电气设备状态监测与故障诊断课件.ppt

1、电气设备状态监测与故障诊断电气设备状态监测与故障诊断变压器变压器GIS 电力电缆电力电缆发电机发电机电容性设备电容性设备电气设备界定电气设备界定一次能源一次能源火力火力水力水力风力风力核能核能太阳能太阳能地热地热 电电 能能全球全球截止到截止到2030年仍将有年仍将有1/5的人口，根本的不到电力供应。的人口，根本的不到电力供应。美国美国在未来在未来20年中需要建设年中需要建设1300个发电厂（平均每年个发电厂（平均每年65个）才个）才能满足日益增长的用电需求。否则，加州停电问题就肯定会在能满足日益增长的用电需求。否则，加州停电问题就肯定会在全国范围内出现。能源短缺将对美国所有的地区造成影响。全

2、国范围内出现。能源短缺将对美国所有的地区造成影响。发展中国家和不发达国家发展中国家和不发达国家严重的能源短缺和电力工业的严重的能源短缺和电力工业的落后状态，已成为影响其经济发展的瓶颈。落后状态，已成为影响其经济发展的瓶颈。世界电力之现状世界电力之现状中国电力之现状中国电力之现状到到20012001年底年底:发电装机容量发电装机容量 3.38 3.38 亿千瓦亿千瓦 发电量完成发电量完成 14780 14780 亿千瓦时亿千瓦时35kV35kV及以上线路总长度及以上线路总长度 762000 762000 公里公里 其中，其中，500kV500kV线路线路 31394 31394 公里公里 330

3、kV330kV线路线路 8669 8669 公里公里 220kV220kV线路线路 134875 134875 公里公里3459934599108131081310121101218472847234703470289828980 01000010000200002000030000300004000040000美国美国中国中国日本日本俄罗斯俄罗斯英国英国巴西巴西年发电量（亿千瓦时）年发电量（亿千瓦时）1298012980807480746232623255885588202620268918910 05000500010000100001500015000美国美国日本日本英国英国俄罗斯俄罗斯

4、巴西巴西中国中国人均用电量（人均用电量（kW h/kW h/人）人）世界各国世界各国1996年的电力状况和人均消费电量排序年的电力状况和人均消费电量排序 我国电网基本框架我国电网基本框架 我国的发电一次能源主要分布西部地区，而电力消我国的发电一次能源主要分布西部地区，而电力消费主要集中在中、东部和南部地区。西电东送、南北互费主要集中在中、东部和南部地区。西电东送、南北互供，发展全国联网是解决我国能源分布与电力消费矛盾供，发展全国联网是解决我国能源分布与电力消费矛盾的重要措施。并将形成北、中、南三个输电通道。的重要措施。并将形成北、中、南三个输电通道。中国电力工业分为中国电力工业分为7个跨省个跨

5、省(区区)电力集团电力集团:东北、华北、东北、华北、华东、华中、西北、南方和川渝，华东、华中、西北、南方和川渝，5个独立省级电网个独立省级电网:山山东、福建、新疆、海南、西藏东、福建、新疆、海南、西藏(未包括台湾和港澳地区未包括台湾和港澳地区)。电力系统的构成电力系统的构成电厂输电网配电网用户瞬间平衡的电力系统瞬间平衡的电力系统 电力系统是世界上最大的电力系统是世界上最大的“瞬间动态平衡系统瞬间动态平衡系统”。发电和用电是同时发生的，基本没有存储环节。发电和用电是同时发生的，基本没有存储环节。电力系统的所有问题都是围绕这个特点展开的。电力系统的所有问题都是围绕这个特点展开的。电力系统的稳定性问

6、题电力系统的稳定性问题电厂电厂电力网用户用户系统瞬间改变系统瞬间改变 发电、输电和用电过程构成了不可分割的整体，任何环发电、输电和用电过程构成了不可分割的整体，任何环节发生故障都有可能引起链式反应，导致整个系统的崩溃。节发生故障都有可能引起链式反应，导致整个系统的崩溃。历史上的大停电事故历史上的大停电事故1965年由于保护继电器动作失灵导致的美国纽约大停年由于保护继电器动作失灵导致的美国纽约大停电，造成近电，造成近30亿美元经济损失，亿美元经济损失，50多万人被困在地下多万人被困在地下和地铁的车厢里。和地铁的车厢里。1989年年3月月6日太阳出现过一次强度达的日太阳出现过一次强度达的X15级耀

