电力系统的故障状态

技术协作信息

一、电力系统设备状态监测的概述在实际应用中，有故障预报、故障诊断和状态监测等几个在内容上相近但存在差别的概念。故障预报———根据故障征兆，对可能发生故障的时间、位置和程度进行预测。故障诊断———根据故障特征，对已发生的故障进行定位和对故障发展程度进行判断。状态监测———对设备的运行状态进行记录、分类和评估，为设备维护、维修提供决策。以上几个概念的关系它们是按故障发展的时间进程进行分类的。如果不能对未发生的故障时间、位置进行预测和不能对已发生故障的位置、程度进行准确判断，则不能称为故障预报和故障诊断，其结论应该属于状态监测范围。对故障的预测或预报必须建模和仿真，而故障诊断也需要对故障的机理进行分析和研究，不能仅仅依靠信号处理的方法，只分析故障的外在表现，因而存在较大的难度。状态监测主要依据信号处理和模式识别对设备进行评估和判断，相对容易实现。但是，也不能认为预测或预报是最好的方法，而状态监测只是一种初级的手段。每一种方法必须适合具体的对象，关键在于准确，要得到准确的结论都是不容易的。状态监测适合电力系统主设备的现状。主设备的主要故障，例如绝缘故障、机械故障等的一些故障机理还不清楚，全系统的故障建模和仿真更难，而作为一个产品，其生存期有限，也没有必要进行大量的研究工作。如果强调对主设备故障的“预报”和“定位”，不仅现有条件下很难达到预期效果，而且容易产生过分的期望和误解，并将影响监测技术的推广和发展。另外，有些情况需要具体对待，例如对于输电线和电缆的接地故障，用户首先要对故障点定位，这就需要采用故障诊断的方法，而不是状态监测的方法。状态监测应该包括以下任务：（1）为设备的运行情况积累资料和数据，建立设备运行的历史档案。（2）对设备运行状态处于正常还是异常做出判断，根据历史档案、运行状态等级和已出现的故障特征或征兆，判断故障的性质和程度。（3）对设备的运行状态进行评估，并对这种评估进行分类。当一定的标准形成后，为状态检修的实施提供依据。当然，状态监测的评估也应该包含对设备异常(或故障)状态的估计及对未来变化的预测，并不断创造条件，使这种评估水平逐步接近理想境界。状态监测可以为设备积累完整和科学的运行记录资料，这在过去的管理体制下是很难实现的。因此，状态监测系统对现代设备管理是必要的。对设备运行状态的分类可以作为设备维护管理的根据。这样，可以从根本上改变目前“定期维修”的旧的管理体制，避免“过剩维修”，对有故障隐患的设备及时检修，提高设备运行的安全性和可靠性。状态检修是我国即将面临的先进的设备管理体制，而状态监测是这一管理体制的技术保证和实施的依据。二、电力系统监测设备和故障分析1.被监测设备和故障的种类及特点。对不同的设备和不同的故障类型，采用的状态监测的方法可能完全不一样。一些机械装置和控制系统常用的故障诊断方法并不适合于电力系统设备的特定情况。因此，必须首先认识电力系统设备故障的类型和特点，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。以大型发电机和变压器为例，瞬变故障例如相间短路等，发展很快。继电保护装置必须在10ms～20ms内处理这类故障，以避免损失扩大。瞬变故障发生时需要解决的问题是故障保护和避免事故扩大，不是诊断和监测的问题。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、冷却系统故障(氢冷和水冷系统)、机械系统故障、部分转子故障等。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。对于瞬变故障，继电保护可以发挥巨大的作用，大大减少可能造成的危害。但并不是所有的瞬变故障都是由缓变故障发展形成的，同时，很多缓变故障及其发展造成的损害也不在继电保护所能保护的范围内。有人认为状态监测和故障诊断能防止故障发生，是比继电保护更先进的技术，可以取而代之，这是一种误解。两种技术互相补充，缺一不可。绝缘故障是电力系统设备的主要故障之一。很多故障现象都直接或间接地与绝缘有关，可以说，绝缘的寿命就是设备的寿命。电力系统设备绝缘故障特征表现在多个方面，不仅表现在很多电参数上，而且还有力、热、声、光等物理方面和气体、油等化学方面的特征变化。绝缘故障与设备的绝缘结构、分布、环境都有关，形成机理复杂。另一方面，对设备绝缘故障的定位和绝缘损坏程度的诊断还存在很大的困难。这也正是电力系统设备故障的特点和难点之一。由于绝缘故障的特点，很多绝缘在线和离线检测技术，如局部发电、油色谱分析、超声监测等近几年已经有了较大的发展，可以逐步开展对绝缘状态的评估工作。2.采用计算机和网络技术的状态监测系统。十几年来，已经有很多监测装置应用于工业现场，但是，大多数的现场装置没有形成系统，记录数据仍然依靠人工观测和抄表的方式，这对于突发的故障很难及时反映，也不利于综合分析和查阅历史资料。采用计算机和网络技术的状态监测系统的结构中，每一个传感器可以看成系统的基层数据采集站，通过局域网连接起来。在网上建立数据库和分析中心，对状态监测数据进行处理。局域网可以通过一个服务器与Internet相联。由于有数据库和分析中心的支持，可以建立设备运行的历史数据档案和进行实时运行状态分析。三、状态监测的关键技术1.传感器技术。状态监测系统输入的信号包括电、热、声、振动等物理量，还有油、气体经化学分析得到的分解物含量，各种来源的信号都要通过传感器转换为电信号。传感器是监测系统的输入端，直接影响监测系统的精度和准确性，也是控制和测量技术的难点和瓶颈。国产传感器的性能和质量与国际先进水平相比还有差距。传感器作为一个装置，由变换元件、单片机系统和通信接口等组成。2.数据分析技术。在状态监测系统中，数据分析的任务是从采集到的数据中得到设备运行的有关信息。数据分析过程分为数据预处理、特征提取、状态分类和处理决策等4个部分。数据预处理包括数据选取、消除噪声等前期处理过程。特征提取是指采用数理统计、信号处理(FFT、小波分析、分形和混沌)等方法提取信号的特征。状态分类和处理决策是数据分析的核心部分，也是难度较大的部分。其中，处理决策是得出最后结论。结束语：状态监测是从传统管理模式过渡到状态检修的技术支持。状态监测与故障诊断的概念存在差别，状态监测更适合电力系统设备运行和维修的管理现状。状态监测的关键技术是传感器、计算机网络和数据分析。目前，国内的变电站和发电厂已具备实现状态监测技术的初步条件。状态监测技术在现场的实施和推广，有一个积累资料、

