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广东中科天元新能源科技有限公司 510640
摘要：在电力系统的运行中，高压电气设备占据着非常重要的位置，是整个系统安全生产、控制调节、传输变换的前提和有效保障，高压电气设备不同，其技术特点、结构和性能也不同。本文通过对高压电气设备的概念、高压电气设备故障产生的原因以及高压电气设备在线监测与故障诊断系统进行分析。以保障用电设备的安全运行，减少事故造成的影响，尽可能防患于未然，消灭事故于萌芽状态。
关键词：高压电气；设备故障；原因；在线监测；故障诊断
1、高压电气设备的概述
高压电气设备是电力安全生产、传输变换、控制调节的前提和保障。因为电力能源是一个具有严重危害性的能源，它无形无色，不能接触。但电力能源又是一个受人喜爱的能源，它洁净强劲，使用方便。没有高压电气设备的存在，我们就没有办法掌控电力能源去运行工作；没有高压电气设备的保驾，我们就不能安心享受电力能源的方便服务。所以，高压电气设备是电力能源利用的前提和保障。电力能源的利用必须要满足人们在各种复杂情况下的安全掌控，高压电气设备就是为适应各种复杂情况下的安全掌控而被创造出来的，成为替代人们面对危害能源，变害为利的电气装置。然而，复杂情况的适应必然带来复杂的高压电气设备类别和结构型式。从事电力职业就必须将这些复杂的高压电气设备分门别类地熟悉掌握，才能正确地驾御使用。但是，在我们现行的电力职业教育的教材中，高压电气设备专业的分类内容却存在不合理、不规范的问题：第一，有的没有高压电气设备归类总领，只有设备分类的结构介绍，造成不完全概念。
2、高压电气设备故障分析
2.1主变压器故障
（1）绕组的主绝缘和匝间绝缘故障。长期过负荷运行、散热条件差或使用年限长，使绕组绝缘老化脆裂；变压器多次受到短路冲击，绕组受力变形，产生绝缘缺陷；变压器油中进水使绝缘强度降低，造成绝缘击穿；在雷击过电压作用下绝缘击穿。
（2）变压器套管故障。套管瓷质不良、沙眼或裂纹，套管渗油或积垢太多等造成闪络或爆炸。
（3）铁心绝缘故障。硅钢片紧固不好，漆膜破坏产生涡流而局部过热；夹紧铁心的穿心螺丝、圧铁等部件绝缘损坏发生过热现象；变压器内残留有铁屑或焊渣，使铁芯两点或多点接地。
2.2高压电机故障
电机绝缘电阻低，绕组绝缘击穿接地或引出线故障。电机绝缘受潮，导致绝缘电阻值不符合规程要求；电机超期服役或长期过载运行，绝缘材料老化；电机引线长期处于热环境，绝缘层酥脆、老化；引出线由于震动接触不良甚至断裂导致弧光放电。
（2）电机定子槽锲松动，端部绑扎不良故障。电机启动和运行时的震动，线圈相对产生位移，电机电磁声大，出现放电现象。
2.3高压断路器柜故障
（1）拒动、误动故障。操作机构卡涩、部件变形、位移或损坏，分合闸铁芯松动、卡涩、轴销松脱等操作机构和传动机构的机械故障；二次接线接触不良、端子松动、分合闸线圈由于机构卡涩烧损、辅助开关切换不灵、操作电源、合闸接触器、微动开关等电气控制类故障。
（2）绝缘故障。绝缘相对地闪络击穿、相间闪络击穿、雷击过电压闪络击穿、套管、CT闪络、爆炸和瓷瓶裂纹等。
2.4保护装置故障
（1）保护装置本体故障。继电器线圈损坏、定值紊乱；微机保护装置内部硬件损坏或软件出现问题。
（2）保护装置误动或拒动。电流电压回路的一次设备故障造成电流、电压等取样不准确；环境潮湿造成二次线路绝缘值下降或短路；保护定值设置、级间配置不合理；接线错误等。
3、高压电气设备在线监测原理