7、斑，伴级耀斑，伴随产生的太阳风暴导致加拿大电力输送中断，随产生的太阳风暴导致加拿大电力输送中断，600万人万人断电断电9小时之久，经济损失达小时之久，经济损失达10亿美元。亿美元。美国旧金山美国旧金山1998年年2月月8日日，太平洋天太平洋天然气电力公司然气电力公司(PGE)变电站发生停电事变电站发生停电事故，故，所有从圣马特欧变电站至旧金山所有从圣马特欧变电站至旧金山的的5条条115 kV输电线全部跳开，旧金山输电线全部跳开，旧金山地区地区2个发电厂解列，个发电厂解列，456000多个用户多个用户停电。停电。旧金山大停电旧金山大停电巴西大停电巴西大停电巴西圣保罗巴西圣保罗 1999年，由于闪

8、电击中圣保罗的年，由于闪电击中圣保罗的一个变电站，变压器跳闸导致电网解列，引一个变电站，变压器跳闸导致电网解列，引起巴西南部地区停电长达起巴西南部地区停电长达4小时之久。小时之久。停电停电波及巴西波及巴西27个州的个州的11个州，停电地区是巴西个州，停电地区是巴西人口和工商业最密集的地区人口和工商业最密集的地区，直接影响直接影响1.7亿亿人的正常工作与生活，经济损失非常严重。人的正常工作与生活，经济损失非常严重。由于停电发生在午间交通高峰由于停电发生在午间交通高峰时间，交通灯时间，交通灯熄灭，引起熄灭，引起严重严重交通堵塞。交通堵塞。美国纽约美国纽约2002年年3月位于曼哈顿东区的爱月位于曼哈

9、顿东区的爱迪生联合电厂突然失火，并引燃了用于发电迪生联合电厂突然失火，并引燃了用于发电的燃油。这起事故造成纽约第的燃油。这起事故造成纽约第14大街以南的大街以南的6.3万户居民住宅停电，附近的格林尼治和索万户居民住宅停电，附近的格林尼治和索霍等地区也受到影响。居住在世贸中心遗址霍等地区也受到影响。居住在世贸中心遗址附近的居民又一次感受到了附近的居民又一次感受到了“”时的时的恐怖气氛。驾车者在昏暗的高速公路上小心恐怖气氛。驾车者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行驶，高大建筑内的人们在漆黑的楼翼翼地行驶，高大建筑内的人们在漆黑的楼道里摸索着前行，耳边不时传来阵阵警笛声。道里摸索着前行，耳边不时传来阵阵

10、警笛声。纽约大停电（纽约大停电（IIII）菲律宾菲律宾主岛吕宋岛主岛吕宋岛2002年年5月月21日由日由于海底电缆损坏，引发大面积停电事故，于海底电缆损坏，引发大面积停电事故，全国人口一半以上受到影响。首都马尼拉全国人口一半以上受到影响。首都马尼拉地区四千多万人没有电力供应。地区四千多万人没有电力供应。这次停电对菲律宾的商业运作造成重这次停电对菲律宾的商业运作造成重大打击。受停电影响，铁路系统停顿，数大打击。受停电影响，铁路系统停顿，数以千计的乘客被困车厢内；菲律宾股票市以千计的乘客被困车厢内；菲律宾股票市场也被迫中断交易。场也被迫中断交易。菲律宾大停电菲律宾大停电加州大停电加州大停电 美国加

11、州美国加州2002年年1月以及月以及3月连续两次发生全月连续两次发生全州停电事故。为防止整个系统瘫痪，加州实行了州停电事故。为防止整个系统瘫痪，加州实行了二战后的首次灯火管制，以避免对电力设备造成二战后的首次灯火管制，以避免对电力设备造成损害，引发更大面积的不能控制的断电事故。电损害，引发更大面积的不能控制的断电事故。电力官员称用电高峰再次对该州设备严重老化的电力官员称用电高峰再次对该州设备严重老化的电力系统带来完全瘫痪的威胁，加州已宣布进入力系统带来完全瘫痪的威胁，加州已宣布进入3级紧急状态。级紧急状态。Cisco、IBM和和Intel等公司担心加州能源危等公司担心加州能源危机恶化，正考虑撤

