變電設備在線監(jiān)測投資建議

耿寶宏，張軍陽，高強

（東北電力科學研究院有限公司，遼寧沈陽 110006）

合理采用在線監(jiān)測技術可以有效地反映變電設備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)某些缺陷，從而盡早制定檢修策略，避免設備事故的發(fā)生，減少事故損失。在線監(jiān)測的最終目標是為設備的狀態(tài)檢修服務，是狀態(tài)檢修基礎數(shù)據(jù)的重要來源。在線監(jiān)測能夠在設備運行過程中實時跟蹤設備的相關運行狀態(tài)，為設備的狀態(tài)評價提供真實可靠的依據(jù)，而準確的狀態(tài)評價是制定正確檢修策略的前提。狀態(tài)檢修的目標是要提高設備的運行效率，節(jié)約設備的運行維護成本，保證供電的可靠性，是設備全壽命周期管理的重要一環(huán)。然而，在線監(jiān)測項目眾多，技術水平參差不齊，應用效果以及實施費用也有很大的差異。另外很多一次設備由于新的工藝和材料的引入，其可靠性越來越高，維護量大幅減少。因此應從根本上把握在線監(jiān)測投入的目標，即減少維護、節(jié)約成本，要具有最高的產(chǎn)出/投入比。對于在線監(jiān)測進行投資分析是實現(xiàn)這一目標的重要環(huán)節(jié)。

顯然，在線監(jiān)測的投資分析應該綜合考慮一次設備的檢修方式、故障損失以及在線監(jiān)測裝置的可用性和投入費用等因素，進行合理的統(tǒng)計分析，得出最優(yōu)的投資方案。

1 設備檢修模式的考慮

為確定某種一次設備是否需要安裝在線監(jiān)測裝置，首先應明確此設備的檢修模式。實際上并不是所有一次設備都要求采用狀態(tài)檢修方式的，定期檢修和事后檢修這2種傳統(tǒng)檢修方式也沒有被完全淘汰。因為受設備本身故障的后果以及自身成本、狀態(tài)可監(jiān)測性等因素影響，應根據(jù)一定的規(guī)則來確定設備的檢修模式。對于設備檢修模式的確定也有很多決策模型，例如模糊綜合評判模型、故障樹判斷模型和專家評判模型等。決策原則如圖1所示。

圖1 電力設備檢修策略的選擇原則

顯然如果設備采用事故檢修或定期檢修的模式，就不需要考慮安裝在線監(jiān)測裝置。因此對于是否投資采用在線監(jiān)測裝置主要針對采用狀態(tài)檢修的一次設備。

然而，設備的狀態(tài)量很多，許多狀態(tài)量在設備運行過程中是無法測量到的，必須通過停電后的試驗才能夠得到，還有一些狀態(tài)量在自動化系統(tǒng)中已經(jīng)獲取，也不需要另外安裝在線監(jiān)測裝置去獲取，例如變壓器的風扇啟停狀態(tài)等。還有一些狀態(tài)量可以采用便攜式帶電測量儀器獲取。因此，設備狀態(tài)量的獲取途徑是多種多樣的，并不僅僅依賴于在線監(jiān)測。對于需要采用狀態(tài)檢修模式的一次設備，在決定是否采用某一種在線監(jiān)測技術之前仍需要進行進一步的投資分析。

2 在線監(jiān)測技術有效性的考慮

在線監(jiān)測技術的有效性是一個重要的參考指標，如果在線監(jiān)測技術本身不成熟，得不到準確的狀態(tài)量值，也就無法真實地反映被監(jiān)測設備的狀態(tài)，這樣的在線監(jiān)測裝置投入運行，必將導致對設備狀態(tài)的錯誤評價，影響最終的檢修決策，不但不能夠保證設備的穩(wěn)定運行，節(jié)省檢修成本，反而會適得其反，帶來不必要的損失。為了考察在線監(jiān)測設備的有效性，主要應關注以下幾點。

