第9课 电气设备在线监测与故障诊断

浅析电气设备在线监测和故障诊断【摘要】文中分析了电气设备在线监测和故障诊断，探讨了电气设备在线监测与维修的意义，在线监测技术是在被测设备处于运行的条件下，对设备的状况进行连续或定时的监测，电气设备的状态维修步骤，电气设备的在线监测预诊断的优点。

探讨了电气设备的状态监测与故障诊断技术的发展概况和电气设备的在线监测的发展趋势。

【关键词】电气设备；监测与维修；发展趋势0.引言电气设备是在电力系统中对发电机、变压器、电力线路、断路器等设备的统称，它是由电源和用电设备两部分组成。

电源的种类较多，常用的包括各种蓄电池、发电机及其调节器；用电设备包括发动机的起动系及汽车的照明、信号、仪表等，在强制点火发动机中还包括发动机的点火系。

国外在线监测技术在1951年就开始应用，限于当时的技术条件，当时的在线监测技术，还根本无法抑制来自线路各种信号的干扰，那时候只能在离线条件下进行检测，尽管如此，在线监测技术还是发挥了应有的作用，因此，使在线监测技术在应用中有了提高，使它的基本思想得到发展并沿用至今。

1.工业电气设备故障的表现在电气设备运行中，会发生故障对设备带来危害，为了保证电气设备在系统运行时的可靠性，例如，常见的电气设备有，电机、变压器、输电线路、电力电容器、避雷针、绝缘子等，这些不同种类的电气设备构成电力系统，为了保证这一电力系统的正常运行，就要保证这些电气设备的质量，如果这些或者某一个电气设备的质量出现问题，就可能发生故障，如果一旦出现故障，就将会影响到整个生产设备的停产，例如停电，就会给城乡居民带来较大的生活不便，这些后果都将会给经济社会带来难以弥补的经济损失。

为了避免出现这种不良后果，从目前国内、外的资料和统计数据来看，容易导致产生这些设备出现故障失效的致命原因，是源于这些电气设备绝缘性能，这些电器设备由于绝缘材料的氧化程度，就可能使其性能得到降低。

例如：2003年8月北美电力系统突然发生大面积停电，在这场事故的分析报告指出：电力系统造成停电的主要原因是俄亥俄州的地区电力局计算机控制能力失效，才会出现345千伏输电线由于接触到生长过速的树木发生放电现象，引起了高电压输电线对地短路事故。

电气设备在线监测及故障诊断分析摘要：在经济增长的同时，电量的需求日益加大，并且电网的超负荷运转以及设备自身故障等原因经常会导致电网大面积的停电，在电能的生产以及运输过程中任何环节出现问题都会对系统产生危害。

文章阐述了电气设备的在线监控，并对其中出现的问题进行了分析。

关键词：电气设备；在线监测；故障诊断1电气设备在线监测与故障诊断技术的重要性电气设备在线检测与诊断技术为电网供应提供保证，以目前导致停电的原因来讲，使电力供应出现问题的原因有很多，例如天气原因、地质灾害原因等,都会导致电器设备自身的故障出现问题。

电气设备自身的故障问题也是导致停电事故的主要原因，并且此种原因产生的事故现象比例也在逐渐增加，需要引起一定的重视，电气设备状态的在线检测以及诊断技术的主要目的便是对电网运行状态进行检测，并且判断其使用寿命，为电网的运行以及设备的维修提供理论基础，使电网的安全性得到提升的同时，降低维修成本。

因此，为有效防止电网大面积停电的产生，需要建立完善的电气设备状态在线检测工作。

电气设备的诊断技术,是通过科学的方式，以电气的状态作为主要的依据，对电气设备故障程度以及原因等因素进行分析，确定故障类型，判断仪器的使用寿命以及维修方案。

电气设备故障检测的主要方式是对一段时间内的在线检测特征以及检测结果进行比较，然后对数据进行分析，保证最终判断原因以及故障类型的合理性。

在新技术的不断更新以及应用的前提条件下，不断对其完善，最终提升电网的安全水平。

2电气设备状态在线监测与故障诊断技术的原理及方法2.1在线监测系统构架分析第一，信息传输和检测。

根据要监测的对象和目的，选择不同的传感器，监测出能够反映设备特征的信号，并把这些信号通过转化形成模拟或数字信号。

第二，数据处理。

检测到的数据需要集中处理和分析，其经过前台机预处理和后台机预处理，检测的数据有维数压缩、抑制电磁场干扰等，然后，对能体现设备故障的特征量进行提取，为诊断提供依据。

