電氣工程及其自動化畢業(yè)設計-電氣設備絕緣狀態(tài)的檢測和診斷(含外文翻譯)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　電氣設備絕緣狀態(tài)的檢測和診斷</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化

2、 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　電氣設備絕緣狀態(tài)的檢測和診斷</p><

3、p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著電力事業(yè)的迅速發(fā)展，對供電可靠性和用電安全性的要求在進一步的提高，電力設備絕緣狀況檢測和診斷技術的發(fā)展日益得到重視，新的檢測設備和新的檢測技術不斷在推出。電力絕緣性能的優(yōu)劣直接影響電氣設備及材料的正常運行，因此電氣設備絕緣性能的檢測和故障診斷在電氣工程施工中是極為重要的環(huán)節(jié)。多年來，由于電力設備的絕緣性能不符合設計要求或是電力設

4、備的絕緣結構在工作中出現(xiàn)隱患而發(fā)生的安全事故不計其數(shù)。這些問題可能引起設備的損壞，電網(wǎng)系統(tǒng)的非正常運行甚至威脅作業(yè)人員的生命安全。所以研究電力設備絕緣檢測與診斷技術對提高電力設備運行可靠性、安全性具有極其重要的意義。</p><p>　　本文的主要工作是對電氣設備絕緣狀態(tài)的檢測和故障診斷技術進行了簡單介紹，主要包括其經(jīng)歷的幾個發(fā)展階段、國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和其主要運用的主要技術。同時給出了電氣設備絕緣檢測的幾個主要參

5、數(shù)并對這幾個參數(shù)的測量給出測量方法。介紹了整個檢測和診斷系統(tǒng)的主要結構和組成部分，并對其中最為重要的傳感器、采集系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的介紹。最后，介紹了現(xiàn)在在檢測系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)中運用的最新技術，即模糊人工神經(jīng)元網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)的組成、工作原理和其在系統(tǒng)中的具體運用情況作了簡單介紹。</p><p>　　關鍵詞：電力設備；絕緣監(jiān)測和診斷；帶電作業(yè)；人工神經(jīng)元網(wǎng)絡；專家系統(tǒng)</p><

6、p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Detection and diagnosis of the insulation state for electrical equipment</p><p>　　As the rapid development of the electric utilities, the requirements

7、 of the reliability of power supply and the safety for electricity are further improved. Nowadays the technology of insulating state detects and fault diagnoses at the electrical equipment are fully receiving attention,

8、new technology and equipments are constantly released. The quality of insulating properties of the electrical equipment is a direct affection with the run of material and equipment; therefore it is a very importa</p&g

9、t;<p>　　Keyword: electrical equipment insulation monitoring and diagnoses live working artificial neural network expert system</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</

10、b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1概述1</b></p><p>　　1.2國內(nèi)外電氣設備絕緣狀態(tài)檢測的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3電力設備絕緣狀態(tài)檢測

11、診斷技術的發(fā)展3</p><p>　　1.3.1現(xiàn)代傳感技術在電力設備監(jiān)測中的應用3</p><p>　　1.3.2信號處理技術在電力設備診斷中的應用4</p><p>　　第二章 電氣設備絕緣材料特性5</p><p>　　2.1絕緣材料的種類5</p><p>　　2.2電氣設備的絕緣缺陷6</p

12、><p>　　2.3 絕緣老化7</p><p>　　2.3.1 熱老化7</p><p>　　2.3.2機械老化8</p><p>　　2.3.3電老化8</p><p>　　2.3.4電樹枝9</p><p>　　2.3.5水樹枝9</p><p>　　2.3

13、.6化學樹枝10</p><p>　　2.4電氣設備絕緣參數(shù)10</p><p>　　2.4.1絕緣電阻10</p><p>　　2.4.2局部放電12</p><p>　　2.4.3 漏電流12</p><p>　　2.4.4 相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)13</p><p>　　2

14、.5 本章小結15</p><p>　　第三章 在線檢測和狀態(tài)維修技術16</p><p><b>　　3.1 概述16</b></p><p>　　3.2 在線檢測狀態(tài)維修綜述17</p><p>　　3.3 在線檢測和故障診斷系統(tǒng)的結構19</p><p>　　3.3.1系統(tǒng)的組成

15、19</p><p>　　3.3.2系統(tǒng)分類20</p><p>　　3.4 系統(tǒng)各組成部分21</p><p>　　3.4.1傳感器21</p><p>　　3.4.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)24</p><p>　　3.4.3 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)25</p><p>　　3.4.4 診斷系統(tǒng)27

16、</p><p>　　3.5 本章小結29</p><p>　　第四章 基于模糊人工神經(jīng)元網(wǎng)絡的故障診斷方法30</p><p>　　4.1模糊人工神經(jīng)元網(wǎng)絡的概念30</p><p>　　4.1.1 神經(jīng)元的概念31</p><p>　　4.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡的概念31</p><p>

17、;　　4.2 前饋神經(jīng)網(wǎng)絡拓撲結構31</p><p>　　4.3工作原理32</p><p>　　4.4 BP網(wǎng)絡學習過程32</p><p>　　4.5 本章小結34</p><p>　　第五章 專家系統(tǒng)在電力設備故障診斷中的應用35</p><p>　　5.1專家系統(tǒng)概述35</p>&

18、lt;p>　　5.2采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的方法來建立專家數(shù)據(jù)庫35</p><p>　　5.2.1龐大復雜的在線檢測數(shù)據(jù)處理需要建立專家處理系統(tǒng)35</p><p>　　5.2.2專家系統(tǒng)的基本結構36</p><p>　　5.2.3 專家系統(tǒng)中的模糊化應用38</p><p>　　5.2.4基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的電力在線監(jiān)測的專家系統(tǒng)

19、39</p><p>　　5.2.5電力在線檢測專家系統(tǒng)的任務和功能40</p><p>　　5.3 本章小結41</p><p><b>　　第六章 總結43</b></p><p><b>　　致 謝45</b></p><p><b>　　參考

20、文獻46</b></p><p><b>　　附錄48</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　電力設備（electrical equipment）主要包括以發(fā)電設備和供電設備

21、兩大類，發(fā)電設備主要是電站鍋爐、蒸汽輪機、燃氣輪機、水輪機、發(fā)電機、變壓器等等，供電設備主要是各種電壓等級的輸電線路、互感器、接觸器等。</p><p>　　早期電力設備采取的是事后維修的方式，在使用設備直到它發(fā)生故障后進行維修。因此，對于大型設備，發(fā)生突發(fā)性事故將造成巨大損失。其后，發(fā)展為對電力設備進行定期的預防性試驗和維修。電氣設備檢修都是根據(jù)運行規(guī)程、一定的檢修周期進行設備的大修或常規(guī)檢修，以發(fā)現(xiàn)設備潛在缺

22、陷?，F(xiàn)在，定期預防性試驗和維修己在各級電力部門形成制度，對減少和防止事故的發(fā)生起到了很好的作用。但預防性試驗是離線進行的，有很多不足之處:(l)需停電進行試驗，而不少重要電力設備，輕易不能停止運行。(2)停電后設備狀態(tài)(如作用電壓、溫度等)和運行中狀態(tài)不一致，影響判斷準確性。(3)由于是周期性定期檢查，而不是連續(xù)地隨時監(jiān)測，絕緣仍可能在試驗間隔期內(nèi)發(fā)生故障。(4)由于是定期檢查和維修，設備狀態(tài)即使良好時，按計劃也需進行試驗和維修，造成人

