南理工_电气设备故障诊断课程_第1章绪论

单梁南京理工大学自动化学院电气工程系1单梁办公室电话：84315147办公室地点：基础实验楼338E-mail：[e-mail]课件下载邮箱：[e-mail]:sl100823课程任务和性质☆本课程为电气工程及其自动化专业的一门专业选修课程。☆基础课程：电路、模电、电力电子技术☆课程任务：以电气设备的设计和应用为目标，介绍各类电气设备故障的诊断方法。《电气设备故障诊断技术》.张建文.北京：中国水利水电出版社，2006.《电气绝缘在线检测技术》.严璋.北京：高等教育出版社，1998.《电气设备状态检测与故障诊断技术》.朱德恒.北京：中国电力出版社，2009.4参考书目5☆考查形式：平时40％考试（开卷）60％1、绪论2、电气绝缘基础理论3、电力设备绝缘预防性试验4、电气设备在线检测与故障诊断5、红外紫外及激光成像技术的应用6、故障诊断新理论新方法7、笼型异步电机故障的信息融合诊断方法6主要内容及安排1.1、故障诊断技术的产生及作用1.2、故障诊断技术在国内外的发展简况1.3、故障诊断技术的构成与发展趋势1.4、电气设备故障诊断技术71、绪论第一节故障诊断技术的产生及其作用故障诊断：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综合性的新兴科学。功能：能实现设备在带负载、不停机的情况下，通过使用先进的技术手段，对设备状态参数进行监测和分析，判断设备是否存在异常或故障、故障的部位和原因以及故障的劣化趋势等，以确定合理的检修时间和方案。8电力系统的稳定性问题电厂电力网用户系统瞬间改变发电、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。第一节故障诊断技术的产生及其作用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电，造成近30亿美元经济损失，50多万人被困在地下和地铁的车厢里。1989年3月6日太阳出现过一次强度达的X15级耀斑，伴随产生的太阳风暴导致加拿大电力输送中断，600万人断电9小时之久，经济损失达10亿美元。第一节故障诊断技术的产生及其作用美国旧金山1998年2月8日，太平洋天然气电力公司(PGE)变电站发生停电事故，所有从圣马特欧变电站至旧金山的5条115kV输电线全部跳开，旧金山地区2个发电厂解列，456000多个用户停电。旧金山大停电第一节故障诊断技术的产生及其作用巴西大停电巴西圣保罗1999年，由于闪电击中圣保罗的一个变电站，变压器跳闸导致电网解列，引起巴西南部地区停电长达4小时之久。停电波及巴西27个州的11个州，停电地区是巴西人口和工商业最密集的地区，直接影响1.7亿人的正常工作与生活，经济损失非常严重。由于停电发生在午间交通高峰时间，交通灯熄灭，引起严重交通堵塞。第一节故障诊断技术的产生及其作用美国纽约2002年3月位于曼哈顿东区的爱迪生联合电厂突然失火，并引燃了用于发电的燃油。这起事故造成纽约第14大街以南的6.3万户居民住宅停电，附近的格林尼治和索霍等地区也受到影响。居住在世贸中心遗址附近的居民又一次感受到了“９·１１”时的恐怖气氛。驾车者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行驶，高大建筑内的人们在漆黑的楼道里摸索着前行，耳边不时传来阵阵警笛声。纽约大停电（II）第一节故障诊断技术的产生及其作用菲律宾主岛吕宋岛2002年5月21日由于海底电缆损坏，引发大面积停电事故，全国人口一半以上受到影响。首都马尼拉和广泛地区四千多万人没有电力供应。这次停电对菲律宾的商业运作造成重大打击。受停电影响，铁路系统停顿，数以千计的乘客被困车厢内；菲律宾股票市场也被迫中断交易。菲律宾大停电第一节故障诊断技术的产生及其作用加州大停电美国加州2002年1月以及3月连续两次发生全州停电事故。为防止整个系统瘫痪，加州实行了二战后的首次灯火管制，以避免对电力设备造成损害，引发更大面积的不能控制的断电事故。电力官员称用电高峰再次对该州设备严重老化的电力系统带来完全瘫痪的威胁，加州已宣布进入3级紧急状态。Cisco、IBM和Intel等公司担心加州能源危机恶化，正考虑撤离硅谷。加州议会曾拟定一项4亿美元的电力拯救计划。第一节故障诊断技术的产生及其作用希腊北部地区2002年6月12日下午由于气温过高，希腊北部最大城市萨洛尼卡附近一座变电站内的变压器突然发生爆炸，造成包括该市在内的大部分希腊北部地区供电中断。发生长达一个多小时的严重停电事故，造成许多城市交通瘫痪，通讯系统无法正常工作。瑞典首都斯德哥尔摩于2002年3月11日开始，由于地下隧道的输电电缆被烧毁，连续两天发生大面积停电事件，造成许多工厂停产，严重影响了当地居民的正常生活。英国南部莱斯特郡5月11日发生大面积停电。2万多户家庭连续几天生活在黑暗中。附近的肯特郡、萨塞克斯郡和萨里郡的3.1万户家庭的断电现象则持续了更长一段时间。第一节故障诊断技术的产生及其作用在我国，近20年来各大电网中规模较大的停电事故约有140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。第一节故障诊断技术的产生及其作用台湾1999年7月29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、深澳电厂以及核能一、二、三厂全部跳闸，总跳机电量高达1000万千瓦，全台湾停电用户高达900万户。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150亿新台币以上。新竹科学园的26座晶片厂生产线因此停顿1至2天，每座晶片厂的损失估计超过5000万元，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100亿元以上。台湾大停电第一节故障诊断技术的产生及其作用辽沈地区2001年2月22日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区停电面积已经超过70%。辽沈停电事故是从高压输电线路的燃弧放电开始的。