杨絮

摘要：高压电力设备故障诊断的主要目的是对于设备有无故障进行相应的判断工作，其判断的内容主要包括故障的性质、原因以及所属类型。在判断过程中，研究者认为应先判断故障的类型，待类型确定后，再对其进行具体故障的诊断，从而有效提升故障的诊断效率。

1 设备故障诊断

1.1 依据样板进行的诊断

（1）阈值诊断

作为一种广泛应用的电力设备诊断方式，阈值诊断在我国高压电力设备故障的诊断工作中具有极为重要的意义。从定义上来讲，阈值又被称为“临界值”，顾名思义，其主要用电力设备在正常状态下所能达到临界值作为诊断的具体标准，从而实现对于设备状态的判定工作。

（2）频率特征诊断

在运行过程中，电力变压器绕组出现变形主要是由于在承受了机械力作用后，其绕组可能出现幅向和轴向变形与扭曲的情况。通常来说，造成该绕组出现变形情况的主要因素是变压器在运行的过程中受到了多种短路故障的冲击或者其在运输过程中发生了碰撞[1]。

（3）时域波形诊断

作为以电磁铁为操作的控制元件，高压断路器的控制回路大多数直接采用直流电。假设在t0的瞬间，断路器下达分（合）闸的命令，此时流经电磁铁线圈中的电流为i0。则在电流波形中，横轴标注的刻度可以被视为电磁铁的动铁芯在动作过程中状态出现变化的时间点。其中，t0代表该过程的起点;t1代表动铁芯开始进行运动;t2代表铁芯触动操作机构并造成负载的时间点;t3代表电磁线的回路断开的时间点。假设直流电源的电压值为U，回路的电阻值为R，线圈的电感值为L，则在分（合）闸的命令下达后，电流i应满足以下公式：

时间点为t0时，动铁芯未进行运动，则此时L保持不变，此外，电流i伴随着时间t依照指数的规律上升，当时间到达t1（即电流量为I1）时，该设备线圈中的电流与磁路中的磁通已经增加到可以驱使铁芯进行运动的临界值，则设备内的动铁芯开始进行运动。此时间点后，由于动铁芯的运动，L的值发生了相应的变化，从而造成电流的数值逐渐下降，当期下降到t2时，动铁芯造成操作机构负载，从而出现速度的显著减弱或者停止。t2后，L的数值不再发生变化，则电流量继续上升，直到t3（即电流量为I3）时，断路器的辅助触点断开，同时切断电磁线圈的回路。在t3后，电流量的数值逐渐下降为0，由此可以得出，电流与电磁铁内动铁芯的状态具有密切的联系，该图可以作为故障诊断的标准进行使用，若发现设备的实际工作数值与其有显著偏差，则证明设备存在相关缺陷。

（4）指纹诊断

指纹诊断主要是指在对电力设备进行相关测试后，将所测得的数据进行处理生成相应的图像，然后以此与样本进行比对，从而对设备的运行状态进行判断。在设备状态的判定工作上，研究者主要通过对于图像波形进行分析来取得最终的判定结果。以设备局部放电故障的判断为例，作为判断高压设备绝缘状态重要的标准，局部放电的判断对于设备维修来说具有极其重要的意义。

2 依据规则进行的诊断

（1）模糊诊断

设备故障的初期，诊断得出的相关数据具有一定的随机性与模糊性，其中，随机性可以使用概率论的方法进行处理，模糊性需要使用模糊集合论进行解决。

（2）逻辑诊断

在进行逻辑诊断的过程中，研究者主要将特征归纳为“有故障”或者“无故障”等两种情况，从而可以采用二值逻辑对于设备的状态与特征进行相应的描述。在优势上，逻辑诊断的方式较为简单明了，因此受到了极为广泛的应用。

3电气设备故障系统设计

3.1 开关柜故障监测系统设计

（1）系统硬件设计

整个监测系统主要由信号线缆、温度传感器、数据采集与转换器、RS-485转换器、RS-485总线以及系统监测模块构成。其中，在系统设计中，每个开关柜需要配置6个用于进行温度监测的传感器。在设计中，需考虑系统在高压、高温以及高磁场环境下可以保持正常工作。