23、力物力浪費，甚至可能因拆卸組裝過多而造成對設備的損壞，即過度維修。</p><p>　　但是近些年來由于用電負荷的提高和電力主設備的增多，對電氣設備的可靠性的要求也在提高。對于之前的周期性的離線檢測甚至是事故后的維修已經(jīng)逐漸不能滿足人們的要求，不能滿足當今電網(wǎng)運行的實際情況。所以現(xiàn)在一種新型的電力設備絕緣狀態(tài)的檢測方法正在為大家所熟知，即以在線狀態(tài)檢測和故障診斷維修為基礎的狀態(tài)維修技術。這種方法簡單來說就是當電網(wǎng)

24、內(nèi)的某電氣設備在運行時在線對其進行狀態(tài)診斷和維修。當然我們通過這種技術也能實現(xiàn)對在線設備的實時監(jiān)控。在線檢測維修技術避免了早期預防性實驗和事后維修技術的種種弊端。電網(wǎng)內(nèi)設備的檢測和維護現(xiàn)在正在從過去的預防性維護向預知性維護即狀態(tài)維護的方向發(fā)展。</p><p>　　雖然預防性實驗和事后維護存在著很多弊端，但現(xiàn)階段電氣設備絕緣狀態(tài)檢測和診斷方面還是必不可少的。無論是使用何種方法進行檢測，只要能有效地監(jiān)測設備的狀況都

25、能受到歡迎。總之，在電氣設備的絕緣狀態(tài)的檢測和診斷技術方面，必須推陳出新，不斷實踐才能做到最高效、最經(jīng)濟、最安全地對電氣設備進行絕緣檢測。</p><p>　　本文的研究方向主要圍繞現(xiàn)階段主要的在線檢測方法，對比各種在線檢測方法的優(yōu)缺點以及討論在線檢測今后的發(fā)展趨勢。電力設備的狀態(tài)檢測的目的就是為了及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷，避免事故發(fā)生，同時也為狀態(tài)檢修提供實驗依據(jù)。</p><p>　　1.2國

26、內(nèi)外電氣設備絕緣狀態(tài)檢測的研究現(xiàn)狀</p><p>　　國外，特別是西方國家對電氣設備的狀態(tài)檢測和診斷技術很重視，早在60年代就已經(jīng)提出了在線狀態(tài)檢測這一概念。在20世紀70年代美國杜邦公司首先提出了狀態(tài)檢修(C. B. M. Condition based maintenance)。這是從預防性檢修發(fā)展而來的更高層次的檢修體制，是一種以設備狀態(tài)為基礎、以預測設備狀態(tài)發(fā)展趨勢為依據(jù)的檢修方式。這種方式就是現(xiàn)代在線

27、檢測診斷的雛形。這種檢測方式能對電氣設備及時而有針對性的進行檢測和維護，這不僅能極大提高設備使用率，也大大降低了維護費用，同時能夠很好的排除安全隱患。這是一項技術革新，與之前的預防性實驗相比，其更具有主動性。</p><p>　　歐洲一些工業(yè)國家的電力設備診斷技術研究和開發(fā)都有了進展，而且各具自己地專長、領域和特色。如丹麥B&D公司的聲學與振動檢測和診斷技術，瑞典的AGEMA公司紅外測溫技術，其紅外熱像儀

28、廣泛地用于電力部門帶電部件及輸電線測溫，瑞典SAP儀表公司軸承監(jiān)測技術等。國際大電網(wǎng)會議于1990年發(fā)表了關于電氣設備絕緣診斷技術的綜述性報告，對這一領域截止80年代末的研究成果作了系統(tǒng)的總結。</p><p>　　相比較而言，我國在這方面的研究起步就較晚。我國設備診斷技術的研究開發(fā)是從70年代末期開始的。從80年代開始，國內(nèi)大專院校，科研所等開展了電力設備診斷技術的開發(fā)，研制并取得了一批成果。北京電力科學研究所

29、、清華大學、陡河電廠聯(lián)合開發(fā)了大型汽輪發(fā)電機振動監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，華中理工大學開發(fā)地200MW汽輪發(fā)電機組地壽命管理和故障診斷專家系統(tǒng)，可以診斷各類原因的振動故障;華北電力科學院利用美國ENTEK公司電動機診斷軟件開發(fā)了電動機診斷專家系統(tǒng)，在電廠實測55臺電動機，準確度高;東北電力科學研究院研制成功BZS變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置，武漢高壓研究所研制成功變壓器局部放電診斷裝置，都獲得廣泛運用;紅外線監(jiān)測技術在全國電力系統(tǒng)獲得了廣泛運用。

30、</p><p>　　國內(nèi)外這項技術的發(fā)展和應用實踐證明，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)能實時掌握電氣設備的運行狀況、電氣參數(shù)的特性，減少突發(fā)性故障的發(fā)生，提高設備的安全可靠性和運行效益，降低設備強迫停運率、維修成本和壽命周期費用，延長設備的使用壽命，從而增加電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。但是由于狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術的難度，不論是國內(nèi)還是國外，除個別項目外，大都還不成熟，仍處于研究發(fā)展階段。</p><p&g

31、t;　　1.3電力設備絕緣狀態(tài)檢測診斷技術的發(fā)展</p><p>　　隨著傳感器、計算機、光纖等高新技術以及數(shù)學理論應用，人工智能技術的發(fā)展，為監(jiān)測和診斷提供了進一步發(fā)展的空間。監(jiān)測與診斷過程分為信號檢測、信號處理及其特征提取、狀態(tài)判別與分類、趨勢預測等幾項基本內(nèi)容。在監(jiān)測過程中，狀態(tài)判別主要關心的是設備系統(tǒng)的整體狀況，而在故障診斷中，狀態(tài)分類則是在發(fā)現(xiàn)設備異常后，對故障進行深入的分析，已確定故障發(fā)生的部位、嚴重

32、程度及其原因，為診斷決策提供依據(jù)。</p><p>　　1.3.1現(xiàn)代傳感技術在電力設備監(jiān)測中的應用</p><p>　　現(xiàn)代測試技術是以信號采集、信號傳輸、信號處理為主干，傳感是測量與檢測的第一步。隨著科技的發(fā)展，新的測量傳感技術在電力設備監(jiān)測中有了更為廣泛的應用，由此發(fā)展的光纖傳感技術、噪聲監(jiān)測技術、紅外測溫技術、聲發(fā)射技術，無損探傷技術等拓寬了傳統(tǒng)的電力設備的測量范圍，提高了測量的準

33、確性，使電力設備監(jiān)測與診斷技術得到了重要發(fā)展。例如一種基于單片機的高壓斷路器綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)。通過采用了絕緣泄漏電流傳感器準確測量微安級泄漏電流;直線位移傳感器來監(jiān)測斷路器動觸頭速度和行程:跟蹤性霍爾電流傳感器分合閘線圈回路電流、儲能電機電流及短路電流:實現(xiàn)多參量的綜合監(jiān)測來判斷斷路器的機械性能的系統(tǒng)，全面地了解斷路器的運行狀態(tài)。又如一種利用光纖溫度傳感器來測量真空斷路器觸頭溫度，不僅能夠直接診斷真空斷路器的長期穩(wěn)定溫升，還可以估計觸頭