电气设备在线监测技术原理，是在电气设备正常运行时，通过对常规绝缘特征参数如电容量、电流、介质损耗因数等进行测量，来反映电气设备的运行是否存在问题。介质损耗因数对高压电气设备影响很大，还能反映运行时设备的缺陷，灵敏度很高，而且操作比较简单。介质损耗因数的原理分为两种，第一是硬件直接测量相位角，主要方法为过零相位比较法，第二是软件对检测信号变换后，对测量信号进行数字化处理，主要方法为谐波分析法。
过零相位比较法原理：获得电流和电压信号进行过零整形成为过零反转的方波电流和电压，用或门电路对电流电压过零时间差方波宽度进行比较，并读取方波宽度，最终根据电流电压信号计算出介质损耗因数。
谐波分析测试原理：电流互感器检测设备末端引出电流信号，二次抽取电压信号后经过滤波和程控放大后，再经过同步采样最终得到离散数字信号，利用计算机对其快速的傅里叶变换后得到基波傅里叶系数，然后计算基波相位差，最终得到介质损耗因数。
对于单一设备的在线监测数据融合一般应将数据传送到电厂综合信息管理系统（MIS），通过电厂综合管理系统将在线监测数据与状态检修系统 融合在一起；对于多设备、多系统的在线监测的数据融合应先建立内部设备状态监测中心，由监控中心实施对全部前端站的控制，同时由监控中心的监测工作站实施在线 监测数据与状态检修的融合。
4、高压电气设备在线监测与故障诊断系统
建立发电厂发电及输变电站电气设备地区性、集成、分布监测与诊断系统，可使地区电业主管部门对所属各发电厂主要电力设备的运行工况进行监测与诊断，及时发现故障早期隐患，避免突发性事故；还可使这些设备从定期维修过渡到状态维修，提高电力设备监督的技术水平，确保发电厂的安全经济运行，有巨大的经济效益和社会效益。
最新推出的MD3000系列变电站电气设备在线监测诊断系统正是应电力系统的需求而开发的集计算机技术、信息技术、在线监测与故障诊断技术及网络通讯完整系统。MD3000系列变电站电气设备在线监测诊断系统包括高压变压器在线监测子系统、高压断路器在线监测子系统、电容型设备在线监测子系统、避雷器再吓你监测子系统、高压电气设备绝缘在线监测子系统、故障诊断专家系统软件及通讯网络子系统等构成。系统结构框图如下所示：
变电站电气设备在线监测诊断系统结构框图
变电站电气设备在线监测诊断系统主要包括位于电业局地区电力试验研究所的MIS系统、数据融合与信息分析中心及位于现场的数据采集监测诊断子系统三部分构成，合法的浏览者可以在远离现场的办公室查看其区内各变电站的在线监测数据和诊断分析结果；对于被列为预警的设备可以远方进行会诊，判断是否必要进行维护。现场数据采集监测子系统采用分布式机构，通过高速的现场通信总线，将各监测终端连接到用于监测诊断的主PC机。系统功能采用分层次设计，监测终端只有完成原始信号的采集和预处理；住PC机完成数据集成和数据融合，从而获取设备的运行状况。其中高压变压器的在线监测子系统包括：变压器油中溶解气体在线分析系统（由MD3001A实现）、变压器有载分接开关在线净油机（由MD3002实现）、电容型套管的绝缘特性在线监测终端（由MD3004實现）、铁心绝缘特性在线监测终端（由MD3004实现）；其中断路器在线监测子系统包括：断路器SF6气体在线监测子系统（由MD3003A实现）、断路器电气信号在线监测终端（由MD3005实现）；电容型设备在线监测子系统、避雷器在线监测子系统及高压电气设备绝缘在线监测子系统都由MD3004实现。
5、结语
随着电力工业以及现代科技的迅速发展，我国的电网规模在飞速扩展，尤其是近些年来电力可靠性管理的重视程度与日俱增。然而对于高压电气设备维修管理来说，运用高可靠性的监测技术和方法，必须要加以科学利用。今后电气设备运用的过程中，要适当的采用在线监测技术，尽量提高设备的运行效果。