电气设备在线监测与故障诊断第一章电力系统监测与安全问题分析1.1 电力系统监测的重要性在当今电力系统的运行中，电力设备的在线监测已经成为电力行业不可或缺的一项重要工作。

通过对电力系统内设备的监测，可以及时检测到设备的运行状态并对异常情况进行预警，有利于在设备出现故障之前及时采取措施排查问题。

1.2 电力设备故障的危害性电力设备的故障会直接影响到电力系统的安全稳定运行。

因此，通过在线监测并及时诊断并排查故障，有助于避免因设备故障导致的停电、事故等重大损失。

第二章电力设备在线监测技术2.1数据采集技术通过对电力设备的实时监测和采集数据，可以获取在高温、高压、高电磁干扰、高振动等严酷环境下工作的电器设备内部信息。

传感器、数据采集器等实现电量、电流、电压、功率因数、频率、温度、振动等各种参数的在线检测和监测，可以精确地掌握各种关键参数，在设备出现异常之前及时发现问题。

2.2 云计算与大数据随着电力设备在线监测的应用越来越广泛，大量数据被采集并存储在云端。

这些数据不能仅仅是堆积在服务器上，需要通过应用大数据技术，分析每个设备所产生的数据信息，实现故障预测、监控设备运行参数波动等功能。

通过大数据的分析、挖掘以及对故障机理的研究，可以更精准地识别故障源，提高设备的健康度。

2.3 物联网技术在物联网技术的支持下，不同的设备可以自动地和其他设备进行通信而实现自主管理，同时，物联网技术还可以为设备提供远程协议及数据管理。

通过物联网技术的远程操作，可以大大减少因现场配置问题而带来的风险，实现人机可远程交互，提高运行效率。

第三章故障诊断技术3.1 基于数据分析的故障诊断通过对电力设备的历史数据进行分析，可了解其运行状况。

如果设备运行的某个参数出现了异常，这个异常是否可以被认为是故障？哪一台设备在其运行与其他电器设备形成的联动中存在故障？这些诊断都可以通过分析数据常见到达。

基于数据分析的故障诊断技术将成为关键的手段，帮助管理人员保障设备运行的稳定性。

电气设备的状态监测与故障诊断随着电气设备在各行各业的广泛应用，电气设备的状态监测与故障诊断变得尤为重要。

它不仅可以提高设备的可靠性和安全性，还能降低维修成本，延长设备的使用寿命。

本文将从监测技术的发展、故障诊断的方法以及未来的发展方向等方面探讨电气设备的状态监测与故障诊断。

一、监测技术的发展近年来，随着传感器技术的进步和数据通信技术的发展，电气设备的状态监测技术取得了长足的进步。

传统的监测方法主要是通过人工巡检，无法及时准确地获取设备状态信息，且容易漏检。

而现在，通过各种传感器可以实时监测设备的电流、电压、温度、振动等参数，从而及时发现异常信号。

例如，电气设备的温度是其正常运行的重要指标之一。

传统的温度监测需要工作人员定期使用温度计测量设备的温度。

而现在，可以通过温度传感器实时采集设备的温度，并将数据传输到中央监控系统进行分析。

当设备温度异常时，监控系统会自动报警，提醒工作人员进行检修，从而避免设备由于过热而引起的故障。

二、故障诊断的方法电气设备的故障诊断是指通过对设备的状态监测数据进行分析，判断设备是否存在故障，并找出故障的原因和位置。

目前，常见的故障诊断方法有基于规则的诊断和基于模型的诊断。

基于规则的诊断方法是通过建立故障的规则库，将设备状态监测数据与规则进行匹配，从而判断设备是否存在故障。

这种方法在一些简单的故障诊断中比较常用，但是由于无法考虑到各种复杂的因素，对于一些复杂的故障诊断往往效果不佳。

而基于模型的诊断方法是通过建立设备的数学模型，将设备状态监测数据与模型进行比较，从而找出设备故障的原因和位置。

这种方法可以考虑到设备的复杂因素，并能提供更精确的故障诊断结果。

但是，建立模型需要花费较大的人力和物力，且模型的准确性对诊断结果有很大影响。

三、未来的发展方向随着人工智能技术的不断发展和应用，电气设备的状态监测与故障诊断将迎来新的发展机遇。

目前，人工智能技术已经在一些大型电力设备和机械设备的状态监测与故障诊断中得到应用。

电气设备状态监测与故障诊断1 前言1.1 状态监测与故障诊断技术的含义电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，其性能逐渐劣化，最终导致故障。

特别是电气设备中的绝缘介质，大多为有机材料，如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等，容易在外界因素作用下发生老化。