34、的接觸壓力。根據(jù)監(jiān)測結果進行“狀態(tài)維修”，對提高設備的不停電率和節(jié)省檢修人力、物力有著重要的實際意義。例如一種六氟化硫氣體密度的在線數(shù)字式監(jiān)測裝置，它通過壓力、溫度變送器采集斷路器中SF6氣體壓力值和溫度值，經(jīng)過AID變換送至單片機，通過數(shù)字運算獲得在線監(jiān)測的SF6氣體。</p><p>　　1.3.2信號處理技術在電力設備診斷中的應用</p><p>　　通過信號處理，能夠抑止干擾、保留

35、或增加有用的信號，提煉信號特征，從中獲得與故障相關地征兆，利用征兆進行故障診斷。時域分析、快速傅立葉變換(FFT)頻域分析、小波分析、小波包分析等信號處理提取技術的發(fā)展為進行診斷提供了前提條件。此處對小波分析在電氣設備故障診斷中的應用作了簡要的介紹，利用小波變換的多分辨率性質(zhì)，基于信號和隨機噪聲在小波變換域中不同的模極大值系特征，提取信號和噪聲在多尺度分辨空間中的波形特征，而且根據(jù)表征該特征的小波系數(shù)模極大值傳播特性的不同，來實現(xiàn)對信號

36、波形的有效檢測。小波分析能準確的反映故障發(fā)生的時間、位置等信息，并能對電氣設備進行實時有效的狀監(jiān)視和故障診斷?；谛〔ò淼恼駝有盘柼幚矸椒?，小波包變換能將己知信號按任意時頻分辨率分解到更加精細頻帶，且提高了信號處理的頻率分辨率，小波包正交分解后的信號具有各頻帶信號獨立、能量守衡的特點。小波包分析繼承了小波變換所有的時頻局部化優(yōu)點，能夠為振動信號提供一種更精細的分析方法!它對多分辨分析沒有細分的高頻部分進一步分解，從而高了信號的時頻分

37、辨率，是提取振動信號特征的一種很好的方法?；谛〔ㄗ儞Q的信號奇異性檢測理論，對斷路器合閘</p><p>　　第二章 電氣設備絕緣材料特性</p><p>　　2.1絕緣材料的種類</p><p>　　電力設備由導電材料、導磁材料、結構材料和絕緣材料等組成。在電力設備實際運行過程中，絕緣結構的電氣和機械性能往往決定著整個電力設備的壽命。所以電力設備的絕緣狀態(tài)對電網(wǎng)的

38、安全運行至關重要。電力設備的絕緣材料大致可以分為固體、液體、氣體三大類。如果進一步細分，則固體絕緣可分為注射絕緣和擠出絕緣，液體絕緣可分為絕緣油和纖維紙構成的油浸絕緣，氣體絕緣中采用的絕緣氣體有空氣和SF6等。不同設備，不同電壓等級和不同容量的電力設備應選用不同的絕緣材料，以滿足絕緣要求。</p><p>　　表2-1電氣設備的主要絕緣材料</p><p>　　2.2電氣設備的絕緣缺陷&l

39、t;/p><p>　　電氣設備的絕緣缺陷主要有兩大類:一類是集中性缺陷，指集中于絕緣某個部分或某幾個部分比較嚴重的缺陷。它又可分為貫穿性缺陷和非貫穿性缺陷。這類缺陷發(fā)展的速度最快，因此帶來嚴重后果的可能性也大。但是集中性缺陷比較明顯，因而較容易事先察覺。另一類是分布性缺陷，指整體絕緣性能下降。它是一種普遍性的絕緣劣化，是緩慢演變和發(fā)展的。此類缺陷較難引起足夠的重視，經(jīng)常是由分布性缺陷演化到集中性缺陷，直至產(chǎn)生后果時才

40、被重視起來。及早檢測到絕緣分布式缺陷對絕緣檢測技術提出了更高的要求。絕緣材料的絕緣特性在使用過程中的劣化，有的是可逆的，有的是不可逆的?？赡娴牧踊闆r如受潮等情況，經(jīng)過干燥等針對性的處理后可以恢復到原有特性;而不可逆的劣化則是由其它原因造成絕緣特性不可恢復的情況，這些變化過程又被稱為老化。</p><p>　　表征不同絕緣系統(tǒng)劣化程度有多種不同的特征量。絕緣特征量可以分為兩類：</p><p&

41、gt;　　1、直接表征絕緣剩余壽命的特征量，如耐電強度、機械強度等；</p><p>　　2、間接表征絕緣剩余壽命的特征量，包括絕緣電阻、介質(zhì)損耗角正切、漏電電流、局部放電量、油中氣體含量、油中微水含量等。</p><p>　　絕緣檢測的目的就是檢測出這些特征量，并據(jù)此判斷絕緣狀況的好壞，提前做好設備的維護和更換。直接特征量是通過破壞性試驗方法得到的，如高壓耐壓實驗等，間接特征量可以通過非

42、破壞性試驗方法得到。</p><p>　　此外，對不同老化因子，如電、熱、水等因素作用規(guī)律的研究不斷深入，提出了一些新的特征量，如第二電流激增點、直流分量、超高頻放電頻譜、超聲振動特性等。所以定期對電器設備進行絕緣檢測，可及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，避免事故的發(fā)生。</p><p><b>　　2.3 絕緣老化</b></p><p>　　如上所述，集中

43、性絕緣缺陷相比較明顯，比較容易實現(xiàn)察覺，而分布性缺陷，即老化發(fā)展速度慢，不容易被察覺，極易引起安全隱患。而電力設備的絕緣檢測主要就是針對此類缺陷的。所以在此集中討論絕緣老化的產(chǎn)生原因極其表現(xiàn)形式。</p><p>　　絕緣材料在使用一定的年限以后，絕緣性能都會呈現(xiàn)一定程度的劣化，這被稱為“絕緣老化”。絕緣材料的老化原因是多樣的、復雜的，最具代表性的主有:熱老化、機械老化、電壓老化等。絕緣材料老化的表現(xiàn)主要有絕緣電

44、阻下降、介質(zhì)損耗增大等，對老化的絕緣材料進行顯微觀察，可以發(fā)現(xiàn)樹枝狀結構存在。</p><p><b>　　2.3.1 熱老化</b></p><p>　　熱老化指的是絕緣介質(zhì)的化學結構在熱量的作用下發(fā)生變化，使得絕緣性能下降的現(xiàn)象。熱老化的本質(zhì)是絕緣材料在熱量的影響下發(fā)生了化學變化，所以熱老化也被稱為化學老化。一般情況下，化學反應的速度隨著環(huán)境溫度的升高而加快。用于

