楊絮

摘要：高壓電力設備故障診斷的主要目的是對于設備有無故障進行相應的判斷工作，其判斷的內(nèi)容主要包括故障的性質(zhì)、原因以及所屬類型。在判斷過程中，研究者認為應先判斷故障的類型，待類型確定后，再對其進行具體故障的診斷，從而有效提升故障的診斷效率。

1 設備故障診斷

1.1 依據(jù)樣板進行的診斷

（1）閾值診斷

作為一種廣泛應用的電力設備診斷方式，閾值診斷在我國高壓電力設備故障的診斷工作中具有極為重要的意義。從定義上來講，閾值又被稱為“臨界值”，顧名思義，其主要用電力設備在正常狀態(tài)下所能達到臨界值作為診斷的具體標準，從而實現(xiàn)對于設備狀態(tài)的判定工作。

（2）頻率特征診斷

在運行過程中，電力變壓器繞組出現(xiàn)變形主要是由于在承受了機械力作用后，其繞組可能出現(xiàn)幅向和軸向變形與扭曲的情況。通常來說，造成該繞組出現(xiàn)變形情況的主要因素是變壓器在運行的過程中受到了多種短路故障的沖擊或者其在運輸過程中發(fā)生了碰撞[1]。

（3）時域波形診斷

作為以電磁鐵為操作的控制元件，高壓斷路器的控制回路大多數(shù)直接采用直流電。假設在t0的瞬間，斷路器下達分（合）閘的命令，此時流經(jīng)電磁鐵線圈中的電流為i0。則在電流波形中，橫軸標注的刻度可以被視為電磁鐵的動鐵芯在動作過程中狀態(tài)出現(xiàn)變化的時間點。其中，t0代表該過程的起點;t1代表動鐵芯開始進行運動;t2代表鐵芯觸動操作機構(gòu)并造成負載的時間點;t3代表電磁線的回路斷開的時間點。假設直流電源的電壓值為U，回路的電阻值為R，線圈的電感值為L，則在分（合）閘的命令下達后，電流i應滿足以下公式：

時間點為t0時，動鐵芯未進行運動，則此時L保持不變，此外，電流i伴隨著時間t依照指數(shù)的規(guī)律上升，當時間到達t1（即電流量為I1）時，該設備線圈中的電流與磁路中的磁通已經(jīng)增加到可以驅(qū)使鐵芯進行運動的臨界值，則設備內(nèi)的動鐵芯開始進行運動。此時間點后，由于動鐵芯的運動，L的值發(fā)生了相應的變化，從而造成電流的數(shù)值逐漸下降，當期下降到t2時，動鐵芯造成操作機構(gòu)負載，從而出現(xiàn)速度的顯著減弱或者停止。t2后，L的數(shù)值不再發(fā)生變化，則電流量繼續(xù)上升，直到t3（即電流量為I3）時，斷路器的輔助觸點斷開，同時切斷電磁線圈的回路。在t3后，電流量的數(shù)值逐漸下降為0，由此可以得出，電流與電磁鐵內(nèi)動鐵芯的狀態(tài)具有密切的聯(lián)系，該圖可以作為故障診斷的標準進行使用，若發(fā)現(xiàn)設備的實際工作數(shù)值與其有顯著偏差，則證明設備存在相關(guān)缺陷。

（4）指紋診斷

指紋診斷主要是指在對電力設備進行相關(guān)測試后，將所測得的數(shù)據(jù)進行處理生成相應的圖像，然后以此與樣本進行比對，從而對設備的運行狀態(tài)進行判斷。在設備狀態(tài)的判定工作上，研究者主要通過對于圖像波形進行分析來取得最終的判定結(jié)果。以設備局部放電故障的判斷為例，作為判斷高壓設備絕緣狀態(tài)重要的標準，局部放電的判斷對于設備維修來說具有極其重要的意義。

2 依據(jù)規(guī)則進行的診斷

（1）模糊診斷

設備故障的初期，診斷得出的相關(guān)數(shù)據(jù)具有一定的隨機性與模糊性，其中，隨機性可以使用概率論的方法進行處理，模糊性需要使用模糊集合論進行解決。

（2）邏輯診斷

在進行邏輯診斷的過程中，研究者主要將特征歸納為“有故障”或者“無故障”等兩種情況，從而可以采用二值邏輯對于設備的狀態(tài)與特征進行相應的描述。在優(yōu)勢上，邏輯診斷的方式較為簡單明了，因此受到了極為廣泛的應用。

3電氣設備故障系統(tǒng)設計

3.1 開關(guān)柜故障監(jiān)測系統(tǒng)設計

（1）系統(tǒng)硬件設計

整個監(jiān)測系統(tǒng)主要由信號線纜、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換器、RS-485轉(zhuǎn)換器、RS-485總線以及系統(tǒng)監(jiān)測模塊構(gòu)成。其中，在系統(tǒng)設計中，每個開關(guān)柜需要配置6個用于進行溫度監(jiān)測的傳感器。在設計中，需考慮系統(tǒng)在高壓、高溫以及高磁場環(huán)境下可以保持正常工作。

