电气绝缘故障诊断技术教学课件

1、 第一章第一章 绪绪 论论故障诊断技术的产生及其作用故障诊断技术在国内外的发展故障诊断技术的构成与发展趋势电气设备故障诊断技术故障诊断技术的产生及其作用n电力设备：电力设备：导电材料导电材料（铜，铝），（铜，铝），导磁导磁材料材料（硅钢片），（硅钢片），结构材料结构材料（铸铁，钢（铸铁，钢板），板），绝缘材料绝缘材料（固体，液体，气体）（固体，液体，气体）n绝缘绝缘决定电力设备的决定电力设备的寿命寿命。n电力设备运行中电力设备运行中60%-80%60%-80%的事故是由绝缘的事故是由绝缘故障导致的。故障导致的。电力设备绝缘老化及其特征量电力设备绝缘老化及其特征量n绝缘系统中的绝缘系统中的绝缘缺

2、陷绝缘缺陷：n1 1 集中性缺陷集中性缺陷：指缺陷集中于绝缘的某：指缺陷集中于绝缘的某一个或某几个部分（局部受潮，局部机一个或某几个部分（局部受潮，局部机械损伤，绝缘内部气泡，瓷介质裂纹）械损伤，绝缘内部气泡，瓷介质裂纹）。-发展速度快，危险大发展速度快，危险大。n2 2 分布性缺陷分布性缺陷：指由于受潮，过热，动：指由于受潮，过热，动力负荷及长时间过电压作用导致的电气力负荷及长时间过电压作用导致的电气设备整体绝缘性能下降（绝缘整体受潮设备整体绝缘性能下降（绝缘整体受潮，充油设备的油变质），充油设备的油变质）-发展速度慢，发展速度慢，危险小危险小电力设备绝缘老化及其特征电力设备绝缘老化及其特征

3、n绝缘设备的绝缘设备的老化：老化：n1 1 电老化电老化：外施电压：外施电压 放电量放电量 老化老化 n 寿命寿命n2 2 热老化热老化：热作用：热作用 热降解热降解 热老化热老化n 寿命寿命n3 3 机械老化机械老化：机械应力：机械应力 微裂缝微裂缝 局部局部放电放电 绝缘破裂绝缘破裂 寿命寿命n4 4 环境老化环境老化：水分，阳光辐射，化学尘埃：水分，阳光辐射，化学尘埃 沉积污秽物沉积污秽物 污秽放电污秽放电 老化老化电力设备绝缘老化及其特征电力设备绝缘老化及其特征n绝缘特征量绝缘特征量：表征不同绝缘系统劣化程表征不同绝缘系统劣化程度度n1 1 直接直接表征绝缘剩余寿命特征量（如耐表征绝缘

4、剩余寿命特征量（如耐电强度，机械强度）通过破坏性试验方电强度，机械强度）通过破坏性试验方法得到。法得到。n2 2 间接间接表征绝缘剩余寿命特征量（绝缘表征绝缘剩余寿命特征量（绝缘电阻，介质损耗角正切，泄漏电流等）电阻，介质损耗角正切，泄漏电流等）通过非破坏性试验方法得到。通过非破坏性试验方法得到。电力设备绝缘预防性试验电力设备绝缘预防性试验n电力设备电力设备制造过程中制造过程中的检测试验主要有的检测试验主要有：型式试验，例行试验，出厂试验。：型式试验，例行试验，出厂试验。n运行前和运行中运行前和运行中的检测试验主要有：交的检测试验主要有：交接试验，预防性试验，在线监测。接试验，预防性试验，在线

5、监测。n预防性试验分为：预防性试验分为：非破坏性试验非破坏性试验（目的（目的判断绝缘状态，及时发现可能的劣化现判断绝缘状态，及时发现可能的劣化现象）象）n破坏性试验破坏性试验（目的发现集中性缺陷）（目的发现集中性缺陷）电力设备绝缘预防性试验电力设备绝缘预防性试验n目前电力设备预防性试验主要有：目前电力设备预防性试验主要有：绝缘电阻测量，直流泄漏电流测量绝缘电阻测量，直流泄漏电流测量，介质损耗角正切，绝缘油试验，介质损耗角正切，绝缘油试验，微量水分测定，油中溶解气体色谱微量水分测定，油中溶解气体色谱分析，局部放电试验，直流耐压试分析，局部放电试验，直流耐压试验，交流耐压试验。验，交流耐压试验。故