45、絕緣的高分子有機材料會在熱的長期作用下發(fā)生熱降解，主要是氧化反應，這種反應也被稱為自氧化游離基連鎖反應，如聚乙烯的氧化反應就是從C-H鍵中H的脫離開始的。</p><p>　　熱老化使得絕緣材料的電氣和機械性能同時產(chǎn)生劣化，絕緣壽命減少，但是最顯著的表現(xiàn)還是材料的伸長率、拉伸強度等機械特性的變化。例如，XLPE材料被認為當拉伸率從初始的400%-600%降低到100%時壽命終止。</p><p

46、>　　一般地區(qū)，大氣的溫度對熱老化的作用不明顯，炎熱高溫的地區(qū)作用相對大些，但不是主要因素，熱老化主要是電力設備自身產(chǎn)生的比較大的熱量所致，如電能損耗、局部放電等引起的較大的溫升。為了防止絕緣材料被氧化，減緩連鎖反應的速度，一般都是采用添加抗氧化劑的方法。聚乙烯的抗氧化劑常使用苯酚系化合物，其主要作用是提供H-，與氧化老化連鎖反應中產(chǎn)生的COO-結合，以阻止連鎖反應繼續(xù)進行。</p><p>　　大量實踐經(jīng)

47、驗的積累表明絕緣材料的熱老化壽命與溫度的關系服從Arrhenius定律，如下式所示。</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　f (T)：表示老化狀態(tài)的物理量;Ea:引起老化所必須的能量;T:熱力學溫度;fc, k:常數(shù)式中Ea, fc和k由材料的特性決定。由上式可以看出T越高，對材料的絕緣要求也越高，相同絕緣材料的使用壽命成指數(shù)下降。&l

48、t;/p><p><b>　　2.3.2機械老化</b></p><p>　　機械老化是固體絕緣系統(tǒng)在生產(chǎn)、安裝、運行過程中受到各種機械應力的作用發(fā)生的老化。這種老化主要是絕緣材料在機械應力作用下產(chǎn)生微觀的缺陷，這些微小的缺陷隨著時間的流逝和機械應力的持續(xù)作用慢慢惡化，形成微小裂縫并逐漸擴大，直至引起局部放電等破壞絕緣的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也被稱為“電-機械擊穿”。</p

49、><p><b>　　2.3.3電老化</b></p><p>　　電老化指的是在電場長期作用下，電力設備絕緣系統(tǒng)中發(fā)生的老化。電老化機理很復雜，它包含因為絕緣擊穿產(chǎn)生的放電引起的一系列物理和化學效應。</p><p>　　一般可以用絕緣材料的本征擊穿場強表示絕緣材料耐強電場的性能。各種高分子材料的本征擊穿場強都在MV/cm的數(shù)量級。但是，實際所以

50、中絕緣材料的絕緣擊穿強度比本征擊穿強度要小很多。這其中的原因是多種的，比如厚度效應、雜質(zhì)的混入、制造時產(chǎn)生的氣孔、材料的不均勻形成的凸起產(chǎn)生的電極效應等等?？傊?，本征擊穿強度表征的是理想情況下材料的擊穿場強。</p><p>　　固體絕緣材料的絕緣擊穿機理主要有以下兩種理論：</p><p>　　(1)達到一定電場時，電子數(shù)量急劇增加，使得絕緣材料遭到擊穿破壞，由于擊穿破壞的主要原因是電子

51、，因此稱為“電擊穿”；</p><p>　　(2)在絕緣體上加上電壓后，有微電流通過，由這一電流產(chǎn)生的焦耳熱導致材料擊穿破壞，這被稱為“熱擊穿”。</p><p>　　此外，還有上文提到的“電-機械擊穿”即機械老化，也是原因之一。</p><p>　　和熱老化壽命類似，絕緣材料的電老化壽命t與電場強度E的關系滿足“n次方法則”，如式（2-2）所示：</p>

52、;<p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　n值的大小因為材料不同、材料中的缺陷不同等因素而不同。n越大，老化速度越緩慢，絕緣在額定工作電壓下的壽命越長;反之，絕緣在額定工作電壓下的壽命越短。在不同電場強度下，試驗絕緣擊穿的時間，依據(jù)式（2-2），作出log(t)和log(E)的關系曲線可以近似估計絕緣在額定工作電壓下的壽命。</p><p

53、>　　當然絕緣老化是電場、熱、機械力、環(huán)境(水分、陽光等)等眾多因素綜合作用的結果，是一個非常復雜的過程，在推算絕緣材料使用壽命時應該盡量綜合以上因素考慮。</p><p><b>　　2.3.4電樹枝</b></p><p>　　研究發(fā)現(xiàn)，在固體絕緣材料的高壓擊穿試驗后，可以觀察到類似樹枝或者樹根一樣的擊穿痕跡。在高電壓工程學上，這種樹枝狀的絕緣擊穿部分稱為“

54、樹枝(tree) ”，其發(fā)生、發(fā)展的現(xiàn)象叫做“樹枝形成”。這種樹枝是由電場的作用導致?lián)舸┧拢杂直环Q為“電樹枝”。</p><p>　　電樹枝產(chǎn)生的原因和電老化的原因一樣有多種理論，但是尚無定論。其中有本征破壞說、離子碰撞說、龜裂發(fā)生說以及機械破壞說等等?，F(xiàn)在實驗室制造電樹枝的方法是通過在插入絕緣材料內(nèi)部的細針施加高壓，這在一定程度上說明電樹枝的形成和絕緣材料不均勻引起的電極效應有關。</p>

55、<p>　　電樹枝形成后會不斷發(fā)展，直至形成直徑數(shù)微米到數(shù)百微米的細小中空管，這是引起絕緣局部放電的原因之一。</p><p><b>　　2.3.5水樹枝</b></p><p>　　橡皮、塑料電纜等浸水后施加電壓作長期試驗時，與不加電壓只浸水的情況相比較其絕緣介質(zhì)特性要低。這一現(xiàn)象被稱為“浸水課電現(xiàn)象”。對產(chǎn)生“浸水課電現(xiàn)象”的絕緣材料進行顯微觀察，發(fā)現(xiàn)

56、有和電樹枝相似的樹枝狀結構的存在，因為這種樹枝結構和水有關，并且是在低電場強度、長時間作用下形成的，為與電樹枝區(qū)別，稱之為水樹枝。水樹枝在充滿水的狀態(tài)下看起來是白色的，但是干燥后就不易觀察到。水樹枝多見十結晶性材料如聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯，而在無定型材料的PVC、丁基橡膠等聚合物中少有發(fā)現(xiàn)。此外，水樹枝在直流電壓的作用下較難產(chǎn)生，但是在交流電壓作用下較易產(chǎn)生，高頻電壓也能促使水樹枝的產(chǎn)生。</p><p>　　在顯微

57、觀察下發(fā)現(xiàn)水樹枝的結構和電樹枝還是存在一定差別的。水樹枝一般為直徑0. 1~1微米的微小氣泡的集合，它們之間由直徑為0. 05微米的微小導管相連，這些微氣泡和微導管中有水的存在。</p><p>　　樹枝的發(fā)生一般需要二個條件：水、起點、電場，這為防止水樹枝的產(chǎn)生提供了指導。首先，對于鋪設在地面以下的電力電纜，要盡量避免與水直接接觸。但是，完全和水隔離是比較難做到的。其次，消除絕緣材料中的微隙、雜質(zhì)、凸起等作為水

