谈电气设备在线监测与故障诊断技术

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[摘要]为了保障电气设备的安全可靠运行，降低设备运行和维修成本，对电气设备在线监测与故障诊断技术的研究具有十分重要的意义，文章首先对电气设备在线监测与故障诊断的含义与实现过程进行介绍，然后对其应用现状进行总结，并针对目前技术应用普遍存在的问题，结合数据采集、数据分析与处理等环节对技术的发展前景进行展望，并提出了技术发展的方向性建议，具有一定的实际意义。

[关键词]电气设备；在线监测；故障诊断

电网的安全稳定运行是国民经济发展的重要保障，目前，由于电力设备的故障导致电网停电，破坏电网的稳定运行的现象时有发生[1]。因此，需要实时监测和诊断电网中电力设备的运行状态，若设备发生故障，能够迅速做出反应，最大限度地降低运行和维修成本，保证电网的安全稳定运行。经过不断地发展演变，电气设备维修体制经历了事后维修（BreakdownMaintence，BM），预防性定期检修（TimeBasedMaintence，TBM）和状态维修（ConditionBasedMaintence，CBM）等方式。BM是当电气设备故障后才进行维修，维修工作无计划性，供电可靠性低；TBM存在着维修周期频繁、预防性试验项目过多、试验条件与实际工况不同、经济性差、过度维修或维修不足等种种弊端；CBM主要采用的维修方式是以设备状态为基础、以预测设备状态发展趋势为依据[2]，其核心技术是电气设备在线监测和故障诊断，不仅可以降低电气设备的维修成本、提高电力技术智能化水平，而且可以大幅度提升电网安全水平。本文首先对电气设备在线监测与故障诊断的含义与实现过程进行介绍，然后对在线监测与故障诊断技术的应用现状进行总结，并针对目前技术应用普遍存在的问题，对电气设备在线监测与故障诊断技术的发展前景进行展望，提出发展的方向性建议。

1电气设备在线监测与故障诊断的定义与实现

1.1电气设备在线监测与故障诊断的定义

1.1.1在线监测在线监测是在电气设备正常运行的前提下，利用传感、计算机、光电子技术等手段，对电气设备的状况开展连续性自动监测的方法。在线监测技术的应用应能实现以下三点要求[3]：为防止产品的质量问题对电气设备运行可靠性造成不利的影响，使用在线监测技术对电气设备的运行状态进行实时监测，及时发现故障隐患。采用在线监测技术来弥补停电试验方法所造成的电气设备的停运时间长等缺点，保证设备的可靠运行。利用在线监测技术对一些老旧设备和疑似有缺陷的设备运行进行实时监测，一旦发现故障征兆及时退出、维修或者更换故障的电气设备，在保证电气设备安全稳定运行的前提下，充分发挥老旧设备的运行寿命。

1.1.2故障诊断故障诊断主要是对电气设备的在线实时监测数据进行比对分析，给出设备的故障点、故障类型以及故障的发展趋势，并提出有效的维修策略，从而来保证设备的安全稳定运行，降低因电气设备故障而造成的不利影响。

1.2电气设备在线监测与故障诊断的实现

总的来说，电气设备在线监测与故障诊断过程可分为运行信号检测、信号特征提取、运行状态识别、故障诊断结果几个部分[4]。运行信号检测：根据所监测的电气设备和监测目的，选择相应的不同传感器，对电气设备的运行信号进行监测，同时将模拟信号转变为数字信号。提取信号特征：对信号中有用的部分进行保留或者增加，提取出与电气设备故障相关的一些信号，方便对其进行后续的故障诊断。运行状态识别：建立电气设备故障识别分类模型，对获得的故障相关征兆进行识别与分类，从而识别确定电气设备的运行状态。故障诊断结果：根据上述部分可得到设备运行故障的判断结果，提出实用有效的针对性维修策略。

2电气设备在线监测和故障诊断的应用现状

2.1电气设备在线监测应用现状

电气设备的故障往往是一个渐变的发展过程，在这个过程中总会表现出一定的故障征兆，如温度过高、局部放电、泄漏电流增大、介质损耗增大、三相电流不平衡、油中溶解气体含量变化等。每种故障征兆都对应着一种或多种在线监测技术，如图1所示列举了一些常见的电气设备故障征兆及其对应的在线监测技术。由于不同电气设备的结构和安装运行环境的不同，因此在线监测的技术也不相同，表1为一些常见的电气设备故障对应的监测技术。

2.2电气设备故障诊断应用现状

为解决短路、断线、电气设备损坏等电气故障所带来的各种问题，故障诊断技术通过对电气设备运行状态的监测结果的分析，发现故障，并提出针对性的维修策略。应用于电气设备故障诊断的算法一般可以分为基于解析模型的方法、基于定性经验知识的方法以及数据驱动的方法三种。

2.2.1基于解析模型的方法其主要是通过将设备的实际运行状态与建模后的预测运行状态进行对比分析，对设备故障进行诊断，但是此种故障诊断算法跟模型参数关系较大，有一定的误差[5]。