6、障诊断技术的产生及其作用故障诊断是根据设备运行状态信故障诊断是根据设备运行状态信息查找故障源，并确定相应决策的一门息查找故障源，并确定相应决策的一门综合性新兴科学。综合性新兴科学。在设备带电、不停机的情况下，通过在设备带电、不停机的情况下，通过使用先进的技术手段，对设备状态进行使用先进的技术手段，对设备状态进行监测和分析，判断设备是否存在异常、监测和分析，判断设备是否存在异常、故障、故障的部位、原因以及故障的恶故障、故障的部位、原因以及故障的恶化趋势等，以确定合理的检修时间和方化趋势等，以确定合理的检修时间和方案。案。故障诊断技术的产生及其作用n通过对电气设备的试验和各种特性的测通过对电气设备

7、的试验和各种特性的测量，识别、评估设备在运行过程中的状量，识别、评估设备在运行过程中的状态，早期发现的故障。狭义而言，态，早期发现的故障。狭义而言，“监监测测”是是“诊诊”，“诊断诊断”是是“断断”。故障诊断技术的产生及其作用n 故障诊断故障诊断被动诊断被动诊断被被动动诊诊断断主动诊断主动诊断故障已发生，机组停运，故障已发生，机组停运，要求诊断故障原因，以要求诊断故障原因，以便制定处理方案如：便制定处理方案如：1.发电机定子接地保护动发电机定子接地保护动作：作：2.发电机发电机PT3U0动作（见分析）动作（见分析） 运行中故障运行中故障发生了，是发生了，是否停运急需否停运急需诊断出结果诊断出结

8、果如：如：CT断线断线运行的设备有运行的设备有无故障无故障现场综合处理问题的能力现场综合处理问题的能力故障现象故障现象相关一次设备检查相关一次设备检查高压试验高压试验机械特性试验机械特性试验二次回路及二次二次回路及二次装置检查装置检查传动试验定值检传动试验定值检测录波分析测录波分析综综合合分分析析1.1.制造工艺存在原始缺陷制造工艺存在原始缺陷2.2.恶劣的环境和苛刻的运行条件恶劣的环境和苛刻的运行条件3.3.材料的劣化材料的劣化 （主要绝缘材料）（主要绝缘材料）4.4.缺乏良好的管理及维护缺乏良好的管理及维护 故障诊断技术的产生及其作用故障诊断技术的产生和发展背景 2020世纪世纪6060年

9、代起源于美国。对军事、航天设备进年代起源于美国。对军事、航天设备进行早期异常检测。经历过重大事故之后，人们认识到：行早期异常检测。经历过重大事故之后，人们认识到：现代化设备的故障先兆必须早期预报，以防患于未然，现代化设备的故障先兆必须早期预报，以防患于未然，否则产生严重后果否则产生严重后果。 设备的重要性、现代化、安全性、可靠性以及设备的重要性、现代化、安全性、可靠性以及维修的迫切需要，使故障诊断技术应运而生。维修的迫切需要，使故障诊断技术应运而生。维修的目的维修的目的 人总免不了要生病，电气设备也和人一人总免不了要生病，电气设备也和人一样总要发生故障，现在还没有永远不出故障样总要发生故障，现

10、在还没有永远不出故障的设备。人生了病有时还可以凭借本身的抵的设备。人生了病有时还可以凭借本身的抵抗力自愈，而各种电气设备有了故障却没有抗力自愈，而各种电气设备有了故障却没有自行修复的能力，只有依靠维修人员来修理。自行修复的能力，只有依靠维修人员来修理。维修人员若没有过硬的检修技术，往往无法维修人员若没有过硬的检修技术，往往无法迅速使设备正常运行，从而严重影响生产。迅速使设备正常运行，从而严重影响生产。 生产过程中，维修工作是保证设备正常生产过程中，维修工作是保证设备正常运行，减少停工损失的重要环节，绝不能忽运行，减少停工损失的重要环节，绝不能忽视。视。故障诊断技术的产生及其作用设备维修方式的变