58、樹枝產(chǎn)生的起點的部分，這是最現(xiàn)實有效的方法。</p><p><b>　　2.3.6化學樹枝</b></p><p>　　在電纜絕緣介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的樹枝狀結構還有一種為化學樹枝?；瘜W樹枝主要是由于硫化物從電纜外圍穿透絕緣層并與銅導體發(fā)生反應形成硫化銅，硫化銅滲透到聚乙烯電纜的缺陷部位，形成樹枝狀的結晶?；瘜W樹枝呈現(xiàn)為黑色或者紅褐色的連續(xù)結構，在無電場的作用下也會發(fā)生。&l

59、t;/p><p>　　化學樹枝經(jīng)總結有以下幾個特點：（1）電化學樹枝的演變很慢，一般要幾年之久；（2）樹枝沿電場方向發(fā)展，形狀各異，當樹枝發(fā)生在絕緣和屏蔽接觸有缺陷的部位時，形如藻類、草地或羽毛狀；當發(fā)生在絕緣內(nèi)部有缺陷的部位時，形如蝴蝶結或羽毛狀；（3）各類雜質(zhì)和缺陷的存在是電化學樹枝的發(fā)源地；（4）電化學樹枝的成長與潮氣對電纜的腐蝕相一致；（5）有電化學樹枝的電纜并未發(fā)現(xiàn)局部放電的增加；（6）電化學樹枝具有顏色，

60、一般多為棕褐色；（7）可以在比電樹枝低得多的場強下發(fā)生；（8）必要的條件是孔中要有硫等化學成分的溶液存在；（9）電化學樹枝一般需要形成并發(fā)電樹枝通道而擊穿絕緣。</p><p>　　總之，樹枝狀結構是絕緣老化、劣化后最常觀察到的現(xiàn)象，它們的產(chǎn)生和生長是引起絕緣老化、劣化的最基本、直接的因素。研究各種樹枝產(chǎn)生、生長的機理和它們對絕緣的影響對于尋找防止絕緣材料老化和檢測絕緣老化程度的方法是非常有意義的。</p&

61、gt;<p>　　絕緣介質(zhì)在電場作用下，除了會出現(xiàn)電老化、水樹枝、擊穿等老化現(xiàn)象外，還呈現(xiàn)出極化、電導、損耗等其它重要特性。</p><p>　　2.4電氣設備絕緣參數(shù)</p><p>　　傳統(tǒng)的基本絕緣測試項目主要包括絕緣電阻、直流泄漏電流、電容和損耗因數(shù)、局部放電、直流耐壓和交流耐壓實驗。從上述實驗項目所測量的相關參數(shù)我們可以得知電氣設備的一些主要的絕緣參數(shù)，這也是我們判

62、斷其絕緣性能的一個重要指標。</p><p><b>　　2.4.1絕緣電阻</b></p><p>　　絕緣電阻是施加于絕緣體上兩個導體之間的直流電壓與流過絕緣體的泄漏電流之比，即</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中R是絕緣電阻，U是直流電壓，I是泄漏電流。&

63、lt;/p><p>　　一個絕緣體的絕緣電阻由兩部分組成，即體積電阻與表面電阻。體積電阻是實施加的直流電壓與通過絕緣體內(nèi)部的電流之比；表面電阻是施加的直流電壓與通過絕緣體表面的電流之比。絕緣電阻是由體積電阻與表面電阻并聯(lián)組成的。</p><p>　　影響絕緣電阻的主要因素有：</p><p>　?。?）溫度 在絕緣材料中，導體主要是靠離子遷移，溫度升高時離子容易擺脫周圍

64、分子的束縛而產(chǎn)生位移，從而使體積電阻率呈指數(shù)式下降。</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中：n是離子濃度；f是離子震動頻率；q是離子所帶電荷量；α是離子每次遷移的距離；A是離子遷移活化能；T是熱力學溫度；K是玻爾茲曼常數(shù)。</p><p>　?。?）濕度 水的電導比絕緣材料的電導大得多，特別是水中含有雜質(zhì)時。

65、同時水的介電常數(shù)大，它能降低離子的電離能，因此絕緣材料在吸濕后，電阻率要明顯下降。電氣設備在超市的環(huán)境中停放后，在重新投入運行前，必須先測其電阻，若下降很多，就要烘干后再投入運行。</p><p>　?。?）電場強度 在電場強度不高時，電阻率幾乎與電場強度無關。但當電場強度很高時，電子電導起明顯作用，這是電導隨電場強度增高而明顯增加。如隨電場強度E所增加的aqE大于KT時，絕緣材料的電導率將隨E2而增大。<

66、/p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　另外，當電壓升高時，絕緣體中的某些缺陷，如裂紋或氣泡，則可能產(chǎn)生放電，這是絕緣電阻也會有所下降。</p><p>　　（4）輻照的影響 許多有機材料在強光后X射線，γ射線等輻照下，會產(chǎn)生各種光電流，而使絕緣電阻率明顯下降3~4個數(shù)量級。在輻照停止后相當長的時間內(nèi)，這種效應依然存在。&

67、lt;/p><p><b>　　2.4.2局部放電</b></p><p>　　在電氣設備絕緣系統(tǒng)中，各部位的電場強度往往是不相等的，當局部區(qū)域的電場強度打到該區(qū)域介質(zhì)的擊穿場強時，該區(qū)域就會出現(xiàn)放電，但這放電并沒有貫穿施加電壓的兩導體之間，即整個絕緣系統(tǒng)并沒有擊穿，仍然保持絕緣性能，這種現(xiàn)象就是局部放電。</p><p>　　局部放電會逐漸腐蝕，

68、損壞材料，使放電區(qū)域不斷擴大，最終導致整個絕緣體的擊穿。所以，一般的電氣設備不僅在出廠前要進行局部放電實驗，而且在投入運行后還要經(jīng)常進行例行測量。局部放電是一種復雜的物理過程，有電，聲，光，熱等效應，還會產(chǎn)生各種生成物。電氣設備中的最基本的三種局放形式包括：（1）介質(zhì)內(nèi)部的局部放電;(2)表面局部放電；（3）電暈放電。此外，在設備中也可能出現(xiàn)導體聯(lián)結不好而產(chǎn)生的接觸不良的放電，以及金屬體沒有點的聯(lián)結，成為一個浮動電位體而產(chǎn)生的感應放電等

69、。</p><p>　　局部放電的表征參數(shù)：</p><p>　?。?）基本表征參數(shù)：視在放電電荷，放電能量，放電相位；</p><p>　　（2）累計表征參數(shù)：放電重復頻率，平均放電電流，放電功率；</p><p>　?。?）起始放電和熄滅電壓：起始放電電壓，熄滅電壓。</p><p>　　局部放電的各表征參數(shù)和很多

70、因素有關，主要有：</p><p>　?。?）電壓幅值；（2）電壓波形和頻率；（3）電壓作用時間；（4）溫度；（5）濕度；（6）大氣壓力等。</p><p><b>　　2.4.3 漏電流</b></p><p>　　絕緣電阻的線路中，各開關，部件，式樣支架等本身的絕緣電阻都不是無限大的，它們中都存在著微小的漏電流。漏電不但決定于測試裝置，而且

