电气设备在线监测与状态检修技术探析

张晓峰

（合肥科建建筑工程施工图审查有限公司，安徽 合肥 230000）

1 电气设备在线监测技术应用方案

系统设计：本系统设计大体可分为三个步骤，分别为信息采集层、信息处理层、应用终端层设计，各步骤具体内容如下。

（1）信息采集层设计。信息采集层主要采用传感器来实现，传感器设备能够对电气设备的运作状态进行全面检测，且传感器本身也能长时间运作，满足在线监测需求。但在设计中，为了保障采集信息完整、准确，必须注重传感器选型工作，该项工作有两大要点：①传感器性能必须满足要求，尤其是信息采集速率及精度；②全面分析电气设备异常状态、常见故障特征，根据特征来选择传感器类型，如当电气设备处于异常状态时，可能会发生异常振动，其振频、振幅都异于以往，这时就要选择振动传感器来采集设备振动信息，或者当电气设备内部电阻过大可能导致电路烧毁时，其内部温度会大幅增长，这时就要选择温度传感器来采集相关信息。总体而言，传感器类型应当覆盖所有异常状态、常见故障的特征，如有缺陷需要及时弥补。

（2）信息处理层设计。首先，为了保障信息采集层能与信息处理层进行信息交流，需要在两者之间安装换能器，这样能够将信息采集层采集的电信号信息转化为数字信号格式，只有这种格式才能被信息处理层接受、读取、分析。其次，在信息处理层设计中，该层由推理机与知识库组成，因此设计主要侧重于两者：①推理机设计，主采用自动推理机程序设计方法，在其中设置混合推理逻辑，该逻辑会先根据原始信息进行正向推理，随后提出假设，再通过反向推理，在原始信息中找到可支撑假设信息的证据，如果没有支撑假设的证据则更换一个假设，只要某假设有足够的正确支撑，则说明假设成立，电气设备存在假设中的异常状态或故障。②知识库设计，知识库实际上就是数据信息储存库，但其不单纯是用来保存数据信息，需要人工对电气设备异常状态、常见故障的特征进行统计，随后将其深入知识库中，这样推理机才能通过知识库内保存的数据信息去提出假设，如电气设备正常振动频率为30 次/s，随后推理机会提出电气设备振动频率异常的假设，再通过反向推理确认当前设备振动频率是否符合30 次/s，如果不符合则假设成立，判断电气设备存在振动异常现象，反之，则设备振动正常。

（3）应用终端层设计。应用终端层由人工端与系统终端组成，设计主要就侧重于两者：①人工端设计，人工端由常规计算机或移动网络设备（如智能手机、iPad 等具有计算机功能，且能够联网的设备）实现，此类设备可以接受信息处理层处理后的信息，使人工能通过这些设备掌握电气设备当前状态，同时也接受推理机通过知识库提出的解决方案，人工可以对方案可行性进行判断，若可行性不好，则不通过，反之则通过。②系统终端设计，系统终端由高配置计算机实现，负责执行人工端通过的解决方案，同时也通过推理机获取信息采集层了解电气设备在解决方案下的状态，若解决方案没有生效，则会向人工端发送干预请求，人工可在人工端切换至人工控制模式，通过人工端在系统终端上设计解决方案，再由系统终端执行。

2 电气设备在线状态检修技术应用

（1）超声波检修技术应用。超声波检修技术主要是通过传感器发出频率超过20000Hz 的超声波，随后当声波从某个角度射入电气设备内，会使得声波接触到设备内的固体结构，这时超声波会反射，生成有纵波或横波特征的反射波、折射波，这时对反射波、折射波的波型进行监测，即可对电气设备内部相关故障等作出判断，至少也能让系统或人工知道当前电气设备是否处于异常状态。以电气设备局部放电现象为例，当电气设备出现局部放电现象后，其内部会产生电荷中和作用，使得放电局部分子运动异常剧烈，由此产生较高的热量，电气设备受热胀冷缩效应影响会出现局部膨胀。随后当膨胀结束，表面上膨胀部位会逐渐恢复原状，但内里介质结构会发生变化，这时采用超声波检测技术可以了解电气设备介质结构的疏密情况，应用中以电气设备放电区域为中心，因为放电效应，所以其内部会自动生成超声波，超声波会呈球形扩散，采用声电传感器即可采集其中波型，并将波型转换为电信号，再用仪器进行步骤，将电信号转换为数字信号即可被本系统接收。接收后人工或系统可知具体故障或异常，随之拟定维修方案。