12、离硅谷。加州议会正拟定一项机恶化，正考虑撤离硅谷。加州议会正拟定一项4亿美元的电力拯救计划。亿美元的电力拯救计划。在我国，近在我国，近20年来各大电网中规模较大的停电事故约年来各大电网中规模较大的停电事故约有有140余起，每次损失数以亿计。近几年事故次数虽有所下余起，每次损失数以亿计。近几年事故次数虽有所下降。但其规模和造成的损失却大幅度扩大和上升。随着全降。但其规模和造成的损失却大幅度扩大和上升。随着全国电网的形成，电力系统重大事故也更将危及到我国国家国电网的形成，电力系统重大事故也更将危及到我国国家安全。安全。希腊希腊北部地区北部地区2002年年6月月12日下午由于气日下午由于气温过高，希

13、腊北部最大城市萨洛尼卡附近一座温过高，希腊北部最大城市萨洛尼卡附近一座变电站内的变压器突然发生爆炸，造成包括该变电站内的变压器突然发生爆炸，造成包括该市在内的大部分希腊北部地区供电中断。发生市在内的大部分希腊北部地区供电中断。发生长达一个多小时的严重停电事故，造成许多城长达一个多小时的严重停电事故，造成许多城市交通瘫痪，通讯系统无法正常工作。市交通瘫痪，通讯系统无法正常工作。瑞典瑞典首都斯德哥尔摩于首都斯德哥尔摩于2002年年3月月11日开日开始，由于地下隧道的输电电缆被烧毁，连续两始，由于地下隧道的输电电缆被烧毁，连续两天发生大面积停电事件，造成许多工厂停产，天发生大面积停电事件，造成许多工

14、厂停产，严重影响了当地居民的正常生活。严重影响了当地居民的正常生活。英国英国南部莱斯特郡南部莱斯特郡5月月11日发生大面积停日发生大面积停电。电。2万多户家庭连续几天生活在黑暗中。万多户家庭连续几天生活在黑暗中。附近的肯特郡、附近的肯特郡、萨塞克斯郡和萨里郡的萨塞克斯郡和萨里郡的3.1万万户家庭的断电现象则持续了更长一段时间。户家庭的断电现象则持续了更长一段时间。台湾台湾1999年年7月月29日全岛发生五十年来最大的一起停电事日全岛发生五十年来最大的一起停电事故，南北两条超高压输电线路损坏，进而引发连锁反应，造故，南北两条超高压输电线路损坏，进而引发连锁反应，造成台中电厂、通霄电厂、林口电厂、

15、协和电厂、深澳电厂以成台中电厂、通霄电厂、林口电厂、协和电厂、深澳电厂以及核能一、二、三厂全部跳闸，总跳机电量高达及核能一、二、三厂全部跳闸，总跳机电量高达1000万千瓦，万千瓦，全台湾停电用户高达全台湾停电用户高达900万户。包括机场、医院、科学园等敏万户。包括机场、医院、科学园等敏感地区，都一度陷入停电状态。直接经济损失在感地区，都一度陷入停电状态。直接经济损失在150 亿新台亿新台币以上币以上。新竹科学园的。新竹科学园的26座晶片厂生产线因此停顿座晶片厂生产线因此停顿1至至2天，天，每座晶片厂的损失估计超过每座晶片厂的损失估计超过5000万元，由于适逢月底出货高万元，由于适逢月底出货高峰

16、，总计这次大停电造成新竹科园区的损失约新台币峰，总计这次大停电造成新竹科园区的损失约新台币100亿元亿元以上。以上。台湾大停电台湾大停电 辽沈地区辽沈地区2001年年2月月22日遭遇最严重日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区停电面积已经大面积停电事故，沈阳市区停电面积已经超过超过70%。辽沈停电事故是从高压输电线。辽沈停电事故是从高压输电线路的燃弧放电开始的。辽沈为我国重工业路的燃弧放电开始的。辽沈为我国重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电流沿着大雾湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电流沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙放电现象。辽沈瓷

