逐步成为电力系统综合 自动化的一个重要组成部分。 四、四、电气设备故障诊断 谢谢