①温度采集模块：通过该模块可以对开关柜内的温度进行有效的采集并实现数据的传输工作。根据传感器的不同，采集模块设计方式也应有所区别。

②温度传感器：为了确保传感器的使用寿命，针对高压过热故障选用光纤传感器，针对低压过热故障选用数字式单总线传感器，为了确保监测的准确性，传感器精度应不低于100。

③RS-485总线：在控制中心与温度采集模块之间，利用RS-485总线进行连接，从而有效确保信号的传输。为了确保通讯质量，监测计算机与开关柜的距离应不超过1200m，在总线末端，应选取相应的RS-485数据转换器负责信号的转换。

（2）系统软件设计

在软件设计上，选取MFC作为编程语言，凭借其预留代码的优势，可有效缩短系统开发的时间，从而促进工作效率的提升。从总体上来看，系统的功能模块大致可以分成自检模块、数据分析与显示模块、温度控制模块、运行预警模块、日志生成模块。

①系统功能自检模块

为了有效确保系统的正常工作，在首次通电时，系统会对传感器、温度采集模块以及监测计算机等设备进行自检，从而及时发现并提示相关故障。

②数据显示分析模块

该模块主要用于对研究过程中所采集到的数据信息进行有效的显示，从而便于操作者对设备情况进行分析。各个测温点的温度应使用温度变化曲线与数码管进行表示。

③温度数据管理模块

该模块主要用于设置温度报警的极限值，通常情况下，根据开关柜的温度检测情况，可以将报警极限值划分为三种类型：温升趋势报警、温度上限报警以及温差报警。在操作过程中，对该模块进行设置需具有管理员权限，以免系统出现异常报警现象。

（3）相关设备参数设计

温度在线监测仪

通过温度在线监测仪所组成的网络节点，可以有效对传感器的温度数据进行采集。在安装问题上，可以将监测仪直接嵌入开关柜的柜门上，也可将其放置与其他位置。

作为重要的电气设备之一，开关柜对于电力系统的运行具有重要的意义和价值，通过在线监测的方式，可以有效对开关柜内的温度、压力以及磁场环境等情况进行实时监测，从而有效促进了监测工作的效率[2]。

（4）开关柜设备热源的计算流程设计

通常情况下，开关柜出现发热的情况与热场、电磁场、流体场具有密切的联系，因此，在求解的过程中，应有效实现多个物理场的联合。其中，在对多物理场进行仿真计算时，应根据电磁场仿真计算方法与解析公式进行热源的计算，在计算结果得出后，将其作为荷载，与其他边界条件同步加载到流体场和热场中进行相应的计算。

（5）应用原理

本方案选取开关柜检测仪进行监测工作，装置下级的功能单元主要使用模块化的方式进行设计，各个模块之间具有相对的独立性，所有模块均受到智能开关柜监测仪器的统一控制。其中，各个功能单元负责对各类信号进行处理，并最终由监测仪进行统一管理。在监测工作中，监测仪为研究者提供了数据的存储与查询便利，同时，借助USB接口，可以实现历史记录的转存。

（6）进风通道改良设计

通过上述结果，可以对开关柜设备的进风通道进行相应的改良，从而有效实现温度的降低。在降温措施中，通过风机的使用，可以对设备进行强迫风冷，借助抽风与送风结合的方式，可以有效实现进风口面积的扩大，以便更好地实现外界空气向开关柜内的吹入，以便更好地增强对流风量。若设备内设有多个风机，可以通过对风机的布局进行优化，以便有效避免风机风量的抵消。

【参考文献】

1.肖远文.红外热成像技术对高压电气设备的诊断与分析[J].山东工业技术，2018（14）：155-156.

[2]  王胜辉.基于OpenCV的高压电气设备放电紫外成像检测图像量化参数提取[J].计算機应用与软件，2016，33（09）：167-170+189.