电气设备故障分析及诊断方法 (毕业论文)

1摘要本文对电气设备的发热源及在工作运行中出现的故障进行了介绍，并对造成外部故障与内部故障的各种原因进行了详细的分析与说明。系统阐述了在日常应用中简便实用的电阻法、电流法和电压法等故障检测方法及其工作原理。详细介绍了目前得到广泛关注与应用的红外诊断技术，论述了红外诊断技术的成像原理、系统组成与功能、测温方法等，并对红外检测技术的特点与判断方法进行了简述。关键词设备故障；检测方法；红外诊断技术2ABSTRATthispaperintroducestheheatsourcesoftheelectricalequipmentandthefaultappearintheworkofrunning,detailedanalysisandexplaintheexternalfaultandinternalfaultcausedbyavarietyofreasons.Systemdescribedmanysimpleandpracticaldailyapplicationssuchasresistancemethod,currentlawandvoltagelaw,andtheirworkprinciples.Detailedintroducetheinfrareddiagnostictechniqueswhichisnowwidespreadinterestandapplicated,Discussetheprinciplesofinfraredimagingdiagnostictechnology,systemcompositionandfunctionsoftemperaturemeasurementmethods,descripthecharacteristicsandJudgementmethodsoftheinfrareddetectionmethodKeywors：Equipmentfailure;detection;infrareddiagnostics3目录前言..............................................................4第一章电气设备的发热源及故障.....................................51.1电气设备发热源............................................51.2电气设备故障..............................................51.2.1电气设备外部故障......................................51.2.2电气设备内部故障.....................................5第二章常用电气设备故障检测方法....................................62.1电阻法...................................................62.2电流法.....................................................82.3电压法....................................................9第三章红外线诊断技术..............................................103.1红外热成像的基本原理.....................................113.1.1红外热像仪的结构和信息采集原理......................113.1.2红外热像仪的图像处理系统.............................123.1.3红外热像仪的测温方法................................133.2电气设备红外诊断技术的特点与判别方法.....................133.2.1红外诊断技术的特点......................................143.2.2红外诊断技术的判别方法..................................15总结.........................................................16参考文献.......................................................17谢辞.........................................................184前言我们知道，电能的生产、输送和分配使用是个连续过程，其中任何一个环节发生事故都会危及整个系统的正常运行。因此，电气设备运行状态的在线监测和故障诊断，使设备从传统的预防性检修提高到预知性状态检修，对提高设备运行可靠性与有效度，提高电力系统运行经济效益，降低维修成本，都有很重要的意义。因此，对电气设备运行状态的监测、故障诊断和及时维修日益受到人们的高度重视。随着现代红外技术不断成熟和日臻完善，利用红外检测的远距离、不接触、准确、实时、快速等优点发展起来的电气设备状态红外监测技术，由于在不停电、不取样、不解体的情况下能快速实时地在线监测和诊断电力设备的大多数故障，所以倍受国内外电力行业的重视，并得到快速发展，它的普及与应用已逐步成为诸多行业和领域确保设备正常运行而采取的一种重要技术手段。综上所述，电气设备的故障分析与诊断，红外诊断技术的普及与推广，是电力生产和安全管理，节能降耗和状态检修的迫切需要，可实现经济效益和社会效益双赢，具有重要的意义。5第一章电气设备的发热源及故障1.1电气设备发热源电气设备在工作时，由于电流、电压的作用，将产生电阻损耗发热、介质损耗发热、铁损致热等三种热故障。