摘要：在电力系统的运行中，高压电气设备占据着非常重要的位置，是整个系统安全生产、控制调节、传输变换的前提和有效保障，高压电气设备不同，其技术特点、结构和性能也不同。本文通过对高压电气设备的概念、高压电气设备故障产生的原因以及高压电气设备在线监测与故障诊断系统进行分析。以保障用电设备的安全运行，减少事故造成的影响，尽可能防患于未然，消灭事故于萌芽状态。
关键词：高压电气；设备故障；原因；在线监测；故障诊断
1、高压电气设备的概述
高压电气设备是电力安全生产、传输变换、控制调节的前提和保障。因为电力能源是一个具有严重危害性的能源，它无形无色，不能接触。但电力能源又是一个受人喜爱的能源，它洁净强劲，使用方便。没有高压电气设备的存在，我们就没有办法掌控电力能源去运行工作；没有高压电气设备的保驾，我们就不能安心享受电力能源的方便服务。所以，高压电气设备是电力能源利用的前提和保障。电力能源的利用必须要满足人们在各种复杂情况下的安全掌控，高压电气设备就是为适应各种复杂情况下的安全掌控而被创造出来的，成为替代人们面对危害能源，变害为利的电气装置。然而，复杂情况的适应必然带来复杂的高压电气设备类别和结构型式。从事电力职业就必须将这些复杂的高压电气设备分门别类地熟悉掌握，才能正确地驾御使用。但是，在我们现行的电力职业教育的教材中，高压电气设备专业的分类内容却存在不合理、不规范的问题：第一，有的没有高压电气设备归类总领，只有设备分类的结构介绍，造成不完全概念。
2、高压电气设备故障分析
2.1主变压器故障
（1）绕组的主绝缘和匝间绝缘故障。长期过负荷运行、散热条件差或使用年限长，使绕组绝缘老化脆裂；变压器多次受到短路冲击，绕组受力变形，产生绝缘缺陷；变压器油中进水使绝缘强度降低，造成绝缘击穿；在雷击过电压作用下绝缘击穿。
（2）变压器套管故障。套管瓷质不良、沙眼或裂纹，套管渗油或积垢太多等造成闪络或爆炸。
（3）铁心绝缘故障。硅钢片紧固不好，漆膜破坏产生涡流而局部过热；夹紧铁心的穿心螺丝、圧铁等部件绝缘损坏发生过热现象；变压器内残留有铁屑或焊渣，使铁芯两点或多点接地。
2.2高压电机故障
电机绝缘电阻低，绕组绝缘击穿接地或引出线故障。电机绝缘受潮，导致绝缘电阻值不符合规程要求；电机超期服役或长期过载运行，绝缘材料老化；电机引线长期处于热环境，绝缘层酥脆、老化；引出线由于震动接触不良甚至断裂导致弧光放电。
（2）电机定子槽锲松动，端部绑扎不良故障。电机启动和运行时的震动，线圈相对产生位移，电机电磁声大，出现放电现象。
2.3高压断路器柜故障
（1）拒动、误动故障。操作机构卡涩、部件变形、位移或损坏，分合闸铁芯松动、卡涩、轴销松脱等操作机构和传动机构的机械故障；二次接线接触不良、端子松动、分合闸线圈由于机构卡涩烧损、辅助开关切换不灵、操作电源、合闸接触器、微动开关等电气控制类故障。
（2）绝缘故障。绝缘相对地闪络击穿、相间闪络击穿、雷击过电压闪络击穿、套管、CT闪络、爆炸和瓷瓶裂纹等。
2.4保护装置故障
（1）保护装置本体故障。继电器线圈损坏、定值紊乱；微机保护装置内部硬件损坏或软件出现问题。
（2）保护装置误动或拒动。电流电压回路的一次设备故障造成电流、电压等取样不准确；环境潮湿造成二次线路绝缘值下降或短路；保护定值设置、级间配置不合理；接线错误等。
3、高压电气设备在线监测原理