电气设备是组成电力系统的基本元件，一旦失效，必将引起局部甚至广大地区的停电，造成巨大的经济损失和社会影响。

“监测”一词的含义是为了特殊的目的而进行的注视、观察与校核。

设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，其目的是为了判明设备是否处于正常状态。

“诊断”一词原是一医学名词，指医生对收集到的病人症状（包括医生的感观所感觉到的、病人自身主观陈述以及各种化验检测所得到的结果）进行分析处理、寻求患者的病因、了解疾病的严重程度及制订治疗措施与方案的过程。

设备的“故障诊断”借用了上述概念，其含义是指这样的过程：专家根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进行推理判断，找出设备故障的类型、部位及严重程度，从而提出对设备的维修处理建议。

简言之，“状态监测”是特征量的收集过程，而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。

广义而言，“诊断”的含义概括了“状态监测”和“故障诊断”：前者是“诊”；后者是“断”。

1.2 状态监测与故障诊断技术的意义电气设备特别是大型高压设备发生突发性停电事故，会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。

提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质材料及先进工艺，优化设计，合理选择设计裕度，力求在工作寿命内不发生故障。

但这样会导致制造成本增加。

此外，设备在运行中，总会逐渐老化，而大型设备不可能象一次性工具那“用过即丢”。

因此，另一方面，必须对设备进行必要的检查和维修，这构成了电力运行部门的重要工作内容。

早期是对设备使用直到发生故障，然后维修，称为事故维修。

电力设备在线监测与故障诊断研究电力设备在线监测技术可以对电力设备运行情况进行长时间、无人值守的监测，通过传感器采集到的数据对设备进行实时监测和评估。

常见的在线监测方法包括振动监测、温度监测、电流监测等。

通过这些传感器可以实时获取设备的振动、温度、电流等参数，从而判断设备是否运行正常。

在线监测技术的核心是数据采集与处理。

通过监测设备的工作状态，我们可以获得设备的运行数据，如电流、温度、振动等，将这些数据通过传感器传输到监控中心，通过数据处理技术对这些数据进行分析和比较，找出异常值，从而判断设备是否存在故障。

如果判断设备存在故障，还可以通过故障诊断技术找出故障的原因和位置，以便及时进行修复和维护。

实时监测和故障诊断技术的应用，可以及时发现设备异常情况，提高电力系统的可靠性和安全性，减少故障停电的风险。

在电力设备在线监测与故障诊断研究中，主要的问题包括数据采集与传输、数据处理与分析、故障诊断与定位等。

在数据采集与传输方面，需要选择合适的传感器，并确保传感器的精度和可靠性。

数据处理与分析方面，需要使用合适的算法和模型对数据进行处理和分析，以提取有用的信息。

在故障诊断与定位方面，需要结合设备的运行状态和历史数据，运用故障诊断技术对设备的故障原因和位置进行判断。

目前，电力设备在线监测与故障诊断技术已经得到广泛应用。

例如，在发电厂使用在线监测技术可以更好地掌握发电机组的运行状态，提高发电机组的可靠性。

在变电站使用在线监测技术可以实时监测设备的运行状态，及时发现设备的故障问题，确保电力系统的正常运行。

在配电网使用在线监测技术可以实现对设备运行状态的远程监测和管理，提高电网的可靠性和安全性。

总结来说，电力设备在线监测与故障诊断是一个重要的研究领域，其应用可以提高电力系统的可靠性和安全性。

未来的研究方向包括数据处理与分析算法的改进，故障诊断技术的提高，以及在线监测技术在新能源和智能电网领域的应用等。

这些研究结果有望为电力工业的发展和改进提供重要的支持和指导。

电气设备的状态监测与故障诊断随着电气设备应用范围的不断扩大，设备的运行状态及故障诊断成为了一个重要的研究方向。

电气设备状态监测与故障诊断技术不仅对于设备的运行效率和安全性具有重要意义，也能够节约维护成本和提高设备寿命。

本文将分别从状态监测和故障诊断两个方面进行探讨。

一、电气设备状态监测电气设备的状态监测是指通过各种手段对电气设备的运行状态进行实时监测和评估，在设备状态变化前提前发现问题，从而及时进行维护和修复，保证设备的正常运行并延长设备的使用寿命。