辽沈为我国重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电流沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙放电现象。辽沈停电事故中，几乎所有的高压输电线路都“火冒三丈”，停电事故最厉害的就是工业集中、污染严重的铁西区，该区全部停止了电力供应，损失巨大。辽沈大停电第一节故障诊断技术的产生及其作用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海0.062.1245.3139.170.0010.782.56太原1.633.0416.7664.710.5310.313.02长春0.401.8214.6669.260.008.025.84杭州2.974.8218.4467.180.005.341.25广州0.0019.4528.6950.960.000.000.90西宁0.043.7849.5029.190.0017.490.00(%)第一节故障诊断技术的产生及其作用视频1视频21981～1990年间，我国主要电网有近1/3的电网事故的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在“八五”期间，由设备故障直接引发的电网事故占事故总量的26.3%，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。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。第一节故障诊断技术的产生及其作用2122第一节故障诊断技术的产生及其作用长期以来，由于人们无法准确掌握设备运行情况，因而不能预知事故的发生，所以不得不采取两种维修对策：1）等设备坏了再维修，称为事后维修这种办法的问题是经济损失很大。因为等设备运行到破坏为止，往往需要昂贵的维修费用；灾难性的损坏需要更换设备，还可能造成人员伤亡。2）定期检修设备，称为预防维修有一定的计划性和预防性，但其缺点是如无故障，则经济消耗较大。因此合理的维修应是预知性维修。即在设备故障出现的早期就监测隐患，提早预报，以便适时、合理地采取措施。故障在线诊断技术也应运而生。23第一节故障诊断技术的产生及其作用故障诊断的作用主要有：1）早期预报，防止事故发生；2）预知性维修，提高设备管理水平；3）方便检修，缩短了维修时间，提高设备利用率；4）对提高设备地设计制造水平，改善产品质量有指导意义。作用：减少了事故停机损失；提高了设备运行的可靠性和经济效益；降低了维修费用。其优越性已为越来越多的所共识，进而得到重视。24第一节故障诊断技术的产生及其作用可靠性：指设备在规定的时间内、规定的条件下完成规定功能的能力。可靠性定义的三要素：规定的条件、规定的时间、规定的功能。25第一节故障诊断技术的产生及其作用规定时间：系统的可靠性与规定的时间也密切相关。系统的可靠性将随时间的推移而降低。规定功能：规定的功能越强，系统的可靠性越低。条件：环境的温度、湿度、气压、加速度等。功能：预定性能和指标。可靠性规定条件：系统的可靠性与规定的条件关系密切，同一系统在不同的运行条件下的可靠性完全不同。第一节故障诊断技术的产生及其作用26串联系统的可靠性设不可维修系统S由n个独立子系统串联组成。任何一个子系统失效都会引起系统S的失效，那么系统S的寿命T为：T＝min(T1,T2,…,Tn)S1S2Sn......串联系统概念图27串联系统的可靠性串联系统S的可靠度为：串联系统S的失效率为：表明：串联系统的失效率等于所有子系统失效率的总和。121211(){min(,,...,)}{,,...,}()()nnnniiiiRtPTTTtPTtTtTtPTtRt1()()niitt28并联系统的可靠性设系统S由n个独立子系统并联组成。S1S2Sn并联系统概念图29并联系统的可靠性由n个独立子系统并联组成，只有所有部件均失效时系统才会失效。因此系统S的寿命T为：T＝max(T1,T2,…,Tn)并联系统S的可靠度为：表明：并联系统随着子系统的增加，系统的可靠度将单调递增。1211(){max(,,...,)}1()1[1()]nnniiiiRtPTTTtPTtRt30“浴盆”曲线：◦故障率与使用寿命之间的关系。重新进入稳定期31第一节故障诊断技术的产生及其作用“浴盆”曲线统计表明，多数不可修复设备的故障率与时间的关系呈浴盆曲线，起始故障率呈下降趋势，之后保持基本恒定，最后呈上升的趋势。0t()tIIIIII可靠度与时间关系第I阶段：早期故障期(初期)，反映了设计或制造工艺的缺陷；第II阶段：偶发故障期（稳定期），故障率较低，且近似为常数；第III阶段：设备进入老化阶段（劣化期），故障率呈上升趋势。32电气设备的维修体制：◦事后维修（breakdownmaintenance）：等到设备无法正常工作时再进行维修◦预防维修（preventivemaintenance）：预先制订计划，定期进行检修和更换◦状态维修（condition/predictivemaintenance）：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当修则修避免了“过渡维修”和当修不修33第一节故障诊断技术的产生及其作用34第二节故障诊断技术在国内外的发展情况20世纪60年代后期首先在美国出现◦最初的目的是用于对航天、核能、军事装备等进行早期异常检测。◦故障诊断技术是人们在社会生产实践中付出了沉重的经济代价后的产物。35第二节故障诊断技术在国内外的发展情况英国、丹麦、瑞典等国也相继开展了此项工作。日本在许多产业部门也积极开展这方面的研究和应用工作，许多技术得到了成功的应用。第二节故障诊断技术在国内外的发展简况•1967年，成立美国机械故障预防小组（MFPG）。36国内的研究始于20世纪70年代末期。1983年，国家在相关条条例中规定：“根据生产需要，逐步采用现代故障诊断和状态监测技术，发展以状态维修为基础的预防性维修。”80年代初，国内一些大学等相继成立了故障诊断研究室。目前，国内很多200MW以上的汽轮发电