①溫度采集模塊：通過該模塊可以對開關(guān)柜內(nèi)的溫度進行有效的采集并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸工作。根據(jù)傳感器的不同，采集模塊設計方式也應有所區(qū)別。

②溫度傳感器：為了確保傳感器的使用壽命，針對高壓過熱故障選用光纖傳感器，針對低壓過熱故障選用數(shù)字式單總線傳感器，為了確保監(jiān)測的準確性，傳感器精度應不低于100。

③RS-485總線：在控制中心與溫度采集模塊之間，利用RS-485總線進行連接，從而有效確保信號的傳輸。為了確保通訊質(zhì)量，監(jiān)測計算機與開關(guān)柜的距離應不超過1200m，在總線末端，應選取相應的RS-485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器負責信號的轉(zhuǎn)換。

（2）系統(tǒng)軟件設計

在軟件設計上，選取MFC作為編程語言，憑借其預留代碼的優(yōu)勢，可有效縮短系統(tǒng)開發(fā)的時間，從而促進工作效率的提升。從總體上來看，系統(tǒng)的功能模塊大致可以分成自檢模塊、數(shù)據(jù)分析與顯示模塊、溫度控制模塊、運行預警模塊、日志生成模塊。

①系統(tǒng)功能自檢模塊

為了有效確保系統(tǒng)的正常工作，在首次通電時，系統(tǒng)會對傳感器、溫度采集模塊以及監(jiān)測計算機等設備進行自檢，從而及時發(fā)現(xiàn)并提示相關(guān)故障。

②數(shù)據(jù)顯示分析模塊

該模塊主要用于對研究過程中所采集到的數(shù)據(jù)信息進行有效的顯示，從而便于操作者對設備情況進行分析。各個測溫點的溫度應使用溫度變化曲線與數(shù)碼管進行表示。

③溫度數(shù)據(jù)管理模塊

該模塊主要用于設置溫度報警的極限值，通常情況下，根據(jù)開關(guān)柜的溫度檢測情況，可以將報警極限值劃分為三種類型：溫升趨勢報警、溫度上限報警以及溫差報警。在操作過程中，對該模塊進行設置需具有管理員權(quán)限，以免系統(tǒng)出現(xiàn)異常報警現(xiàn)象。

（3）相關(guān)設備參數(shù)設計

溫度在線監(jiān)測儀

通過溫度在線監(jiān)測儀所組成的網(wǎng)絡節(jié)點，可以有效對傳感器的溫度數(shù)據(jù)進行采集。在安裝問題上，可以將監(jiān)測儀直接嵌入開關(guān)柜的柜門上，也可將其放置與其他位置。

作為重要的電氣設備之一，開關(guān)柜對于電力系統(tǒng)的運行具有重要的意義和價值，通過在線監(jiān)測的方式，可以有效對開關(guān)柜內(nèi)的溫度、壓力以及磁場環(huán)境等情況進行實時監(jiān)測，從而有效促進了監(jiān)測工作的效率[2]。

（4）開關(guān)柜設備熱源的計算流程設計

通常情況下，開關(guān)柜出現(xiàn)發(fā)熱的情況與熱場、電磁場、流體場具有密切的聯(lián)系，因此，在求解的過程中，應有效實現(xiàn)多個物理場的聯(lián)合。其中，在對多物理場進行仿真計算時，應根據(jù)電磁場仿真計算方法與解析公式進行熱源的計算，在計算結(jié)果得出后，將其作為荷載，與其他邊界條件同步加載到流體場和熱場中進行相應的計算。

（5）應用原理

本方案選取開關(guān)柜檢測儀進行監(jiān)測工作，裝置下級的功能單元主要使用模塊化的方式進行設計，各個模塊之間具有相對的獨立性，所有模塊均受到智能開關(guān)柜監(jiān)測儀器的統(tǒng)一控制。其中，各個功能單元負責對各類信號進行處理，并最終由監(jiān)測儀進行統(tǒng)一管理。在監(jiān)測工作中，監(jiān)測儀為研究者提供了數(shù)據(jù)的存儲與查詢便利，同時，借助USB接口，可以實現(xiàn)歷史記錄的轉(zhuǎn)存。

（6）進風通道改良設計

通過上述結(jié)果，可以對開關(guān)柜設備的進風通道進行相應的改良，從而有效實現(xiàn)溫度的降低。在降溫措施中，通過風機的使用，可以對設備進行強迫風冷，借助抽風與送風結(jié)合的方式，可以有效實現(xiàn)進風口面積的擴大，以便更好地實現(xiàn)外界空氣向開關(guān)柜內(nèi)的吹入，以便更好地增強對流風量。若設備內(nèi)設有多個風機，可以通過對風機的布局進行優(yōu)化，以便有效避免風機風量的抵消。

【參考文獻】

1.肖遠文.紅外熱成像技術(shù)對高壓電氣設備的診斷與分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（14）：155-156.

[2]? 王勝輝.基于OpenCV的高壓電氣設備放電紫外成像檢測圖像量化參數(shù)提取[J].計算機應用與軟件，2016，33（09）：167-170+189.