17、瓶表面爬升，出现闪烙放电现象。辽沈停电事故中，几乎所有的高压输电线路都停电事故中，几乎所有的高压输电线路都“火冒三丈火冒三丈”，停电事故最厉害的就是工，停电事故最厉害的就是工业集中、污染严重的铁西区，该区全部停业集中、污染严重的铁西区，该区全部停止了电力供应，损失巨大。止了电力供应，损失巨大。辽沈大停电辽沈大停电停电原因停电原因城 市电网结构 管理不善设备故障 检 修 电源不足 外部因素气象影响 上上 海海0.06 2.12 45.31 39.17 0.00 10.78 2.56 太太 原原1.63 3.04 16.76 64.710.53 10.31 3.02 长长 春春0.40 1.82

18、14.66 69.26 0.00 8.02 5.84杭杭 州州2.97 4.82 18.44 67.18 0.00 5.34 1.25 广广 州州0.00 19.4528.6950.96 0.00 0.00 0.90 西西 宁宁0.04 3.78 49.50 29.19 0.00 17.490.00平均合平均合计计0.855.8428.8952.910.0888.662.26(%)19811990年间，我国主要电网有近年间，我国主要电网有近1/3的电网事故的的电网事故的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在直接起因是设备故障损坏所造成的，而在“八五八五”期间，期间，由设备故障直接引发的电网事故占

19、事故总量的由设备故障直接引发的电网事故占事故总量的26.3%，可可见提高设备的运行可靠性是保证电力系统安全运行的关键。见提高设备的运行可靠性是保证电力系统安全运行的关键。现代电力设备的可靠性在很大程度上取决于其绝缘的现代电力设备的可靠性在很大程度上取决于其绝缘的可靠性。可靠性。安全第一安全第一“不求有功，但求无过不求有功，但求无过”是电力运行单位的宗旨。是电力运行单位的宗旨。但要实现这一消极的目的，需要非常积极的态度。但要实现这一消极的目的，需要非常积极的态度。保证设备安全的基本途径保证设备安全的基本途径 制造制造100%可靠的设备可靠的设备 建立完善的维修计划建立完善的维修计划虽然设备的质量

20、和可靠性主要取决于设计和制造阶段，但为了保证设备的正常运行，在很大程度上也需要借助于投运后的维护工作，即在运行过程中通过对设备进行必要的巡视检查、监测和试验，建立完善的维修计划，以减少事故的发生，提高运行可靠性。制造这样的大型电力设备，在技术上是极其复杂的，尤其是对于电压等级较高的设备，多数情况下这样的设计在经济上也是不合理的。电力系统维修方式的演变过程电力系统维修方式的演变过程1.事后修理事后修理BM（Breakdown Maintenance）或故障维修；）或故障维修；2.定期检修定期检修TBM（Time Based Maintenance）或预防性维修）或预防性维修PM（Preventi

21、ve Maintenance）；）；3.状态维修状态维修CBM（Condition Based Maintenance）或预知性）或预知性维修（维修（Predictive Maintenance）。）。事后维修体制事后维修体制 早期技术及管理水平都很低早期技术及管理水平都很低 ，即使再重要的设备也只能坏了再修。即使再重要的设备也只能坏了再修。以致工作毫无计划性，供电可靠性以致工作毫无计划性，供电可靠性很低。很低。简单方便，对消耗性产品是有效简单方便，对消耗性产品是有效的。的。随着电力系统的不断扩大，设备随着电力系统的不断扩大，设备故障所造成的停电损失也越来越大，故障所造成的停电损失也越来越大，

