浅谈高压开关电器设备故障及诊断研究
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摘要:本文主要探讨分析了高压开关电器设备检修与故障的三种类型，从导流回路的发热机理和表征、介质损耗的发热机理和表征、电器设备的热稳定及异常的判定三方面探讨了电气设备的故障机理与外在的表现形式。
关键词：电器设备；故障；诊断；发热机理
中图分类号：TM56 文献标识码：A
在整个电力系统中，一旦某一环节中某个设备出现故障，都将对用户正常的安全生产直接或间接地产生影响，更甚者还可能会带来巨大的经济损失或对用户员工的生命安全构成威胁，因而，电力设备的稳定性和供电过程的连续性越来越受到人们的重视。
设备可靠性是指在规定时间和条件下，电气设备对规定功能的完成能力。而设备的故障是指电气设备整体或局部在规定时间和条件下，对规定功能的完成能力被降低或丧失。一直以来，国家和行业都分别为提高供电可靠性，降低设备故障率而努力，有些电力企业为此还更换为可靠性较高的设备。然而，经相关实践证明，对于设备可靠性的提高和故障率的降低仅仅依靠更换高级设备是有限的，因而即使功能再好，再高级的设备也避免不了故障的发生，因而，另外还应加强设备性能检测手段地强化、检测手段地拓宽、故障发现率地提高等工作才能有效达到缩短维修实践和提高设备可靠性的目的。
一、电力设备的检修与故障
1.故障后维修
故障后维修是指在电力设备故障发生后或者发生故障并造成相关事故后进行的维修工作，也可称为故障抢修。该检修方式较为消极和被动，一般都会对用户和电力企业造成一定的经济损失，因而，该维修方式是不可取的。
2.预防故障维修。
预防性故障维修是以时间为依据对设备或装置进行定期的维护，也可称为定期检修。其可分为预防性实验和定期检修。
预防性实验是在停电或停运的条件下进行的，具有增加维护成本、费时、费力、对设备正常运行造成影响、检测不到正常运行中设备的真实技术性能和状态等缺点，更为重要的一点是对于已存在的故障或随机因素引起的偶发性故障不能轻易发现，会出现经常将其误判为“合格”的现象。
定期检修是指根据设备的规定时间和周期进行的，该检修方式直接或间接地受检修人员素质高低和责任心的影响，比如说对漏检或漏修设备某个部件，对本来运行正常的设备引入新的缺陷和隐患，或者更换的零部件的质量不理想。另外，由于这种检修方式对设备的拆装频率较高，因而将直接或间接对设备零件造成损坏影响，同时增加维修成本，特别是每次重装后都会有新问题地出现。
3.预知检修
预知检修是近几年发展起来的，是一种比较先进的检修方式，也可称为状态检修。该检修方式主要是通过设备的分时巡查测试和适时监测来掌握每台设备的具体运行状态、性能变化趋势和恶化程度。其对于常规的定期检修和实验已不再像以往检修方式一样以时间为依据来进行的，真正实现了无病不修、有病才修、修必修好的目的。该检修方式具有检修次数少、停运损失少、有针对性地进行设备零部件的检修、有针对性地检查相关衔接部位、提高设备利用率和有效防止意外突发事故的发生等优点。
二、电气设备的故障机理与外在的表现形式
1.导流回路的发热机理和表征
电力系统中的电力设备的组成部分是导流回路、绝缘防护部分、导磁回路部分和控制传动部分，其中导流回路一般都是由铜或铅等金属制成，是其较为重要的组成部分。引起导流回路电阻增大的主要原因是整个回路中的触头、接头或连接件等电气节点出现了接触面或接触压力等事件。根据焦耳-楞次定律：
P=I2R或P=I2RT
（其中P是指发热功率（W），I是指通过负荷电流（A），R是指直流电阻（Ω））
当有负载电流通过导流回路时，必然会通过热损耗的形式消耗一部分电能，产生发热功率，从而使接触不良导体产生局部发热现象，进而使金属导体接触面被加速氧化，并形成恶性循环。
2.介质损耗的发热机理和表征
绝缘防护部分具有绝缘、散热、灭弧等作用，是电器设备中另一相当重要的组成部分，其主要是由固体、液体或气体等电介质构成。介质损耗是指在交变电压作用下绝缘介质的能量损耗，由该损耗形成的发热功率可以表示为：
P=U2ωCtgδ
（其中P是指发热功率（W），ω是指交变电压的角频率（ω=2πf），U是指施加电压（V），C是指介质等值电容（F），Ctgδ是指介质损耗角正切值。）
通过该式，介质损耗与施加电压平方成正比，直接或间接受式样尺寸、介质材料和电压频率的影响，但与负荷电流大小无关，且设备内部和导体周围的绝缘介质即使处于正常运行状态，也会受交变电压作用而引起介质损耗并发热，从而使得损耗因素不断增大，并增加了发热功率，进而使设备的运行温度不断被升高。同时，由于设备的内部故障不同于外部故障能被直观察觉，而是以传热原理显现在外部，因而，工作人员在巡查检测中可以结合温度分布规律或热表现象来发现设备的热状态、变化趋势及部位。
3.电器设备的热稳定及异常的判定
总所周知，电气设备在运行之前的温度与周围介质是相同的，但运行后其温度就会升高，进而形成温差，并以传导或辐射等方式传入周围介质，而当周围介质与发热导体温度相对平衡后，若工作电流不变，则导体温度也会相对温度，即在正常运行情况下，电源、地点、时间和设备都相同时，设备的温度升温也相同。但设备的故障发热升温却恰恰相反，要比正常高，并产生差异，若差异值越大，则设备的危害也越大。
3.1电器设备外部故障判定
电器设备的外部故障是能用肉眼看到的，对其应根据GB763-90《导则》规定的最高允许温度进行。其中当相间温差小于20℃时为正常发热，当相间温差在20℃~40℃时为异常发热，而当相间温差在40℃以上时为严重发热，对于处于危险区的应立即处理。
3.2电器设备内部故障判定
在各类电器设备中，发生内部故障比例较大的是通断类设备。一般由各类触头接触不良产生的热功率通过两种方式来传导，一种是通过金属连接部件传导到外部，一种是通过固液气等介质传导，当传导到外部时就产生了温度差。通常情况下，判定内部故障的原则有两个，一种是根据金属导体，另一种是根据绝缘介质传导。其中前者中当设备表面升温在15℃以下且相间温差低于10℃时为正常发热；当外部最高温升在15℃~20℃范围内且相间温差在10℃~15℃时为异常发热；当设备外部最高温升在20℃以上且相间温差超过15℃为严重发热。后者中当设备表面温升在3℃~8℃且相间温差在2℃~4℃时为一般故障。
结论
总之，电器设备诊断是一项较为复杂的技术工程，涉及面较广，难度也较大。运行设备的测试手段主要有红外检测、蜡片检测、分时红外测试几种测试手段，其中红外诊断技术不仅能满足电力生产设备的高温、高压、高速旋转、高电压等要求，还能准确判断出设备故障、降低维修费用、提高设备可靠性，因而其应用较为广泛，但其仍须行业内相关人士继续研究和探索。