电气设备故障诊断技术

• 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
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
• 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
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）
1.1.1 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 » ……
• 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
• 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……
1.4.2 故障诊断系统与继电保wk.baidu.com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
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
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。
• 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
• 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
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.
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