2.1 測量的有效性

a．測量的精度要滿足相關狀態(tài)量分析的要求。很多狀態(tài)量的分析都是通過前后測量的變化量來確定其是否出現(xiàn)異常，如果測量的精度達不到要求，就可能出現(xiàn)實際狀態(tài)量已經(jīng)異常的情況下卻給出正常的結論，不能及時發(fā)現(xiàn)設備的缺陷。

b．對干擾量能夠有效地排除。在高壓變電站中，電磁環(huán)境相當惡劣，一些干擾信號可以通過傳感器進入測量系統(tǒng)，對最終的測量結果造成干擾。如果不能夠對這些干擾進行有效的抑制或濾除，也會導致測量結果的較大誤差，從而影響狀態(tài)評價的準確性。

c．在線監(jiān)測的測量范圍應能夠達到對應狀態(tài)量分析的要求。如果裝置的測量范圍達不到要求，必然會出現(xiàn)測量盲區(qū)，從而導致無法對設備的狀態(tài)進行明確的評價。另外，還應注意被監(jiān)測設備的類型，有可能在線監(jiān)測裝置對于設備的類型具有選擇性，因此也應在實際的工程中考慮二者的匹配問題。

2.2 裝置的穩(wěn)定性

在線監(jiān)測最大的優(yōu)點就是可以實時對設備的某些狀態(tài)量進行連續(xù)獲取，隨時掌握設備的運行狀態(tài)。而這種連續(xù)性要靠在線監(jiān)測裝置的穩(wěn)定運行來保證。影響裝置穩(wěn)定運行的因素大致有如下幾個。

a．供電穩(wěn)定性。主要考慮采用無線供電方式的穩(wěn)定性，如太陽能電池的長期連續(xù)供電能力，另外雙路電源以及配置UPS都是很好的穩(wěn)定保證措施。

b．裝置的電磁兼容能力。電力裝置附近的電磁環(huán)境一般都很惡劣，如果電磁兼容做不好，會對主要采用電子及計算機技術的裝置產(chǎn)生嚴重影響。很多現(xiàn)場經(jīng)驗也證實了這一點，很多在線監(jiān)測裝置都是由于電磁兼容能力不過關，最后導致系統(tǒng)癱瘓。

c．環(huán)境溫濕度的影響。主要考慮不同地域的不同氣候特點，例如東北的嚴寒天氣，南方的南濕或炎熱天氣等。應關注裝置的溫度耐受檢驗報告，現(xiàn)場的集控箱應具有加熱除濕措施等。

d．通信的可靠性。通信的可靠性直接影響整個系統(tǒng)的可靠性，一旦通信出現(xiàn)問題，則現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)將存在丟失的風險，為了增加通信的可靠性，應要求采用規(guī)范的通信協(xié)議，就地增加非易失性存儲功能，以便在通信故障后可以保存采集數(shù)據(jù)，保持數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

總之為了考察裝置的可靠性，一方面應提供足夠的檢測證明，一方面應該進行入網(wǎng)前的考察（模擬運行），還可以對投入運行的在線檢測裝置統(tǒng)計其平均故障時間，如果平均故障時間達不到要求，則認為系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。

2.3 裝置的安全性

在線監(jiān)測裝置的安全性主要考慮其安裝是否會對被監(jiān)測的一次設備運行帶來安全隱患，當然也應考慮運行和維護工作是否會對人身安全帶來威脅。配置在線監(jiān)測的目的是為了提高被監(jiān)測一次設備的運行穩(wěn)定性和安全性，如果因為安裝在線監(jiān)測裝置反而降低了被監(jiān)測一次設備的安全性，顯然是不合適的。所以應充分評估一個監(jiān)測技術的安全性，主要包括一次設備結構的無關性，即不對原有被監(jiān)測設備的結構和形式做任何改變，如采用穿心式電流互感器獲取接地電流;還包括必要的保護措施，例如SF6監(jiān)測裝置的安裝和維護應有防止造成氣體泄漏的措施等。

2.4 分析預警方法的有效性

在線監(jiān)測裝置最終是為設備的狀態(tài)評價來服務的，因此裝置對于設備故障的預判與報警是非常重要的，即分析模型要有效，能夠正確預測到設備的潛在故障，能夠明確給出設備的運行狀態(tài)，做到正確報警，無論出現(xiàn)誤報還是漏報，都說明在線檢測系統(tǒng)是無效的，因此應考察裝置預測故障的歷史記錄，或者統(tǒng)計其誤報率和漏報率，來綜合評定其分析的有效性。