71、與環(huán)境條件，氣候條件都有關。</p><p>　　電氣設備在運行電壓下，總有一定的漏電流通過絕緣體打到低電位處或流入大地。只要這種電流不超過一定的數(shù)值，電氣設備的使用仍然是安全的。但是當電氣設備中的絕緣材料老化，電氣設備受潮或存在故障時，這種漏電流將會明顯增大，它會造成火災，觸電或損壞設備等漏電事故。在安全技術規(guī)程中已規(guī)定一定要安裝漏電斷路器，它可以檢出電路或用電設備上發(fā)生的漏電現(xiàn)象而自動切斷電路。</p&

72、gt;<p>　　絕緣電阻的測量，實質(zhì)上都是測量通過式樣的泄漏電流。由于一般電網(wǎng)內(nèi)運行的電氣設備通過的電壓都很高，泄漏電流相對較大，就不需要很靈敏的測試儀器，一般用微安表或毫安表就能滿足靈敏度的要求。同時電壓高才能暴露出某些絕緣缺陷或受潮，老化等。因此，電氣設備經(jīng)常要在直流高壓下測量泄漏電流。</p><p>　　2.4.4 相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)</p><p>　　相

73、對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)是電介質(zhì)和絕緣體的兩個主要特征，同時也是電氣設備絕緣檢測中的重要參數(shù)。在一般的電氣設備中，都要求損耗因數(shù)小，因為損耗因數(shù)大，不但小號浪費電能，而且使介質(zhì)發(fā)熱，容易造成老化或損壞，在工作電場強度高，電壓頻率高的工作條件下尤為突出。對絕緣材料的介質(zhì)損耗因數(shù)和相對介電常數(shù)進行測量，可以檢測評定設備原件性能，同時也能判斷絕緣系統(tǒng)中的含濕量，老化程度等。</p><p>　?。?）相對介電常數(shù) &l

74、t;/p><p>　　相對介電常數(shù)εr是在同一電極結構中，電極周圍充滿介質(zhì)是的電容Cx與周圍是真空時的電容C0之比，即</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　若電極為平行板電極，則</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　

75、式中：A為電極面積；t為電極間距離；ε0為真空介電常數(shù)，8.854*10-12（F/m）</p><p>　　在標準大氣壓下，干燥空氣的相對介電常數(shù)為1.00053，因此工程上可以用空氣電容代替真空電容C0。</p><p>　　最終可以得到以下公式</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　由

76、此可見相對介電常數(shù)實際上是測量電容及電極，式樣有關的尺寸。</p><p><b>　?。?）介質(zhì)損耗因數(shù)</b></p><p>　　介質(zhì)損耗因數(shù)是式樣在實加電壓時所消耗的有功功率與無功功率的比值，用電路的概念來描述，可以把有介質(zhì)損耗的絕緣體看成是電容和電阻并聯(lián)或串聯(lián)的等效阻抗。</p><p><b>　　對于并聯(lián)等效阻抗<

77、/b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　對于串聯(lián)等效阻抗</b></p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　實際上介質(zhì)損耗是很微小的，一般不能用普通的功率表來測損耗因數(shù)，而是把試品視為上述的等效阻抗，

78、測得結果以求的試品的損耗因數(shù)。</p><p>　?。?）影響相對介電常數(shù)與介質(zhì)損耗因數(shù)的因素</p><p><b>　?、匐妷悍?lt;/b></p><p>　　一般情況下，相對介電常數(shù)及損耗因數(shù)與施加的電壓幅值無關。若是夾層極化，在高場強下將會使相對介電常數(shù)和損耗因數(shù)增大；若在絕緣體中有氣泡，在電壓超過起始放電電壓后，測得的相對介電常數(shù)及損

79、耗因數(shù)都會增大。</p><p><b>　　②頻率</b></p><p>　　各種極化過程都需要一定時間，若這實踐比交變電場的周期長很多時，這種極化就來不及完成，相對介電常數(shù)就變小，頻率低時，各種極化都存在，所以ε就大，而頻率高時，夾層極化，偶極子極化可能來不及完成，只剩下電子極化，原子極化，所以ε就小了。</p><p>　　損耗因數(shù)主要

80、是由偶極子極化，夾層極化造成的，當頻率很高時，這些極化不存在，當然也就沒有由它產(chǎn)生的損耗。但是頻率很低，交變電場的周期比該極化過程所需的時間長得多時，極化完全跟得上電場變化而沒有滯后現(xiàn)象，極化形成的電容電流與外加電壓的相位差為90°，這是也不會產(chǎn)生損耗，只有在該極化有之后現(xiàn)象時才會出現(xiàn)介質(zhì)損耗，所以在ε有變化時，介質(zhì)損耗因數(shù)出現(xiàn)最大值。</p><p><b>　　③溫度</b>&

81、lt;/p><p>　　溫度升高會使分子間的束縛力減小，極化容易形成，因而介電常數(shù)增大；但當溫度很高時，物質(zhì)密度降低，而且分子的熱運動加劇，從而使極化強度降低。</p><p>　　在溫度較低時，損耗因數(shù)也是在介電常數(shù)變化時出現(xiàn)最大值，而在溫度很高時，由于電導產(chǎn)生的介質(zhì)損耗占主要地位，介質(zhì)損耗就和電導一樣隨溫度上升而指數(shù)式增長。</p><p><b>　?、?/p>

82、濕度</b></p><p>　　水的相對介電常數(shù)很大（ε=81），同時水分滲入會起增塑作用，是的極化更容易形成。使得介電常數(shù)明顯增大，再加上水的電導也比較大，損耗因數(shù)也明顯增大。</p><p><b>　　2.5 本章小結</b></p><p>　　本章的主要內(nèi)容是介紹了電氣設備絕緣材料的主要種類，分析了絕緣材料的劣化的成因、

83、影響因素以及劣化對絕緣材料的影響。最后，列出了幾種判斷絕緣材料絕緣狀態(tài)良好與否的測量參數(shù)，主要包括絕緣電阻、局部放電測量、漏電流、相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)。對這幾項參數(shù)的原理、測量方法以及影響因素進行了介紹。</p><p>　　第三章 在線檢測和狀態(tài)維修技術</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　電力系統(tǒng)要可

84、靠運行，除了要求網(wǎng)絡結構合理、潮流分布合理及備用外，還要求包括高壓設備在內(nèi)的各組成部分具有很高的可靠性。電力設備的可靠性在很大程度上取決于其絕緣性能。大型電力變壓器事故中，絕緣事故占80%以上。長期以來為防止事故的發(fā)生，對電力系統(tǒng)中運行著的設備一直堅持定期進行絕緣預防性試驗的制度，這對保證設備在電力系統(tǒng)中安全可靠地運行，防止事故的發(fā)生起到了很好的作用。</p><p>　　但是，傳統(tǒng)的常規(guī)試驗間隔時間長，因此不易

85、及時發(fā)現(xiàn)設備絕緣缺陷，且停電試驗還要造成一定的經(jīng)濟損失。加上隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，變電站越來越多，變電設備臺數(shù)急劇增加，許多單位已無法根據(jù)規(guī)程按時完成預防性試驗任務，因而不得不加大預防性試驗的時間間隔。這就造成往往無法及時發(fā)現(xiàn)設備絕緣缺陷。預防性試驗方法有以下缺點：</p><p>　?。?）需要設備退出運行狀態(tài)，降低了系統(tǒng)供電效率；</p><p>　　（2）進行試驗時必須設置臨時試驗