11、革 随着科学技术的不断发展，生产设备的维修体制随着科学技术的不断发展，生产设备的维修体制经历了三次方式：经历了三次方式：1.事后维修事后维修：等到设备无法正常工作时再进行维：等到设备无法正常工作时再进行维修。修。2.预防维修预防维修：预先制定计划，定期进行检修和更：预先制定计划，定期进行检修和更换。换。3.状态维修状态维修：根据设备状态来确定维修工作的内：根据设备状态来确定维修工作的内容和时间、制定维修方案。容和时间、制定维修方案。事后维修的优缺点事后维修的优缺点优点优点：不需要安排计划。：不需要安排计划。 对一些设备，更对一些设备，更换比修理更便宜。换比修理更便宜。缺点缺点：意外停机引起生产

12、损失。可能引起：意外停机引起生产损失。可能引起设备的二次损坏，甚至灾难性事故。库设备的二次损坏，甚至灾难性事故。库存备品备件投资多。存备品备件投资多。预防维修优缺点预防维修优缺点优点：机器寿命较长。减少意外停机。优点：机器寿命较长。减少意外停机。 备件库存较少。备件库存较少。缺点：到期必修缺点：到期必修, ,缺乏对设备的综合分析缺乏对设备的综合分析, , 存在着检修过量存在着检修过量, ,检修不足；人力和物力检修不足；人力和物力的浪费的浪费, ,降低了供电可靠性降低了供电可靠性; ; 过剩维修也过剩维修也会引起人为维修故障会引起人为维修故障。状态维修优缺点状态维修优缺点优点优点：减少非计划停机

13、损失，维修时间间：减少非计划停机损失，维修时间间隔可以缩短或延长，维修费用大为减少，隔可以缩短或延长，维修费用大为减少，备件库存最小。备件库存最小。缺点缺点：诊断的正确与准确性需要保障。：诊断的正确与准确性需要保障。先进的维修理念先进的维修理念1 1、采用现代故障诊断和状态监测技术，发、采用现代故障诊断和状态监测技术，发展以状态监测为基础的预知维修体制。展以状态监测为基础的预知维修体制。2 2、企业应当积极采用先进的设备管理方法、企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法，不断提高设备管理础的设备维修方法，不断提高设备

14、管理和维修技术的现代化水平。和维修技术的现代化水平。+ 状态检修是我国即将面临的先进设备管理体制开展状态检修的研究一般从开展状态检修的研究一般从两个方面两个方面进行进行一类是对设备进行不间断实时动态的一类是对设备进行不间断实时动态的在线在线监测监测, ,用在线的数据来用在线的数据来判别判别设备状态。设备状态。另一类是以离线检测为主另一类是以离线检测为主, ,通过各种通过各种离线数离线数据分析据分析对设备状态进行对设备状态进行综合诊断综合诊断。n实现状态检修的实现状态检修的前提前提：n必须进行必须进行可靠的状态监测可靠的状态监测与与准确的故障准确的故障诊断诊断以及以及有效的故障预报有效的故障预报

15、。电气设备状态监测与故障诊断的意义电气设备状态监测与故障诊断的意义1.识别有无故障；识别有无故障；发现故障及时报警发现故障及时报警；2.2.判断故障性质、程度和部位；作出故障趋势分析，判断故障性质、程度和部位；作出故障趋势分析，就是在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过就是在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测、预报设备未来的状态。为设备位和原因，并预测、预报设备未来的状态。为设备检修项目、内容、时间等提供依据。检修项目、内容、时间等提供依据。3.3. 分析故障原因，分析故障原因，给出消

16、除故障的措施。防止发生给出消除故障的措施。防止发生同类故障。同类故障。状态监测和故障诊断的对象状态监测和故障诊断的对象由于故障发展速度的差别由于故障发展速度的差别, ,形成了形成了瞬变故障和缓变故障瞬变故障和缓变故障两个类型。两个类型。瞬变故障瞬变故障 例如相间短路等例如相间短路等, ,发展很快。继电保护装置发展很快。继电保护装置必须在必须在10ms10ms20ms20ms内处理这类故障内处理这类故障, ,以避免损失扩以避免损失扩大。大。缓变故障缓变故障是从出现故障征兆发展到故障灾害是从出现故障征兆发展到故障灾害进程较慢进程较慢的一类故障现象的一类故障现象, ,例如绝缘故障、机械系统故障等。例