22、事后维修无法满足系统对运行稳定事后维修无法满足系统对运行稳定性的需求。性的需求。现行维修体制现行维修体制定期维修定期维修 预防性试验是电力设备运行和维护预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。在我国已统安全运行的有效手段之一。在我国已有有40年的使用经验。年的使用经验。预防性试验、大修和小修构成了定预防性试验、大修和小修构成了定期维修制的基本内容。期维修制的基本内容。1.维修周期频繁维修周期频繁设备设备发电机发电机变压器变压器电力电缆电力电缆GIS小修周期（年）小修周期（年）1111大修周期（年）大修周期（年）

23、3510552.预防性试验项目过多预防性试验项目过多电力变压器电力变压器 32项项发电机发电机 25项项互感器互感器 11项项 GIS达达 20项项定期维修制的种种弊端定期维修制的种种弊端 大修一台大修一台30万万kVA的发电机需要大约的发电机需要大约3个月的时间，耗费资金近百万元。个月的时间，耗费资金近百万元。大修一台大修一台12万万kVA的变压器需投入的变压器需投入300多个工作人日，资金多个工作人日，资金10万元。万元。大修一台大修一台220 kV开关需投入开关需投入100多个工作人日，资金多个工作人日，资金2万元。万元。长时间停电检修，将造成大量的电量损失。长时间停电检修，将造成大量的

24、电量损失。300MW机组停运一天，少发机组停运一天，少发电电720万度，直接损失万度，直接损失150万元。万元。3.经济性差经济性差4.增大不安全因素增大不安全因素易发生人身和设备安全事故。易发生人身和设备安全事故。发生在检修、试验人员身上的伤亡事故占全部供电伤亡事故的77.8%。停送电过程易造成误操作。停送电过程易造成误操作。5.过度维修过度维修对对110台高压变压器进行的台高压变压器进行的162台次定期吊检大修结果进行台次定期吊检大修结果进行统计。共发现缺陷统计。共发现缺陷24项，其中一般性缺陷项，其中一般性缺陷23项，危及安全项，危及安全运行的仅运行的仅1项。项。对对110kV及以上油开

25、关大修统计表明，及以上油开关大修统计表明，95%以上未发现部以上未发现部件损坏。件损坏。定期检修虽有成效，但过于保守。定期检修虽有成效，但过于保守。实践证明，频繁检修实践证明，频繁检修非但不能改善设备性能，反而常常会引入新的故障因素。非但不能改善设备性能，反而常常会引入新的故障因素。6.维修不足维修不足 由于采用周期性定期检查，很难预防由于随机因素引由于采用周期性定期检查，很难预防由于随机因素引起的偶发事故。设备仍可能在试验间隔期间内由于微小缺起的偶发事故。设备仍可能在试验间隔期间内由于微小缺陷的持续发展导致发生故障。陷的持续发展导致发生故障。预防性试验是在停电情况下，进行的非破坏性试验，预防

26、性试验是在停电情况下，进行的非破坏性试验，试验电压一般不超过试验电压一般不超过10kV。而大部分变电设备工作电压为。而大部分变电设备工作电压为110 500kV。很难正确反映高压电气设备在运行中存在的。很难正确反映高压电气设备在运行中存在的缺陷。缺陷。7.预防性试验条件与实际运行工况不同预防性试验条件与实际运行工况不同 设备的现代化对设备的维修体制提出了变革设备的现代化对设备的维修体制提出了变革的要求，设备运行的高可靠性和维修方式的经济的要求，设备运行的高可靠性和维修方式的经济性已成为电力系统降低运行成本的关键。性已成为电力系统降低运行成本的关键。发展中的维修体制发展中的维修体制状态维修状态维

27、修状态维修方式的基本思想状态维修方式的基本思想“治于未病治于未病”状态维修即根据具体设备的实际情况来确定检修周状态维修即根据具体设备的实际情况来确定检修周期和检修内容的维修体制。期和检修内容的维修体制。通过对设备运行情况的实时监测，随时查明设备可通过对设备运行情况的实时监测，随时查明设备可能能“存在着什么样的隐患，什么时候会发生故障存在着什么样的隐患，什么时候会发生故障”，预，预先得知将要发生事故的部位和时间，设备管理人员因此先得知将要发生事故的部位和时间，设备管理人员因此可以从容地安排停电计划和组织维修人力，采购必须的可以从容地安排停电计划和组织维修人力，采购必须的备件，以便在短时间内完成高

