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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1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2课程涉及的领域课程涉及的领域电子测试技术电子测试技术电磁兼容电磁兼容人工智能人工智能可靠性工程可靠性工程传感技术传感技术高电压工程高电压工程3课程的主要内容课程的主要内容在线监测综述在线监测综述故障诊断概论故障诊断概论电气故障分析电气故障分析传感技术传感技术 电磁兼容及抗干扰电磁兼容及抗干扰数据采集与处理数据采集与处理故障报警原理故障报警原理 智能诊断方法智能诊断方法 可靠性评估及维修策略可靠性评估及维修策略 电力电缆电力电缆电容型设备电容型设备电
2、力变压器电力变压器实际应用实际应用在线监测系统在线监测系统基本结构及关键技术基本结构及关键技术 背景知识背景知识4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
3、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5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 330kV330kV线路线路 8669 8669 公里公里 220kV220kV线路线路 134875 13487
4、5 公里公里6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 7 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个跨省个跨省(区区)电力集团电力集团:东北、华东北、华北、华东、华中、西北、南方和川渝，北、华
5、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:山东、福建、新疆、海南、西藏山东、福建、新疆、海南、西藏(未包括台湾和港澳地未包括台湾和港澳地区区)。89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，基本发电和用电是同时发生的，基本没有存储环节。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。10电力系统的稳定性问题电力系统的稳定性问题电厂电厂电力网用户用户系系统统瞬瞬间间改改变变 发电、输电和用电过程构成了不可分割的整体，任何环发电、
6、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。11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
7、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。12 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。13 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
8、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、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
9、，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，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14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 14.66 69.26 0.00 8.02 5.84杭杭 州州
10、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平均合计平均合计0.855.8428.8952.910.0888.662.26(%)15 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.
11、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。16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。17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和可靠性主要取决于设计和制造阶段，但为了保证设备
12、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。18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.定定期期检检修修TBM（Time Based Maintenance）或或预预防防性性维维修修PM（Preventive Maintenance）；）；3.状状态态
13、维维修修CBM（Condition Based Maintenance）或或预预知知性性维修（维修（Predictive Maintenance）。）。19 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）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20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
14、，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多个工作人日多个工作人日，资金资金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
15、成误操作。停送电过程易造成误操作。215.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
16、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。22 预防性试验是在停电情况下，进行的非破坏性试验，预防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 设设备备的的现现代代化化对对设设备备的的维维修修体体制制提提出出了了变变革革的的要要求求，设设备备运运行行的的高高可可靠靠性性和和维维修修方方式式的的经经济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。23发展中的维修体制发展中的维修体制状态维修状态维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”24 状态维修即根据具