电气设备在线监测技术原理，是在电气设备正常运行时，通过对常规绝缘特征参数如电容量、电流、介质损耗因数等进行测量，来反映电气设备的运行是否存在问题。介质损耗因数对高压电气设备影响很大，还能反映运行时设备的缺陷，灵敏度很高，而且操作比较简单。介质损耗因数的原理分为两种，第一是硬件直接测量相位角，主要方法为过零相位比较法，第二是软件对检测信号变换后，对测量信号进行数字化处理，主要方法为谐波分析法。
过零相位比较法原理：获得电流和电压信号进行过零整形成为过零反转的方波电流和电压，用或门电路对电流电压过零时间差方波宽度进行比较，并读取方波宽度，最终根据电流电压信号计算出介质损耗因数。
谐波分析测试原理：电流互感器检测设备末端引出电流信号，二次抽取电压信号后经过滤波和程控放大后，再经过同步采样最终得到离散数字信号，利用计算机对其快速的傅里叶变换后得到基波傅里叶系数，然后计算基波相位差，最终得到介质损耗因数。
对于单一设备的在线监测数据融合一般应将数据传送到电厂综合信息管理系统（MIS），通过电厂综合管理系统将在线监测数据与状态检修系统 融合在一起；对于多设备、多系统的在线监测的数据融合应先建立内部设备状态监测中心，由监控中心实施对全部前端站的控制，同时由监控中心的监测工作站实施在线 监测数据与状态检修的融合。
4、高压电气设备在线监测与故障诊断系统
建立发电厂发电及输变电站电气设备地区性、集成、分布监测与诊断系统，可使地区电业主管部门对所属各发电厂主要电力设备的运行工况进行监测与诊断，及时发现故障早期隐患，避免突发性事故；还可使这些设备从定期维修过渡到状态维修，提高电力设备监督的技术水平，确保发电厂的安全经济运行，有巨大的经济效益和社会效益。
最新推出的MD3000系列变电站电气设备在线监测诊断系统正是应电力系统的需求而开发的集计算机技术、信息技术、在线监测与故障诊断技术及网络通讯完整系统。MD3000系列变电站电气设备在线监测诊断系统包括高压变压器在线监测子系统、高压断路器在线监测子系统、电容型设备在线监测子系统、避雷器再吓你监测子系统、高压电气设备绝缘在线监测子系统、故障诊断专家系统软件及通讯网络子系统等构成。系统结构框图如下所示：
变电站电气设备在线监测诊断系统结构框图
变电站电气设备在线监测诊断系统主要包括位于电业局地区电力试验研究所的MIS系统、数据融合与信息分析中心及位于现场的数据采集监测诊断子系统三部分构成，合法的浏览者可以在远离现场的办公室查看其区内各变电站的在线监测数据和诊断分析结果；对于被列为预警的设备可以远方进行会诊，判断是否必要进行维护。现场数据采集监测子系统采用分布式机构，通过高速的现场通信总线，将各监测终端连接到用于监测诊断的主PC机。系统功能采用分层次设计，监测终端只有完成原始信号的采集和预处理；住PC机完成数据集成和数据融合，从而获取设备的运行状况。其中高压变压器的在线监测子系统包括：变压器油中溶解气体在线分析系统（由MD3001A实现）、变压器有载分接开关在线净油机（由MD3002实现）、电容型套管的绝缘特性在线监测终端（由MD3004實现）、铁心绝缘特性在线监测终端（由MD3004实现）；其中断路器在线监测子系统包括：断路器SF6气体在线监测子系统（由MD3003A实现）、断路器电气信号在线监测终端（由MD3005实现）；电容型设备在线监测子系统、避雷器在线监测子系统及高压电气设备绝缘在线监测子系统都由MD3004实现。
5、结语
随着电力工业以及现代科技的迅速发展，我国的电网规模在飞速扩展，尤其是近些年来电力可靠性管理的重视程度与日俱增。然而对于高压电气设备维修管理来说，运用高可靠性的监测技术和方法，必须要加以科学利用。今后电气设备运用的过程中，要适当的采用在线监测技术，尽量提高设备的运行效果。