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1、电器测试与故障诊断技术,The electric appliances test technique,目 录,第一章 绪论 第二章 电器的测量基础 第三章 电器中基本电磁量的测量方法 第四章 电器的非电量测量 第五章 高压电器性能试验 第六章 低压开关电器性能试验 第七章 绝缘试验 第八章 电器设备维修技术 第九章 高压电器的监测与诊断 第十章 低压电器的监测与诊断,电器测试与故障诊断技术,第一章 概 述,课程特点 电网的改造及其对电器的要求 电器测试及故障诊断的意义 本书主要内容 上课要求 作业,课程特点,电器测试技术是一门专门的科学技术，它涉及到标准要求、测试方法、测试仪器和设备等许多方面
2、，尤其是对高压大容量电器的性能试验，难度大费用高，如何在保证产品符合考核的严格要求条件下，试验的次数最少，是电器测试技术的重要研究课题之一。因此，电器产品、设备测试基地的建设和测试技术的研究历来受到世界各国重视。 另一方面，随着电器产品自动化和智能化程度的提高，产品结构就越来越复杂，因而其故障率会相应上升，即使可靠性高的电器设备在使用中也会发生故障，直接影响整个系统的安全性和经济性。因此，研究故障诊断技术及其处理方法的必要性，在现代电器事业中已经凸现出来。显然，故障诊断技术是以测试技术为基础的，因此将两者结合在一起是合乎事物发展规律的，这也是本课程的一个重要特点。,电器测试与故障诊断是保证电器
3、设备安全运行的两项关键技术，该课程首次将两项技术结合讲授，使学生在学习过程中不但掌握现代电器测试技术，同时也了解如何在试验或运行中发现电器试品中的缺陷，并能及时排除故障。反映了电器设备的内在联系和本专业特有的思维方法； 教材展示现代电器产品试验的主要特点，为电气工程专业的学生把握电器测试发展趋势提供有益的参考；,结合目前电器测试技术的发展，提供最新的电器测试方法和原理； 充实了开关电器中机械故障诊断的新知识，为电器试验中机械故障的发现、排除和电器维修提供参考； 新增了开关电器中电气故障诊断的内容，包括电器局部放电故障诊断、电器绝缘性能故障诊断、电器温升故障诊断等内容； 该课程选用的教材较全面地
4、反映了本学科国内外研究和教学的先进成果，能完整地表达本课程应包含的知识，注重理论联系实际，有利于电气工程类专业本科生更好地掌握专业知识。,电网的改造及其对电器的要求,1.1.1 概况 2003年总装机容量3.84亿kW，年发电量19067亿kWh，其中火力发电占74.4%，水力发电占24%，核电占1.6%。 2005年总装机容量已达5.08亿kW，年发电量24747亿kWh，其中火力发电占75.6%，水力发电占22.9，核电占1.35%。 20102015年全国总装机容量将达到6亿kW9.5亿kW，年发电量将达到2.8万亿kWh4.3万亿kWh。 但我国人均装机容量只有0.25kW，世界人均为
5、0.6kW；我国人均年用电量只有1093kWh，世界人均为2400kWh，远远落后于世界水平。 输配电网大致可分为： 城市电网(简称城网,输送全国电力接近23)； 农村电网(简称农网，输送全国电力13强)； 接触网(简称电铁，输送全国电力不到1%)。,1.1.2 电力发展对电器的要求 1. 城网对电器的要求 根据城市供电的特点，对电器开关提出了如下要求： (1)小型化与自动化 在城市中心，新建设电站要按无人值班（少人职守）设计，对现有变电站进行改造也要以建成无人值班变电站为目标，要加大推广采用封闭式组合电器（GIS）的步伐，努力减少占地和建筑面积。 (2)中压开关无油化 我国曾是油断路器的王国
6、，而城网越来越多地要求用无油断路器。油断路器虽结构简单，且价格便宜，但容易发生火灾和爆炸，且检修周期短，这不仅对运行不利，且检修费高。在城网的高层建筑中，不准使用含油的电器，包括油浸变压器和油断路器。无油断路器在它服役期间可不需检修或维修，因此无油断路器很适合城市的使用。 (3)采用环网供电单元 由于在城网建设和改造中，推行环网供电，于是环网供电单元应运而生，环网供电不像架空线路，临时故障多，因此，环网供电容量较小，且不要求高压开关重合闸。这种环网供电单元不同于一般的断路器柜，而是由3个间隔组成：进线间隔，出线间隔和变压器回路间隔。所用的开关，一般也不是断路器，而是负荷开关及熔断器。 (4)采
7、用预装式变电站 预装式变电站俗称箱式变电站，它不同于常规化土建变电站，其主要特点为：变电站在制造厂完成设计、制造与安装，并完成其内部电气接线；变电站经过规定的型式试验考核；变电站经过出厂试验的验证。,2. 农网对电器的要求 (1)户外式 根据农网特点，高压开关为户外式，这就要求解决外绝缘问题，如SF6断路器或重合器、分段器，用SF6气体既灭弧又绝缘，而真空断路器或重合器、分段器用真空灭弧，外绝缘用油、SF6或发泡塑料等。它不需建造厂房，可节约面积和造价30%40%。 (2)小容量 农网用断路器的容量远低于城网断路器，一般额定短路开断电流为6.312.5kA，高者为1620kA，而城网断路器可达
8、到31.550kA。 (3)小型化 农网产品多装在户外柱上，要求结构紧凑、性能好、可靠性高、环境适应性强。如户外柱上SF6断路器，为三相共箱式，采用旋弧式灭弧，结构简单、体积小、寿命长。又如真空断路器，亦采用三相共箱式真空灭弧，并用SF6或油、干燥空气等绝缘。,3. 接触网(电铁)对电器的要求 (1)电压等级的要求 牵引变电站、接触网除需110kV等级外，还需要27.5和55kV，这两种电压等级是接触网所特有的。因此牵引变电站和接触网，需要110、55和27.5kV开关设备。 (2)单相制 接触网电机车铁轨构成单相回路，故电铁需要的开关如27.5kV开关亦为单相式。 (3)频繁操作 55、27