86、線路，費工費時；</p><p>　?。?）試驗電壓常常遠低于實際運行電壓，所測結果不是系統(tǒng)運行狀態(tài)下設備的真正絕緣狀況；</p><p>　?。?）試驗間隔過長而且集中，難以及時有效地掌握電力設備絕緣性能發(fā)展狀況。導致電力設備絕緣事故常有發(fā)生，而事故之前停電試驗的結果卻往往正常；</p><p>　?。?）預防性試驗受運行條件、現(xiàn)場環(huán)境及溫度影響較大，為測得準確結

87、果和便于縱向比較，一般換算至相對濕度65 % ,溫度20℃進行比較，且要求長期保存資料做縱向分析，以判斷絕緣發(fā)展趨勢。操作不夠靈活、方便、直觀、準確。</p><p>　　因此，對電力設備絕緣進行帶電檢測和在線監(jiān)測勢在必行。帶電檢測即是在工作電壓下對電力設備進行絕緣試驗;在線監(jiān)測則是在設備運行中，隨時監(jiān)測絕緣狀況，并把計算機引入測量系統(tǒng)，對測量過程實現(xiàn)自動化，對數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)智能化。同時，現(xiàn)代技術的飛速發(fā)展，特別是

88、電子、計算機和各種傳感新技術，也為開展電力設備絕緣的帶電檢測和在線監(jiān)測提供了有利條件。</p><p>　　絕緣的劣化、缺陷的發(fā)展，雖然具有統(tǒng)計性，發(fā)展速度也有快有慢，但大多數(shù)都有一定的發(fā)展期。在這期間，會發(fā)出反映絕緣狀態(tài)變化的各種物理化學信息。對電力設備進行在線監(jiān)測，可以及時和大量地取得各種即使是很微弱的信息，對這些信息進行處理和綜合，就可以對設備絕緣的可靠性做出判斷和對絕緣壽命做出預測，必要時還可提供預警或規(guī)

89、定的操作。這樣既可避免絕緣缺陷的擴大導致事故，也可避免盲目停電進行預防性試驗。</p><p>　　對電力設備絕緣進行帶電檢測，可以縮短檢測周期，提高及時發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的概率，從而降低絕緣事故率，這一點在電力設備投入運行的初期和老化期尤其重要。對電力設備絕緣進行在線監(jiān)測，則可以進一步實現(xiàn)對絕緣的在線診斷，從而使電力系統(tǒng)從預防性維修階段過渡到預知性維修階段。目前，全國各省、市、自治區(qū)的電力部門大都開展了在線監(jiān)測技術的

90、研究與應用，并在電力系統(tǒng)的故障</p><p>　　診斷上取得了良好的效果。</p><p>　　3.2 在線檢測狀態(tài)維修綜述</p><p>　　20實際70年代以來，隨著世界上裝機容量的迅速增長，對供電可靠性的要求越來越高?？紤]到原有預防性維修體系的局限性，為降低停電和維修費用，提出預知性維修這一新概念。其具體內(nèi)容是對運行中電氣設備的絕緣狀況進行連續(xù)的在線檢測，

91、隨時獲得能反映絕緣狀態(tài)變化的信息。在進行分析處理后，對設備的絕緣狀況做出診斷，并根據(jù)診斷的結論安排必要的維修，也即做到有的放矢的進行維修。</p><p>　　在線檢測系統(tǒng)是狀態(tài)維修的基礎和根據(jù)。當然，為設備建立一套在線檢測系統(tǒng)也需要投資，故對某電氣設備是否要建立在線檢測系統(tǒng)，應該進行經(jīng)濟核算，根據(jù)其經(jīng)濟效益來確定。</p><p>　　建立一套在線檢測系統(tǒng)需要的投資和設備本身的價值有關。

92、英國人P.J.達富勒認為，對一般工業(yè)部門而言，電氣設備的檢測系統(tǒng)約為設備費用的5%。美國MIT認為。對于單臺價值100萬美元的大型變壓器，建立一套完整的檢測和診斷系統(tǒng)需要8萬美元，并且該系統(tǒng)的經(jīng)濟效益將超過200萬美元。在我國，仍以一套三相500kV，360MV·A變壓器為例。其價值在2000萬元左右，為其建立一臺檢測系統(tǒng)，投資不會超過設備價值的5%。何況一套在線檢測系統(tǒng)，除傳感器等部分單元外，可巡回檢測多臺電氣設備，這樣投資

93、的實際比例還會降低。</p><p>　　在線檢測和狀態(tài)維修帶來額經(jīng)濟效益是十分顯著的。例如，據(jù)美國某發(fā)電廠統(tǒng)計，運用狀態(tài)維修體系后，每年可獲利125萬美元。英國中央發(fā)電局的統(tǒng)計表明，利用氣相色譜分析對充油電氣設備進行診斷，使變壓器的年維修費用從1000萬英鎊減少為200萬英鎊。日本資料介紹，檢測和診斷技術的應用，使每年維修費用減少25%~50%。故障停機實驗減少75%。</p><p>

94、　　有資料報道，若以1000MW的火電或核電機組的電廠為例，應用檢測和診斷技術，使設備可用率提高1%，則每年可增收電費約為400萬美元。我國有人針對電容性電氣設備，采用在線檢測后的經(jīng)濟效益作以下估計。以全國售電量為6000億kW/h為例，若每座110kV及以上變電站用于電容性設備（包括電容型套管，耦合電容器，電容式電壓互感器，電流互感器等）的停機維修實踐為10天，則每年將減少送電量164億kW/h。當運用在線檢測技術后，可減少不必要的停

95、電，若減少其中的10%，則可多送點16.4億kW/h,直接效益為6.65億元，間接效益為65.6億元。</p><p>　　美國是最早開發(fā)在線檢測和診斷技術的國家，始于20實世紀60年代。近幾十年來這項技術發(fā)展迅速。20世紀60年代初，美國已經(jīng)使用可燃性氣體總量檢測裝置，來測定變壓器油柜面上的自由氣體，以判斷變壓器的絕緣狀態(tài)。但在潛伏性故障階段，分解氣體大部分溶于油中，故這種裝置對潛伏性故障無能為力。</p

96、><p>　　針對這以局限性，日本等國研究使用氣相色譜儀，在分析自由氣體的同時，分析油中溶解氣體，這有利于發(fā)現(xiàn)早期故障。其缺點是要取油樣，需要在實驗室進行分析，試驗時間長，故不能在線連續(xù)檢測。20世紀70年代中期，能使油中氣體分離的高分子塑料滲透膜的發(fā)明和應用，解決了在線連續(xù)檢測的問題。加拿大在1975年研制成功了油中氣體分析的在線檢測裝置，隨之由Syprotec公司開發(fā)為正式產(chǎn)品，稱為變壓器早期故障監(jiān)測器。<