一、d填空选择判断

1.电力系统的三种状态：正常工作状态，不正常工作状态，故障状态。P1

正常工作状态：电力系统的电压和频率都在允许的范围以内，能够保持长期安全工作的状态。

不正常运行状态：正常运行条件受到破坏，但还未发生故障。等式约束条件满足，部分不等式约束条件不满足。

故障状态：电力系统的一次电气设备在运行过程中由于外力、绝缘老化、过电压、误操作、设计制造缺陷等原因而发生短路、断线等故障。

eg1、电力系统发生故障时，继电保护装置应将故障部分切除，电力系统出现不正常工作时，继电保护装置一般应发出信号。

eg2、电力系统发生故障时,继电保护装置如不能及时动作,可能破坏电力系统运行的稳定性。 （ √ ）

eg3、电气设备过负荷或内部发生故障时,其供电线路继电保护装置应将过负荷设备切除。 （ × ）

eg4、电力系统故障时,继电保护装置可只发出信号,不切除故障设备。 ( √ )

2.继电保护装置的构成：测量比较元件，逻辑判断元件，执行输出元件。P6

测量部分：测量有关电气量,与整定值比较,给出 “是”、“非”、 “0”、“1”性质的一组逻辑信号,判断保护是否应该启动。

逻辑部分：根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的逻辑组合，确定是否应该使断路器跳闸或发出报警信号，并将有关命令传达给执行部分。

执行部分：根据逻辑部分的结果，立即或延时发出报警信号和跳闸信号（故障、不正常运行时）。

eg5、继电保护装置的测量部分测量被保护元件的某些运行参数并与保护的整定值进行比较。( × )