电气设备状态监测需要实现对三大工业环节的全面监测，即设备的运行情况、气体感应情况以及机械振动情况。

1. 设备运行情况设备运行情况是通过监测设备的电流、电压、功率、温度等参数，分析设备发生故障的原因和位置，并提供预警信息。

现在大多数电气设备的运行数据都可以通过物联网的方式实时上传到云端，通过云端分析和处理的方式对设备进行监测。

2. 气体感应情况气体感应情况是指通过对变电设备中气体成分及其变化情况进行监测，判断设备的状态，从而提前发现电气设备可能存在的故障。

目前，常用的气体监测方法主要有红外吸收法、色谱法等，其中红外吸收法是目前最为常用的方法之一。

3. 机械振动情况机械振动情况是指通过对设备振动信号的分析和处理，判断设备是否存在故障或者要发生故障。

监测机械振动需要使用专业的振动传感器和数据采集系统。

二、电气设备故障诊断电气设备故障诊断是指在设备发生故障时，通过对设备进行分析和处理，找出故障原因，并进行修复，从而恢复设备正常运行状态。

电气设备故障诊断具有以下几个方面的内容。

1. 故障预测故障预测是在设备运行中，通过对设备的故障危险程度进行评估，提前预测可能会发生故障的设备，并提供相应的措施来避免设备故障。

故障预测需要通过设备运行数据的统计分析和数据挖掘算法实现。

2. 故障定位设备遭受故障时，需要对故障进行定位，找出故障点，并进行修复，以保证设备的正常运行。

电力设备在线监测与故障诊断电力设备在线监测与故障诊断第一章：1、预防性维修的局限性。

P2-3a）经济角度分析：定期试验和大修均需停电，引起电量损失；定期大修和更换部件的投资，造成巨大的人、财、物的浪费。

b）技术角度分析：试验条件不同于运行条件，多数项目是在低电压下进行检查，很可能发现不了绝缘缺陷和潜在的故障；绝缘的劣化、缺陷的发展有一定的潜伏和发展时间，而预试是定期进行的，常常不能及时准确地发现故障，从而出现漏报、误报或早报。

2、状态维修的具体内容及必要性。

P3具体内容：对运行中电气设备的绝缘状况进行连续的在线监测，随时获得能反映绝缘状态变化的信息。

必要性：预防性维修存在一定的局限性（内容同1），同时状态维修还具有以下优点：可更有效地使用设备，提高利用率；降低备件的库存量以及更换部件与维修所需的时间；有目标地进行维修，可提高维修水平，使设备运行更安全、可靠；可系统地对设备制造部门反馈的质量信息，用以提高产品的可靠性。

3、在线监测系统的技术要求。

P71）系统的投入和使用不应改变和影响电气设备的正常运行；2）系统应能自动地连续进行监测、数据处理和存储；3）系统应具有自检和报警功能；4）系统应具有较好的抗干扰能力和合理的检测灵敏度；5）监测结果应具有较好的可靠性和重复性以及合理的准确度；6）系统应具有在线标定其监测灵敏度的功能；7）系统应具有故障诊断功能。

第二章：1、监测系统可由哪些基本部分组成，在线监测系统组成框图及整个监测系统可归纳为哪些子系统？P9-10信号的变送、信号的处理、数据采集、信号的传输、数据处理、诊断可归纳为二个子系统：信号变送系统、数据米集 系统、处理和诊断系统。

2、监测系统的分类。

P10 （分别按使用场所分， 按监测功能分，按诊断方式分）根据使用场所分为便携式和固定式， 根据监测功 能可分为单参数和多参数，按诊断方式可分为人 工诊断和自动诊断。

3、对传感器的基本要求及传感器的分类。

电气设备状态监测与故障诊断摘要：我国经济的快速发展离不开电力行业的大力支持，同时经济的发展带动电力行业的不断进步。

在电力工程中，输变电设备是电网的重要组成部分，输变电设备的可用性与稳定性直接影响到电网的安全运行。

及时发现并排除输变电设备的潜伏性故障是电网企业关注的一项重要课题。

随着我国电力工业的发展，一方面，电网规模不断发展，输变电设备数量激增，用户对供电可靠性要求不断提高；另一方面，设备的信息化程度越来越高，设备状态监测技术日益成熟，设备运行数据与测试数据激增，基于大数据的电气设备在线监测与故障诊断技术地发展已经逐渐成为焦点，借助信息技术对设备进行故障诊断势在必行。

关键词：电气设备；状态监测；故障诊断引言电力行业的快速发展和技术水平的提升在我国经济建设上发挥很大的作用。

在电力行业中，电气设备就是电力系统中电力线路、变压器、发电机、断路器等的统称。

依据不同测量方式和传感器来反映设备实际运行状态的化学量和物理量的一种方式就是设备状态监测，主要就是为了能够检测是否具备正常运行的设备状态。

这种电气设备的状态监测与故障诊断技术属于新型的交叉科学，实际应用的时候还是处于初级研究阶段，由于不断发展科学技术，逐渐运用信号技术、数据仓库技术、计算机网络技术、电子技术、传感技术等，从而一定程度上提高了电气设备的状态监测与故障诊断技术的整体水平。