17、如绝缘故障、机械系统故障等。+当出现故障征兆时当出现故障征兆时, ,需要对故障进行定位需要对故障进行定位, ,或对故障或对故障的程度和发展进行监测的程度和发展进行监测, ,采取措施采取措施, ,防止故障状态的防止故障状态的进一步发展和造成重大损失进一步发展和造成重大损失。+因此因此, ,缓变故障是状态监测和故障诊断的对象缓变故障是状态监测和故障诊断的对象。故障诊断技术的产生及其作用对设备服役寿命的影响设备故障率设备故障率使用寿命曲线分为三个阶段。使用寿命曲线分为三个阶段。 1.初期阶段：故障率较高。初期阶段：故障率较高。原因：设备运行、制造、安装和调试原因：设备运行、制造、安装和调试 中的遗留

18、问题暴露；中的遗留问题暴露； 相关人员对设备的操作和维护相关人员对设备的操作和维护 还需要有一个适应和熟悉的过程。还需要有一个适应和熟悉的过程。严重的突发性绝缘故障可能导致：严重的突发性绝缘故障可能导致：初期阶段安定阶段初期阶段恶化阶段注意阶段危险阶段破坏点危险水平注意水平实施修复故障率使用寿命设备故障率使用寿命2.稳定期：故障率很低。一般为突发性故障。稳定期：故障率很低。一般为突发性故障。 原因：设备制造、安装和调试中的遗留问题没原因：设备制造、安装和调试中的遗留问题没有得到解决。有得到解决。3.劣化期：故障率开始上升。劣化期：故障率开始上升。 原因：原因： 设备逐渐老化设备逐渐老化通过故障

19、诊断，可根据设备状态做出相应通过故障诊断，可根据设备状态做出相应的维修方案和采取相应的措施，以排除故障和的维修方案和采取相应的措施，以排除故障和隐患，使设备恢复原有性能，重新进入低故障隐患，使设备恢复原有性能，重新进入低故障率的稳定期，这样就延长了设备的使用寿命。率的稳定期，这样就延长了设备的使用寿命。（虚线）（虚线）故障诊断技术的产生及其作用n绝缘事故比例高n大型电气设备的重要性n定期预防性维修体制的不足n状态监测的科学性故障诊断技术的产生及其作用 （一）国外发展概况（一）国外发展概况1967年年4月，美国宇航局（月，美国宇航局（NASA）创导，在海军）创导，在海军研究室主持下，成立了美国机

20、械故障预防小组。欧研究室主持下，成立了美国机械故障预防小组。欧洲：英国、瑞典等相继开展此项研究。亚洲：日本洲：英国、瑞典等相继开展此项研究。亚洲：日本等在钢铁、化工、电力、交通等部门积极开展此项等在钢铁、化工、电力、交通等部门积极开展此项工作。工作。故障诊断技术在国内外的发展简况故障诊断技术在国内外的发展简况（二）（二） 国内发展概况国内发展概况始于始于20世纪世纪70年代末，年代末，80年代初。国内一些重点大年代初。国内一些重点大学（西交、东电等）相继成立了故障诊断研究室。目前，学（西交、东电等）相继成立了故障诊断研究室。目前，国内大部分国内大部分200MW以上机组装有状态监测系统。以上机组

21、装有状态监测系统。 故障诊断技术成为生产领域的研究热点 应用领域广泛：航天、军事、电力、化工、交通、机械应用领域广泛：航天、军事、电力、化工、交通、机械制造等。制造等。电力诊断对象：火力水力发电机组、电力电力诊断对象：火力水力发电机组、电力（in detail） 变压器、电动机等。变压器、电动机等。故障诊断技术的产生及其作用（一）（一）构成构成:独立的跨学科综合信息处理技术独立的跨学科综合信息处理技术由以下三部分组成：由以下三部分组成：1. 故障诊断机理的研究故障诊断机理的研究：即故障诊断物理、化学过：即故障诊断物理、化学过程的研究。例：氧化、疲劳等原因研究。程的研究。例：氧化、疲劳等原因研究