97、/p><p>　　氣相色譜分析技術日趨成熟，并為長期的實踐所證明，是一種行之有效的檢測和診斷技術，目前已廣泛應用與各種充油電氣設備的檢測。其局限性是氣體的生成有一個發(fā)展過程，故對突發(fā)性故障不靈敏，這就要借助與局部放電監(jiān)測。</p><p>　　局部放電的在線監(jiān)測難度較大，數(shù)十年來，它的發(fā)展一直受到限制。傳感器技術、信號處理技術、電子和光電技術、計算機技術的發(fā)展，提高了局部放電在線監(jiān)測的靈敏度和

98、抗干擾水平。例如，近20年來，由于壓電原件靈敏度的提高和低噪聲集成放大器的應用，大大提高了超聲傳感器的信噪比和檢測靈敏度，使其工藝廣泛應用于局部放電的在線監(jiān)測。</p><p>　　到了20世紀80年代，局部放電的監(jiān)測技術已有較大發(fā)展。加拿大安大略水電局研制了用于發(fā)電機的局部放電分析儀（PDA），并以成功的用于加拿大等國的水輪機發(fā)電機上。</p><p>　　日本的在線檢測技術起步并發(fā)展與

99、20世紀70年代。1975年起，由基礎研究進入開發(fā)研究階段，并廣泛運用。20世紀70年代末以來，日本先后研制了油中H2、三組分氣體（C2H6C2、CO、CH4）和六組分氣體（H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6）的油中氣體檢測裝置。日本東京電力公司于20世紀80年代研制了變壓器局部放電自動監(jiān)測儀，用光纖傳輸信號，采用聲、電聯(lián)合監(jiān)測抑制干擾，并可對放電源進行故障點定位。</p><p>　　從以上世界先

100、進的技術發(fā)展來看，目前多數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的功能還比較單一。所以今后在線檢測技術的發(fā)展趨勢應是：</p><p>　?。?）多功能多參數(shù)的綜合檢測和診斷，即同時檢測能反映某電氣設備狀態(tài)的多個特征參數(shù)，類似加拿大的AIM系統(tǒng)；</p><p>　　（2）對電站或變電所的整個電氣設備實行集中檢測和診斷，形成一套完整的分布式在線檢測系統(tǒng)；</p><p>　?。?）不斷提高檢測系

101、統(tǒng)的可靠性和靈敏度；</p><p>　　（4）在不斷幾類檢測數(shù)據(jù)和診斷經(jīng)驗的基礎上，發(fā)展人工智能技術，建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)，實現(xiàn)診斷的自動化。另一方面，我們對在線檢測系統(tǒng)的技術要求可以總結為：</p><p>　?。?）系統(tǒng)的投入和使用不應該改變和影響一次電氣設備的正常運行；</p><p>　?。?）能自動地連續(xù)進行檢測、數(shù)據(jù)處理和儲存；</p>

102、;<p>　?。?）具有自檢和報警功能；</p><p>　?。?）具有較好的抗干擾能力和合理的監(jiān)測靈敏度；</p><p>　　（5）監(jiān)測結果應有良好的可靠性和重復性，以及合理的準確度；</p><p>　?。?）具有在線標定其檢測靈敏度的功能；</p><p>　?。?）具有對電氣設備故障的診斷功能，包括故障定位、故障性質(zhì)、

103、故障程度的判斷和絕緣壽命的預測等。</p><p>　　3.3 在線檢測和故障診斷系統(tǒng)的結構</p><p>　　3.3.1系統(tǒng)的組成</p><p>　　在線檢測和故障診斷系統(tǒng)主要是對被測物理量進行監(jiān)測、調(diào)理、變換、傳輸、處理、顯示、記錄等由多個緩解組成的完整的系統(tǒng)。無論系統(tǒng)是何種類型，其都應該包括以下基本單元。</p><p><b

104、>　?。?）信號的變送</b></p><p>　　一般由相應的傳感器來完成，它從電氣設備上監(jiān)測出那些反映設備狀態(tài)的物理量，例如電流、電壓、溫度、壓力、氣體成分等，并將其轉換為合適的電信號傳送到后續(xù)單元。它對監(jiān)測信號起著觀察和讀數(shù)的作用。</p><p><b>　?。?）信號的處理</b></p><p>　　其功能是對傳感

105、器變送來的信號進行適當?shù)念A處理，將信號幅度調(diào)整到合適的電平；對混合的干擾采用濾波器、極性鑒別器等硬件電路進行抑制，以提高系統(tǒng)的信噪比。</p><p><b>　　（3）數(shù)據(jù)采集</b></p><p>　　對經(jīng)過預處理的信號進行采集、A/D轉換和記錄。</p><p><b>　?。?）信號的傳輸</b></p&g

106、t;<p>　　將采集到的信號傳送到后續(xù)單元。對固定式監(jiān)測系統(tǒng)，因數(shù)據(jù)處理單元遠離現(xiàn)場，故需配置專門的信號傳輸單元。對便攜式監(jiān)測裝置，只需要對信號進行適當?shù)淖儞Q和隔離。</p><p><b>　　（5）數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　對所采集的數(shù)據(jù)進行處理和分析，例如，對獲取的數(shù)字信息左時域和頻譜分析，利用軟件濾波、平均處理等技術，對信號作進一步

107、的處理，以提高信噪比。獲取反映設備狀態(tài)的特征值，為診斷提供有效的數(shù)據(jù)和信息。</p><p><b>　　（6）診斷</b></p><p>　　對處理后的數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)、判據(jù)及其他信息進行比較、分析后，對設備的狀態(tài)或故障部位做出診斷。必要時要采取進一步措施，例如安排維修計劃、是否需要推出運行等。</p><p><b>　　3.3.

108、2系統(tǒng)分類</b></p><p>　　監(jiān)測系統(tǒng)按其使用場所分為便攜式和固定式。</p><p><b>　?。?）便攜式</b></p><p>　　整個系統(tǒng)構成比較簡單，便于攜帶，可以在不同地點進行監(jiān)測，常用數(shù)字儀表或示波器顯示監(jiān)測結果，也可以配備便攜式或筆記本式微機進行數(shù)據(jù)處理、顯示、儲存和診斷。由于屬于通用性裝置，故其針對性

109、較差，抗干擾水平和靈敏度不會很高，且一般不可能連續(xù)監(jiān)測。它只能用于在線監(jiān)測。</p><p><b>　?。?）固定式</b></p><p>　　針對某處或某種設備，配備有針對性的專用監(jiān)測系統(tǒng)，固定安裝在某處設備商。其抗干擾能力和監(jiān)測靈敏度比通用性系統(tǒng)要高，可對設備實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，功能強，成本高，適合于重要場所、重大設備的監(jiān)測。</p><p>

110、;　　按監(jiān)測功能可分為單參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)和多參數(shù)綜合性診斷系統(tǒng)。</p><p>　　（1）單參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)</p><p>　　選擇某類或某個能反映絕緣狀態(tài)的物理量進行監(jiān)測，例如局部放電量、介質(zhì)損耗角正切等。其監(jiān)測功能比較單一，是現(xiàn)在廣泛使用的機型。</p><p>　　（2）多參數(shù)綜合性監(jiān)測系統(tǒng)</p><p>　　可以監(jiān)測能反映設備狀態(tài)的各類