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电力设备的状态监测技术的研究现状及发

展

20世纪90年月以来，在发电厂中应用状态监测技术以

及进展新的状态监测技术已成了发电厂最重要的任务之一。

两方面缘由促成了这种需要：首先，发电厂电气设备的平安

运行特别重要，任何意外故障都可能造成重大事故，停电会

带来巨大的经济损失，这在当前竞争日趋激烈的环境下尤为

显著，而设备本身是发电厂的珍贵资产并消耗大量维护费

用。应用状态监测技术可以避开意外停机，最大限度缩短停

机时间，削减维护费用，延长机器寿命，它为最优使用机器

供应了大量有价值的信息，有很大的经济效益。其次，计算

机技术、传感器技术、信号处理技术以及人工智能技术的进

展使得对电气设备实施有效的状态监测成为可能。随着状态

监测系统在牢靠性!智能化和经济性方面的进一步提高，状态

监测技术将在电力系统中获得广泛应用。

然而，状态监测在许多方面仍处进展之中，当前的讨论

工作主要集中在监测系统的灵敏性、牢靠性和自动化方面，

同时盼望系统的成本不致太高。

一、状态监测的基本概念

状态监测可定义为一种监测机器运行特性的技术或过

程，通过提取故障特征信号（故障先兆），被监测特性的变

化或趋势可用于在严峻故障发生前预知维护需要，或者评估

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机器的“健康”状况。状态监测利用了整个设备或者设备的

某些重要部件的寿命特征，开发应用一些具有特别用途的设

备，并通过数据采集以及数据分析来猜测设备状态进展的趋

势。状态监测是为基于状态的维护或预知性维护服务的一种

技术。在应用状态监测技术以前，始终采纳基于时间的维护

策略。基于时间的维护依据检修时间表或运行时间离线检修

设备，可以防止很多故障，然而在检修间隔期内仍会发生意

外故障。由于没有设备当前状态的任何信息，维护活动的支

配具有盲目性，铺张了大量人力、时间和金钱。

要构成一个状态监测系统，必需首先考虑监测及诊断对

象的故障机理，这有赖于监测对象物理模型的建立。例如，

大型发电机的定子温度监测、振动监测，首先要考虑物理模

型，由模型分析确定出合适的特征量，为故障检测和诊断供

应基础。状态监测系统借助于电气接口，监控运行中的设备，

在故障发生前预知维护需要，判定并具体定位故障，甚至估

量设备寿命。

二、主要电气设备的状态监测

（一）电力变压器的状态监测

确保变压器正常运行的主要部件包括：绕组、铁心、绝

缘油、冷却器及有载调整器（OLTC）。故障统计表明，OLTC

故障和绕组故障最常见。因此，监控的关键参数包括OLTC

故障、油/纸绝缘（包括绕组和变压器）的老化、负载和运行

状态。

OLTC故障主要由机械故障（轴承、转轴和驱动机构）

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引起，然后是电气故障，比如触点烧损、转换电阻燃烧和绝

缘问题。OLTC的振动监测是有效的在线监测方法，并且成

本适中。

绕组绝缘和主绝缘是影响变压器寿命的最大的问题之

一，可通过温度、油中气体分析（DGA），局部放电（PD）

和湿度分析来监测。

负载和运行状态的基本信息可通过电压、电流互感器监

测。振动监测是检测OLTC故障的最佳方法通过加速度计猎

取变压器铁心和绕组的振动数据，并同电流和热数据一起用

于在线确定变压器的运行状态。

（二）发电机的状态监测

（1）定子绕组故障：包括绝原因障、绕组导体故障和

绕组端部故障。由于大多数定子绕组故障是电气绝缘渐渐劣

化的结果，绝原因障便成了主要关注对象。定子绕组绝原因

障的主要早期特征便是机器内局部放电行为的增加，因此，

对局部放电的监测成为实施定子绕组状态监测的主要工具。

（2）转子体故障：它主要由巨大的转子离心力、大的

负序暂态电流和转子不同心引起。在转子旋转时由于自身重

力的作用，转子材料表面的裂缝将集中，这将引起困苦性的

转子故障。在负序电流作用下，转子涡流损耗会造成过热并

导致疲惫裂纹的消失。假如发电机和系统之间满意谐振条

件，突然的暂态过程可能导致转子扭振，从而引起转子故障。

转子不同心会引起振动，并消失不平衡的磁拉力。对转子体

故障的早期检测可通过振动监测和气隙磁密监测来实现。