22、。2.故障诊断信息学的研究故障诊断信息学的研究：故障信号的采集、选择、：故障信号的采集、选择、处理和分析过程。例：传感器采集设备运行中的处理和分析过程。例：传感器采集设备运行中的的信号（振动、转速），时、频域分析，识别评的信号（振动、转速），时、频域分析，识别评价设备的状态和故障。价设备的状态和故障。故障诊断技术构成与发展趋势故障诊断技术构成与发展趋势 3.诊断逻辑和数学原理的研究诊断逻辑和数学原理的研究通过逻辑方法、模型方法、推论方法及通过逻辑方法、模型方法、推论方法及人工智能方法等，根据可观测的设备故障人工智能方法等，根据可观测的设备故障表征来确定下一步的检测部位，最终分析表征来确定下一步

23、的检测部位，最终分析判断故障发生的部位和产生故障的原因等。判断故障发生的部位和产生故障的原因等。故障诊断技术构成与发展趋势故障诊断技术构成与发展趋势诊断过程采用四项技术：诊断过程采用四项技术：1.检测技术：准确采集反映设备状态的信号检测技术：准确采集反映设备状态的信号和参数。和参数。2.信号处理技术：将信号经过各种变换，把信号处理技术：将信号经过各种变换，把放映设备状态的真正信息提取出来。放映设备状态的真正信息提取出来。3.识别技术：根据掌握的故障征兆信息和参识别技术：根据掌握的故障征兆信息和参数，判断故障并找出原因。数，判断故障并找出原因。4.预测技术：对已识别出来的故障进行预测，预测技术：

24、对已识别出来的故障进行预测，预测故障的发展趋势和设备的剩余寿命。预测故障的发展趋势和设备的剩余寿命。故障诊断技术构成与发展趋势故障诊断技术构成与发展趋势 故障诊断与状态监测的关系故障诊断与状态监测的关系状态监测（状态监测（Condition monitoring）：）：监测和分析设备的系统工作状态信息。实监测和分析设备的系统工作状态信息。实时掌控设备基本工作状态。时掌控设备基本工作状态。通过监测结果与设定阈值之间的对比，通过监测结果与设定阈值之间的对比，仅对设备运行状态作出正常、异常或故障仅对设备运行状态作出正常、异常或故障的判断，而对故障性质、严重程度等不予的判断，而对故障性质、严重程度等不

25、予或无法进行更加深入的诊断。或无法进行更加深入的诊断。 状态监测状态监测+故障诊断故障诊断 设备诊断设备诊断故障诊断技术构成与发展趋势故障诊断技术构成与发展趋势故障诊断技术的发展趋势故障诊断技术的发展趋势信息采集：尽可能多的采集反映设备故信息采集：尽可能多的采集反映设备故障状态的信息量。真实、足够、准确。障状态的信息量。真实、足够、准确。诊断方法：根据数量较为有限的状态信诊断方法：根据数量较为有限的状态信息，采用先进的诊断方法、技术，准确判断息，采用先进的诊断方法、技术，准确判断和区分故障。和区分故障。同一故障在表现形式常常呈现多样性，同一故障在表现形式常常呈现多样性，不同故障的表现形式却具有

26、相似性、模糊性。不同故障的表现形式却具有相似性、模糊性。故障诊断技术构成与发展趋势故障诊断技术构成与发展趋势它的发展越来越呈现出一种与当代前沿它的发展越来越呈现出一种与当代前沿科学相融合的发展趋势。科学相融合的发展趋势。 1）与人工神经网络、专家系统和遗传）与人工神经网络、专家系统和遗传算法为代表的人工智能技术的结合算法为代表的人工智能技术的结合 2）与小波分析、模糊数学相结合）与小波分析、模糊数学相结合 3）与信息融合技术相结合）与信息融合技术相结合故障诊断技术构成与发展趋势故障诊断技术构成与发展趋势（一）（一）电气设备电气设备主要指电力系统中承担发、输、变、配的高压设备。例：高压套管、避雷器、电动机等。（二）（二）故障诊断系统与断电保护的区别故障诊断系统与断电保护的区别 电气设备的状态可分为：电气设备的状态可分为： 1.正常（正常（Normal）：设备具备其应有的功能，：设备具备其应有的功能，没有缺陷或缺陷不明显，缺陷严重程度没有缺陷或缺陷不明显，缺陷严重程度 仍属于容限范围内。仍属于容限范围内。电气设备故障诊断电气设备故障诊断2.异常异常(abnormal)：缺陷有了进一步的：缺陷有了进一步的发展，设备状