28、质量的维修工作。备件，以便在短时间内完成高质量的维修工作。实现实现“无病不修、有病才修、修必修好无病不修、有病才修、修必修好”的目的。的目的。状态维修的必要性状态维修的必要性 虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强随机性，但虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强随机性，但大多都具有一个的较为缓慢的发展过程，在这期间，会产大多都具有一个的较为缓慢的发展过程，在这期间，会产生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特性发生生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特性发生渐进的量变。根据这些特征量值的大小及变化趋势，即可渐进的量变。根据这些特征量值的大小及变化趋势，即可对设备的可靠性随时做出判断，从而

29、发现早期潜伏性故障。对设备的可靠性随时做出判断，从而发现早期潜伏性故障。状态维修的技术可行性状态维修的技术可行性绝缘水平监测参量稳定运行阶段危险水平注意水平实施修复危险阶段注意阶段劣化阶段初期设备投运时间 T图 3 状态维修示意图破坏点设备状态设备状态在线监测在线监测故障诊断故障诊断维修决策维修决策状态维修的基础状态维修的基础状态维修与监测是一件物品的两面状态维修与监测是一件物品的两面q 维修方式决定了所要采用的监测技术；维修方式决定了所要采用的监测技术；q 监测与诊断的结果将指导维修策略的建立。监测与诊断的结果将指导维修策略的建立。运行现场的两种检测方法运行现场的两种检测方法 带电测量带电测

30、量 (On-site detection):对在运行电压对在运行电压下的设备，采用专用仪器，由人员参与进行下的设备，采用专用仪器，由人员参与进行的测量。的测量。在线监测在线监测 (On-line monitoring):在不影响设在不影响设备运行的条件下，对设备状况连续或定时进备运行的条件下，对设备状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行的。行的监测，通常是自动进行的。设备状态维修管理系统设备状态维修管理系统设备检修管理设备检修管理试验数据(离线)试验数据(离线)OSSQL Server 7.0OSSQL Server 7.0沪南供电所服务器迎勋变电站服务器SCADASCADA各种在线检测仪(

31、介损,全电流,阻性电流.)各种在线检测仪(介损,全电流,阻性电流.)!是否生成新的是否生成新的检修工单?检修工单?触发信号触发信号(手动)(手动)离线信息离线信息在线信息在线信息录入历次录入历次试验数据试验数据!已处理的已处理的检修工单检修工单诊断修正信息诊断修正信息离线数据离线数据存储及提取存储及提取在线数据在线数据存储及提取存储及提取在线数据转换接口在线数据转换接口执行执行查询/返回查询/返回设备台帐设备台帐各种管理信息各种管理信息的存储与提取的存储与提取任务管理任务管理人力资源人力资源工作单管理工作单管理.状态检测/综合诊断状态检测/综合诊断.解体点检测数据解体点检测数据离线监测数据离线

32、监测数据在线监测数据在线监测数据机组性能分析系统机组性能分析系统数据是否超过阈数据是否超过阈值值是否进入预测中心？是否进入预测中心？诊断中心诊断中心预测中心预测中心检修决策检修决策数据归宗反馈数据归宗反馈YYNN修修改改 1.1.监测系统应具有较强的抗干扰能力。监测系统应具有较强的抗干扰能力。2.监测系统应具有较强的对环境变化的耐受性。监测系统应具有较强的对环境变化的耐受性。3.监测系统不应影响一次设备的正常运行。监测系统不应影响一次设备的正常运行。4.监测系统的寿命应长于被监测设备的预期寿命。监测系统的寿命应长于被监测设备的预期寿命。对在线监测系统的基本要求对在线监测系统的基本要求运行技术措施运行技术措施电力设备电力设备传感器传感器信号信号预处理预处理数据采集数据采集数据处理数据处理信号传输信号传输故障诊断故障诊断信号变送系统信号变送系统（设备近区）（设备近区）数据采集系统数据采集系统（设备近区）（设备近区）信号传输信号传输系统系统处理和诊断系统处理和诊断系统（主控室）（主控室）在线监测的基本框架在线监测的基本框架谢谢 谢谢