3.继电保护的工作配合P8

1）保护范围（保护区）：每套保护都有预先划分的保护范围，只有在保护范围内发生故障，该保护才动作。

保护范围划分的基本原则是任一个元件的故障都能可靠的被切除并且造成的停电范围最小。保护范围相互重叠，保证任意点的故障都置于保护区内。互感器决定保护范围。

第一章概述

1/1 电力系统故障？常见的短路故障和断线故障。 指各种类型的短路，有三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路及电机、变压器绕组的匝间短路。

电力系统不正常工作情况？指电力系统的正常工作遭到破坏，但未形成故障，称做不正常工作情况。 常见的有：过负荷、过电压、电力系统震荡等。

电力系统不正常工作时若不及时处理，将发展成故障,引起事故，导致人员伤亡,设备损坏，电能质量下降及停电。

1／２继电保护的基本任务？

一种重要的反事故措施，它的基本任务是:当电力系统出现故障时,能自动快速有选择地将故障设备从系统中切除,使故障设备免受损坏,保证系统其他部分继续运行。

当发生不正常工作情况时，能自动及时有选择地发出信号，由值班人员进行处理,或切除继续运行会引起故障的设备。

１/3继电保护如何区分电力系统的不正常运行和故障？

故障时的明显特征：电流剧增,继电保护将正常的负荷电流与短路电流对比;

电压剧减,距离故障点越近电压越低,相应有低电压保护。

相位变化，电压与电流之间相位角变化可以判断故障点的方向，相应有方向保护

测量阻抗降低,相应的有距离保护或者阻抗保护

１/4继电保护的组成部分：测量部分，逻辑部分和执行部分。

测量部分从被保护对象与事先给定的整定值进行比较,判断被保护元件有无故障或异常情况,并输出相应信息。

逻辑部分根据测量部分输出的信息,使保护装置按一定的逻辑关系工作,以确定是否需要给出瞬时或延时动作于跳闸或信号的信息。

执行部分根据逻辑部分输出的信息将信号送至断路器的控制回路或报警信号回路。

1/５继电保护的基本要求：

选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

为什么是说他们之间是相互矛盾的又如何统一？

四个基本要求既有矛盾又有联系。选择性提高,速度灵敏性可能降低;速动性提高，可靠性可能降低;灵敏性提高,安全性降低;可靠性提高,速动性降低。

统一性:继电保护装置可靠动作的前提下速动性才有实际的意义；保护对动作的灵敏性是出与保护可靠动作的需要；

电力系统状态监测与故障诊断

关键词：状态监测；状态检修；故障诊断

一、电力系统状态监测的意义

第一、进行设备运行的历史档案的建立，从而使设备运行中所发生的情况中出现的资料和数据得到积累，以备后用。

第二、判断设备运行状态的正常与否，并对设备故障的性质和程度进行判断。判断的主要依据为以前所建立的历史档案，包括设备运行状态的等级、从前出现此种故障的过程中显示的特征等。

第三、为了能够在实施状态检修时为检修工作提供必要的依据，必须评估设备的运行状态，同时分析这些状态，分类评估，从而形成一定的评估标准。状态检测的评估的主要内容包括：评估设备运行状态、估计这杯异常状态、预测设备故障状态的未来变化。将这些内容都纳入评估的体系之中主要为提供一定的条件来进行评估，从而不断地健全、完善评估监测。

综上所述，设备的运行资料可以在状态监测过程中不断的被积累、完善、健全，突破了过去的管理体制的束缚，并对管理体制进行了完善。因而，笔者认为，在现代电力系统设备管理中，状态监测系统有着不可忽视的作用。

二、状态监测的关键技术的研究

第一、在信号采集方面

所谓电力设备的在线监测系统，其功能是持续地对设备的状态进

行检查和判断，并对设备状态的发展趋势进行预测；系统运行的时间为设备的使用期，也就是说，只要设备还在进行使用就必须对其进行监测。

诊断对象的状态信息的获取是设备运行状态量反映设备运行情况中首要完成的任务，信息的内容除了包括电力设备的电压、电流、频率、局部放电量外，还包括磁力线的密度情况以及正常信号和故障信号。通常，信号的采集方法会随着表征设备状态量的信号的特性的不同而改变。信号采样主要有以下几种方法：

1、每次所采集的信号的样本的长度为处理一个足够数据所需要的长度，我们将这种采样称为一次性采样。