1电气设备状态监测与故障诊断系统功能1.1数据浏览功能在系统的状态监测与故障诊断系统中，需要通过网络技术来实现数据的浏览，用户在监控系统过程中，可以通过联网计算机实现对设备运行相关数据的查询和分析。

其主要是由于在设备的运用过程中，通过传感器可以将设备运行的状态发送到计算机中，通过处理器的分析功能，可以实现对数据的整理和反馈，从而可以实现对设备运行状态的监控和诊断。

1.2信号变送和评估诊断电器设备在线运行参数采用各种传感器进行采集，例如电压、电流、湿度、温度、压力等，将各项参数转换为电信号送入到后续单元，是在线监测系统是否准确的前提；对采集的信号通过先进的评估算法对设备运行状态进行评估，给出评估结果，为制定检修策略提供依据。

《电气设备的在线监测与故障诊断》课程教学大纲
总学时：32
总学分：2
适用对象：电气工程及其自动化
先修课程：《高电压技术》
一、课程性质、目的和任务
本课程为“电气工程及其自动化”专业的专业选修课。

本课程主要介绍电气设备在线监测和故障诊断的基本原理及方法，是从事电气设备的运行、维护、试验、检修的工程技术人员和设计研究人员所必备的专业知识。

其任务是使学生掌握电气设备在线监测和故障诊断的基本原理及方法，熟悉主要的高压电气设备在线检测技术和故障诊断技术，为毕业后从事电气设备的运行、维护、试验、检修、设计和研究工作打下初步基础。

二、教学的基本要求
了解电气设备运行维护、检修的基本方式、特点和发展趋势。

掌握电气设备在线监测和故障诊断的基本原理及方法，了解传感器技术与监测系统，熟悉主要高压电力设备的在线监测技术和故障诊断技术。

三、教学的基本内容
1、传感器技术与监测技术
2、电容型设备的检测与诊断
3、绝缘子和套管的检测与诊断
4、避雷器的检测与诊断
5、GIS和高压断路器的检测与诊断
6、电力电缆的检测与诊断
7、电力变压器的检测与诊断
8、大型旋转电机的检测与诊断。

关于电气设备在线监测与故障诊断技术分析摘要：对于电网而言，对电气设备实施在线监测与故障诊断技术不仅可以及时的发现设备的运行故障，而且还可以为设备的检修提供参考和借鉴，以期更好提高电气设备的运行效率和质量。

本文将会对在线监测与故障诊断技术进行分析。

关键词：电气设备；在线监测；故障诊断前言近些年来，电网大面积停电事故时有发生，而电气设备及运行故障是诱发的主要因素。

为了避免由于电气设备资源原因而引发的电网大面积停电事故，则需要借助在线监测与故障诊断技术来实现对电气设备运行状态的有效诊断和监控，并对发现的故障问题要及时采取有效措施给予解决，避免问题的扩大化。

通过开展在线监测与故障诊断工作，既可以确保电力设备的安全、高效运行，而且还可以降低电网事故的发生率，提高电力系统的运行效率和经济效益。

1.在线监测与故障诊断的重要性对于电气设备而言，在线监测与故障诊断主要是检测电气设备的运行状态，并判断其剩余的使用寿命，从而为后续的电气设备运行及维修提供参考和借鉴的依据，这样不仅可以有效降低电气设备的维修成本，而且还可以提高电气设备的安全性能和运行效率。

图1描述的是电气设备在线监测与故障诊断框架图。

为了避免电气设备运行过程中出现安全故障，则需要结合电气设备的运行特点来开展在线监测与故障诊断工作，其一般是借助科学的方法和技术手段来对电气设备的运行状态进行诊断，并对其故障的位置、程度、原因进行分析，最终对电气设备的剩余寿命进行有效的预测，从而为电气设备维护和管理方案的制定提高依据。

通常情况下，电气设备的故障诊断分类主要包括定时诊断、实时（连续）诊断、离线诊断、在线诊断、简介诊断、直接诊断等，并根据实际情况来选择一种或几种方法对电气设备进行全面的诊断，以期更好的提高诊断结果的准确定，有效提高电气设备的使用寿命。

实际上，电气设备在线监测主要是对电气设备运行过程中所发生故障的位置、原因、类型及程度进行诊断，并制定电气设备的维修方案，确定电气设备的使用寿命。