（2）射频检修技术应用。射频检修技术主要以无线电接收器为基础，利用该接收器获取电气设备内空间的电磁波信号，其原理在于无线电接收器会通过扫频、选频等方式采集电磁波，并确认电磁波信号的大小，能够对范围内的电气设备进行状态检查，并用于维修。同样以局部放电为例，使用射频检修技术可获取设备局部放电信号，并获悉信号大小，随后可得电信号频率波型图，根据图形可作出判断。值得注意的是，射频检修技术目前有两种应用形式，分别为频谱分析、时间处理，其中前者具有操作简便、灵敏度高、负面影响不大的优势，而后者主要是效率快，但存在信号分析能力不足的缺陷，因此除非是一些应急的检修工作要使用时间处理形式，否则，一般建议使用频谱分析形式。此外，在本系统中射频检修技术主要与气象色谱传感器、绝缘性能传感器配套使用。

3 案例应用测试

（1）案例概况。某变电站为高压变电站，地处工业园区，关系到整个工业园区的电力供给，因此当该变电站出现任意故障，则工业园区的电力供给就有可能中断，影响工厂生产。但因为该变电站成立已久，所以其中变压器当前经常出现故障，这是一种典型的电气设备故障现象，对此该变电站需要对变压器进行检修。该变电站中变压器运作时间比较长，因此初步判断认为，受这种运作特征影响，变压器出现了绝缘性能不断下降的现象，使得故障反复发作。对此在本系统进行检测检修之前，对该变电站变压器故障现象进行了特征分析，发现故障在光、电、热等方面会显现出一系列的化学反应，故系统应用将针对这些特征来进行检测与检修。

（2）监测方案。根据变压器异常状态及故障特征，先进行传感器选型，在确保传感器性能达标的条件下，选择了气象色谱传感器、电化学及声学传感器、绝缘性能传感器，三者分别能对变压器的油中气体、局部放电、绝缘性能进行在线监测。方案中，将各传感器安装在变压器对应位置，随后打开开关，使变压器与推理机连接，这时传感器构成的信息采集层就介入了整个系统，由此统计系统在连续三日内的监测工作表现，根据结果综合判定本系统是否应用有效。

（3）检修方案。检修主采用超声波检修技术，用声电传感器去采集该变压器故障时的超声波反射波、折射波，随后导入计算机系统。根据计算机显示可知，该变压器超声波反射波、折射波波型不佳，其中反射波角度比较大，说明变压器介质结构发生了异常变化，而折射波线路密集，说明异常变化现象严重，对超声波传递造成了多重阻碍。同时，依照结果可知，该变压器故障主要处于绝缘线路，因此检修方案为更换绝缘材料与相关线路。表2 为检修方案中超声波检修技术的应用效果。

（4）系统应用效果。本系统测试方案中的测试指标与应用效果见表1、表2。

表1 本系统检测方案中的测试指标与应用效果

表2 检修方案中超声波检修技术的应用效果

根据表1 可见，本系统在三大测试指标中均有良好表现，3 日内发现了所有故障或异常状态，且全部判断准确，同时每次判断的运作速率都不超过1min，因此具有一定应用价值，可投入实际使用。

4 结语

综上，本文对电气设备在线监测与状态检修技术进行了分析，阐述了在线监测的基本概念，设计了电气设备在线监测系统，同时对系统应用效果进行了测试，最后提出了相关检修技术。通过分析可知，在线监测可以帮助人工实时掌握电气设备是否存在异常或故障，随后便于维修，能够防范于未然，因此文中设计了电气设备在线监测系统，经过测试确认系统应用有效。而为了保障本系统能够准确获取电气设备异常或故障信息，在系统信息采集层融入了相关检修技术，各项技术是本系统运作的支撑，希望研究成果对管理者能带来参考帮助。