2.2.2基于定性经验知识的方法其依赖于系统的先验知识，主要是应用专家系统、神经网络、粗糙集理论等技术对故障进行诊断，但由于涉及到的专业知识比较复杂，应用起来相对困难，不易操作。

2.2.3基于数据驱动的方法其主要是通过对监测的实时数据和离线历史数据的分析，来对设备故障进行诊断。若只采用某一种算法对电气设备进行故障诊断，在实际引用时可能存在缺陷，因此，考虑将三种方法进行融合，综合三种算法的优势，达到很好的故障诊断效果。例如，在神经网络中加入粗造集理论，既可以减少训练数据，提高故障诊断效率，又能提高数据的代表性，较少噪声干扰。

3电气设备在线监测与故障诊断普遍存在的问题

电气设备在线监测与故障诊断是不停电维修基础的前提条件，从目前的技术应用现状来看，仍然存在着许多制约其发展的问题，要进一步发展电气设备在线监测与故障诊断技术必须解决这些普遍存在的问题。

3.1在线监测设备的稳定性

由于监测设备的复杂多样、周围环境比较恶劣、电磁干扰等因素，对在线监测设备的运行稳定性有着很大的影响，导致对于电气设备的实时监测数据存在误差。因此，需要对监测设备进行定期的检测和维修[8]。

3.2电气设备在线监测与故障诊断系统标准化为了避免因为电气设备的不同而造成检测设备不适配的情况，需要对检测设备建立标准的型号，保证不同厂商生产的不同设备之间具有一定的兼容性和扩展性，从而降低维修成本。

3.3健康状态评估和设备寿命预测

一般而言，电气设备故障分为运行初期、稳定期、劣化期以及危险期等四个阶段。电气设备在每个阶段暴露的故障问题和解决的办法不同，因此要不断进行数据监测，准确预测电气设备的剩余寿命，并制定每个阶段具有针对性的维修和更换方案。

4电气设备在线监测与故障诊断的发展前景及建议

针对目前技术应用中所暴露出来的一些问题，结合当前计算技术、通信技术等的发展趋势，下面提出电气设备在线监测与故障诊断技术的发展前景及相应的发展建议。

4.1基于先进物联网技术及信息融合技术的发展

在电气设备在线监测和故障诊断中应用无线传感网络等先进的物联网技术和信息融合技术对设备运行信息进行采集，传送，处理。

4.2电气设备状态的远程监测和网络化跟踪

利用信息技术高效获取信息、处理信息、传输信息和使用信息的优势，将其融入到电气设备在线监测和故障诊断中，实现对电气设备的状态的实时监测，并将监测到的数据信息进行远程传送和网络化跟踪，提高对电气设备的监测能力，及时发现设备运行故障并进行维修。

4.3基于虚拟化技术的发展

为了提高故障诊断系统的可视性和交互性，将虚拟化技术融入电气设备在线监测与故障诊断中，有助于运行人员全面把控电气设备的运行状态。

4.4基于人工智能技术的故障诊断系统开发

为了提高电气设备故障诊断系统的智能化，将专家系统、模糊推理、机器学习等信息融合技术融入故障诊断系统开发中，充分利用智能信息处理技术的协作优势，克服应用单一故障诊断方法所存在的局限性，为电气设备在线监测与故障诊断数据的分析和处理提供一个有力的解决工具。

4.5开放式故障诊断系统

为了弥补传统的故障诊断系统中需要人为操作数据库的缺点，提高系统的灵活性，采用开放式的故障诊断系统，建立基于Web数据库的开放式架构。

4.6基于寿命周期的成本管理

随着设备运行年限的增加，检修成本也随之增加，为了避免设备检修的成本出现高于设备换新的成本，应将设备寿命周期的成本管理列为评价指标，从而降低设备维修费用，节约成本。

5结语

本文通过对电气设备在线监测与故障诊断的含义与实现过程进行介绍，通过目前的技术应用现状总结，得到电气设备在线监测与故障诊断在技术应用方面普遍存在的问题，并具体结合数据采集、数据分析与处理等电气设备在线监测与故障诊断技术实现过程中的重要环节对技术的发展前景进行展望，同时提出了技术发展的方向性建议，对电气设备在线监测与故障诊断的工程应用具有一定的借鉴意义。

【参考文献】

[1]黄穗雯.浅谈电气设备在线监测与故障诊断技术的现状与前景[J].科学技术创新，2011(35):14-14.

[2]王鑫.电气设备的在线监测与故障诊断[D].济南：山东大学，2005.

[3]徐大可，张元林，王文胜.变电站电气设备在线监测综述[J].电力自动化设备，2001，39(9):6-10.

[4]李勇.电气设备在线监测与故障诊断分析[J].电工文摘，2015(3):21-24.

[5]文成林，吕菲亚，包哲静.基于数据驱动的微小故障诊断方法综述[J].自动化学报，2016，42(9):1285-1299.

作者：许鑫 单位：云南电网有限责任公司玉溪供电局