1.2电气设备故障电气设备的故障形式多种多样，主要可以分为外部故障和内部故障两大类。1.2.1电气设备外部故障电气设备外部故障主要是指从外界可以直接观测到的设备部位所发生的故障。其中包含两种情形：一是长期暴露在大气中的各种裸露电气接头因接触不良等原因引起的过热故障；二是由于设备表面污垢或机械力作用引起绝缘性能降低导致的过热故障。外部故障主要表现在各种导电部件的链接或结合不良而引起的过热故障。主要有以下各种外部缺陷：①各种裸露接头、线夹、导电板外连接以及软连接不良引起的过热缺陷。其主要原因有连接处氧化及连接禁锢螺丝松弛等因数导致其导电部件电阻增大，在电流的作用下过热。②刀闸的刀口与触指以及转动帽与球头结合不良而引起的刀口过热和转动体过热。这种缺陷是由于结合体结合不紧密或结合面产生氧化层等因素导致接触电阻增大，在电流的作用下过热。③支持绝缘子发热缺陷。正常的支持绝缘子在靠近导体处有轻微发热，异常绝缘子则表现为整体或局部明显发热。④穿墙套管支撑管发热。大电流穿墙套管的支撑管未开口，引起较大的涡流损耗而发热。⑤导线松股或断股引起的导线阻值不均匀而发热。⑥变压器类设备箱体上因漏磁产生的涡流损耗而引起的过热。这种缺陷主要因设计不合理使得漏磁在螺栓或箱体上感应出涡流而过热。1.2.2电气设备的内部故障电气设备内部故障热传导延伸出的过热情况，缺陷比较隐蔽，但内部热缺陷一般都发热时间比较长而且比较稳定，故障点的热量可以通过热传导和对流，与故障点周围的导体或绝缘材料发生热传递，引起这些部位的温度升高，尤其是与之有电连接的导体，从而引起显著的温升效应。其主要缺陷有以下几方面情形：①各种内部连接不良引起的内部过热。这种缺陷主要出现在变压器套管的63根部或头部的将军帽内的连接不良、CT的一次接线内连接不良、少油开关内部触头座固定不良引起的内部过热缺陷。②各种断路器的内部触头接触不良引起的触头过热。由于接触不良，导致接触电阻增大，在电流作用下引起过热。这种缺陷主要出现在少油断路器的动静触头和中间触头以及多油断路器的动静触头上。③充油设备的内部油绝缘不良。此类缺陷表现为油介质损耗增大，在电压作用下导致设备本体过热。④充油设备缺油。⑤避雷器内部受潮及阀片老化。⑥瓷瓶的劣化及污垢缺陷。通常劣化瓷瓶的局部过热较重，而污垢时局部过热较轻。第二章常用电气设备故障检测方法2.1电阻法电阻测量的原理是：在被测线路两端加一电源后，被测线路流过的电流与其电阻成反比。这样在测量回路中串接一电流表，就可以直接在电流表的刻度盘上标出电阻的大小。MF30型万用表电阻档原理图如图1所示图1MF30型万用表电阻档原理图万用表的低阻挡（R×1、R×10、R×100、R×1k）一般采用的电源是1.5V74千电池，所以无论测量组织多大，两表笔之间电压不超过1.5V，而高阻挡则不同，如MF500型万用表采用的电池为9V叠层电池，MF30型万用表采用15V电池，而MF95型万用表使用的是22.5V的叠层电池。测绝缘电阻的绝缘电阻表，采用手摇发电机获得高电压，可达数百伏至数千伏。利用电阻表进行测量，主要判断线路是否通断。例如测量熔断器管座两端，如果阻值小于0.5，就认为正常；如果阻值为数欧，则认为接触不良，需进行处理；如果阻值超过10k，则认为断线不通。例如在图2中，按下起动按钮，接触器不动作，为了判断是哪一部分接触不良，先进行第1步测量（按下起动按钮），如果不导通，则进行第2步测量；如果导通，则进行第6步测量。如此进行下去，就可以将故障点找出来。常用的测量数据如表1图2电阻法测量示意图82.2电流法电路正常工作时的电流大小，反映了电路的工作状态。在电路中串接电流表，即可读出电路的电流。电流表采用的是灵敏度较高、量程较小的电流表。为了扩展电流表的量程，可在电流表上并联一阻值很小的电阻，从而将电流表的量程扩大。其电路原理图如图3所示。电流表测量步骤举例如图4所示。9图4电流法测量步骤举例由于测电流需要断开线路，将电流表串接到线路中，因此带来了一些使用上的不方便，影响了这种方法的使用。有时候，也采用钳形电流表进行电流测量，但钳形表只能测交流电流，且误差相应较大，对多根芯线的导线如电缆等，不容易测取单根导线的电流。但电流法有其他方法所不能比拟的优点，那就是能断定用电设备的工作状态。常见设备电流数值见表2102.3电压法电路在工作时，不同点之间的电压也不同。如果在电压不同的两点之间接入一个电阻固定的支路时，支路中就会有电流流过，通过串接在支路中的电流表的读数，就可读出此时的电压。如图5示出了电压表的原理图。在测量时，由于电压表并联于电路中，因此其内阻的大小是电压表的一个重要参数。内阻越大对电路的影响就越小，测量误差也就越小。电压法测量举例如图6所示。图6电压法测量举例测量时，一般先测电源电压，然后测支路电压。如果两点之间电压不为0，则可以肯定两点之间不是完全导通（接触不良或有一定的阻值）。接触器线圈两端电压为电源电压而接触器不动作，则线圈回路肯定不通。电阻法、电压法、电流法的应用见表311第三章红外线诊断技术现代电力工业逐渐向高电压、大机组、大容量的迅速发展，电力系统对安全可靠运行提出了越来越高的要求。因此，对电气设备运行状态的监测、故障诊断和及时维修日益受到人们的高度重视。虽然电阻法、电压法等检测方法简便实用，在当前电力预防性试验使用的测试方法中，每一种方法都不可能适用于所有电气设备各种故障的检测。但是，红外诊断技术能够适用于发电厂和变电站、输电、配电等所有高压电气设备中各种故障的检测。随着现代红外技术不断成熟和日臻完善，利用红外检测的远距离、不接触、准确、实时、快速等优点发展起来的电气设备状态红外监测技术，由于在不停电、不取样、不解体的情况下能快速实时地在线监测和诊断电力设备的大多数故障，所以倍受国内外电力行业的重视，并得到快速发展，它的普及与应用已逐步成为诸多行业和领域确保设备正常运行而采取的一种重要技术手段。下面简要介绍红外线诊断技术的基本原理与系统组成3.1红外热成像的基本原理电力设备运行状态在红