9、.5kV高压开关设备不同于普通电力开关，其特点是开、合短路电流次数多，接触网年百公里短路跳闸次数平均达6070次；工作电流波动很大，从零到最大值1000A左右，高速接触网可达1500A以上，改变运营方式引起的正常操作频繁；安装使用环境条件差等。,4. 对低压电器的要求 低压电器是量大面广的产品，配电中要求其性能可靠，开断容量大，并具有智能化，可通讯等功能。其发展趋势是采用高新技术，开发环保化、智能化、电子化、网络化、模块化、标准化、可通信化的低压电器产品。设计上采用仿真技术实现无图化、制造要求高效化，淘汰那些工艺落后、体积大、能耗高、耗材多又污染环境的产品，并对现有较好的传统产品进行二次开发，
10、巩固传统产品的市场，缩短同国外先进水平的差距。,电器测试及故障诊断的意义,1.2.1 电器测试的地位及意义 据电器行业统计，截止2003年年底，我国高压电器从业人员在10万人以上，低压电器在40万人以上；从事高压电器的企业达600余家，低压电器的达1500余家。因此，电器工业已成为具有较强实力的产业之一，对国民经济建设做出了积极的贡献。 电器测试技术对于电工学科的发展具有特别重要的作用。电器产品量大面广，品种规格多，产品更新要求高。为适应电力系统、配电与控制系统容量的扩大和技术复杂程度的提高，电器产品标准与试验方法也随之不断变化和发展。电器理论的研究、产品的改进和开发需要进行大量的试验。,电器
11、测试技术是一门专门的科学技术，它涉及到标准要求，测试方法，试验设备，测试仪器以及测试技术等方面。由于试验费用较高，特别是对于高压大容量电器的关合、开断和短时电流性能试验，如何使试验次数最少，又能确保被试验产品的性能符合考核的严格要求，是电器测试技术中一个重要的研究课题。 在进行产品的研究性试验中，如何尽可能多地测出影响电器性能的各种参数及其变化，以提供更多的信息与数据，对于产品的研制有着重要的作用与意义。因此，世界各国都非常重视建立电器试验基地和研究电器测试技术。 我国高压电器试验基地有：西安高压电器研究所、北京清河高压开关研究所试验站、沈阳虎石台试验站、上海电气输配电试验中心等，其中西安及沈
12、阳两试验站正在扩建发展中。 我国低压电器试验基地则更多，有：上海电器科学研究所低压试验站、上海电器技术研究所试验站、苏州低压电器试验站、天津市低压电器研究所试验站、天水长城电器试验研究所试验站、沈阳低压开关厂试验站、遵义长征电器试验研究所试验站等等，大小约有40个。这些试验站为保证电器质量，提高电器研制水平做出巨大贡献。,1.2.2 故障诊断的地位及意义 电器设备是组成电力系统的基本元件，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。电器设备特别是大型高压设备如果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。 提高电器设备的可靠性，一方面可提高电器设
13、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，并进行严格的型式试验及出厂试验考核，力求在工作寿命期内将故障发生率降到最低；另一方面，应对电器设备进行必要的检查和维修，以确保电器设备的可靠运行，即现行的状态维修，它是目前正在发展的以状态监测(通常是在线监测)和故障诊断为基础的维修方式。 随着电子技术、计算机技术、光电技术、信号处理技术和各种传感技术的发展，可以对电器设备进行在线的状态监测，及时取得各种即使是很微弱的信息。对这些信息进行处理和综合分析后，根据其数值的大小及变化趋势，对设备的可靠性随时做出判断和对设备的剩余寿命做出预测，从而能早期发现潜伏的故障，必要时可提供预警或规定
14、的操作。 状态监测(在线监测)与故障诊断技术的特点是可以对电器设备在运行状态下进行连续或随时的监测与判断，故可弥补电器产品在出厂试验或运输安装过程中的疏漏。采取状态监测与故障诊断技术后，可以使预防性维修向预知性维修即状态维修过渡，从“到期必修”过渡到“该修则修”。,1.3.1 电器设备的试验 1 研究性试验 2 型式试验 3 出厂试验 4 电器设备的交接试验和预防性试验,1.3本书主要内容,1.3.2 监测技术 状态监测的任务是了解和掌握设备的运行状态，包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合系统的历史和现状，考虑环境因素，对开关设备运行状态进行评估，判断其处于正常或非正常状态，并对
15、状态进行显示和记录，对异常状态做出报警，以便运行人员及时加以处理，并为开关设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和准备基础数据。,1.3.3 故障诊断技术 开关设备故障诊断的任务是监视设备的状态，判断其是否正常；预测和诊断设备的故障并消除故障；指导设备的管理和维修。开关设备上不同部位、不同类型的故障，引起设备功能的不同变化，导致开关设备整体及各部位状态和运行参数的不同变化。故障诊断的任务，就是当设备上某一部位出现某种故障时，要从这些状态及其参数的变化推断出导致这些变化的故障及其所在部位。由于状态参数的数量浩大，必须找出其中的特性信息，提取特征量，才便于对故障进行诊断。由某一故障引起的设备状态的变化称为故障的征兆。故障诊断的过程就是从已知征兆判定设备上存在的故障类型及其所在部位的过程。因此故障诊断的方法实质上是一种状态识别方法。,