3 相關費用的考慮

無論從設備全壽命周期管理的角度還是從設備狀態(tài)檢修的角度，其根本目標都是要控制成本，節(jié)約開支，即考慮經(jīng)濟性。因此，還應結合前面兩個因素，綜合考慮費用問題。費用的考慮主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

a．一次設備常規(guī)維護的費用

為了保證一次設備的正常穩(wěn)定運行，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患，需要對設備進行日常巡檢和一定的檢修。而安裝在線監(jiān)測的一個重要目的就是要減少巡檢或延長檢修試驗，從而節(jié)省相應人力、試驗的成本及停電可能帶來的電費損失。因此需要考慮這方面的費用。

b．一次設備的故障費用

在線監(jiān)測的一個重要目標就是及時發(fā)現(xiàn)設備的早期缺陷，以便提醒檢修人員及時進行檢修，從而避免重大事故的發(fā)生。因此，需要考慮一次設備發(fā)生故障之后的專家診斷費用、診斷之后的設備檢修或更換費用和停電期間的電費損失。

c．一次設備發(fā)生事故后的社會影響

如果重要設備的故障造成其退出運行，勢必導致大面積停電，將會帶來負面的社會影響，包括相關生產(chǎn)企業(yè)的暫時停產(chǎn)和百姓生活的不便等。

d．在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝及維護費用

在線監(jiān)測本身的投入費用應包括在線監(jiān)測技術的前期調(diào)研和考核費用、裝置或系統(tǒng)的購置費用、運行及維護費用等。

前面3項費用為產(chǎn)出項，而最后1項費用為投入項。在考慮對在線監(jiān)測進行投資以前，應綜合考慮以上的費用因素，參照以往的運行維護經(jīng)驗和事故統(tǒng)計情況，結合單位的實際預算等情況進行合理的費用評估，即投入/產(chǎn)出比是否能夠達到預期的目標。

4 使用壽命的考慮

4.1 一次設備的使用壽命

一方面要考慮被監(jiān)測一次設備的壽命，對于新投運的一次設備主要考慮使用壽命，對于已經(jīng)在運行的設備則應評估其剩余壽命。一次設備的使用年限一般要比電子設備的壽命長，變壓器和開關設備的壽命應該都在20～30年，避雷器的壽命也在20年左右，電容型設備的壽命一般也可以達到30年。并且近年來由于技術的進步，各種一次設備的壽命還會有所增加。

4.2 在線監(jiān)測裝置的使用壽命

由于在線監(jiān)測裝置都是電子設備，因此，電子元件的壽命基本上決定了在線監(jiān)測裝置的壽命。雖然有些裝置由于結構上的相對獨立布置，有可能在電子模塊故障的情況下更換整個電子模塊，但是由于電子技術的飛速發(fā)展，在其大概10年的壽命期內(nèi)，其結構和形式可能已經(jīng)有了多次的更新?lián)Q代，舊版本電子模塊的更換可能性也不是很大。在線監(jiān)測裝置的實際運行年限可以參照繼電保護裝置的管理要求，繼電保護裝置的使用年限在10～12年，一般10年就要進行更換，其使用的開關電源模塊則要求在5年后就要進行更換。在線監(jiān)測裝置一般都運行于現(xiàn)場，其運行環(huán)境較繼電保護裝置要惡劣得多，雖然其穩(wěn)定性要求不如繼保裝置苛刻，但基本上可以認為其使用壽命與繼保裝置相當。

4.3 一次設備監(jiān)測裝置投資費用

通過以上的分析可以看出，就新投運設備來說，一次設備與在線監(jiān)測裝置的使用壽命是有很大差距的，前者的壽命可以達到后者的3倍左右。如果不考慮未來技術革新而造成的一些產(chǎn)品更新或監(jiān)測手段更新的情況，假設1臺設備在其服役期內(nèi)始終需要某類監(jiān)測，那么可能需要3臺甚至更多臺此類監(jiān)測設備才能夠滿足其要求。由此，前面關于費用的計算就應該采用如下的公式:

式中:Fp為一次設備安裝某種監(jiān)測的總投資費用; Fm為相應監(jiān)測裝置的單臺安裝費用及維護費用總和;Tm為相應監(jiān)測裝置的預期使用壽命;Tp為一次設備的預期使用壽命。

可見，由于一次設備與監(jiān)測設備在使用壽命上的非對稱，導致實際的在線監(jiān)測投入費用將會成倍增加。因此，只有考慮了使用壽命這一因素，才能夠得出正確的分析結果。

5 結束語

本文對在線監(jiān)測的投資分析所應考慮的因素進行較為詳盡的分析。為了使投資分析更為清晰明了，可以將各種因素全部轉換為費用，例如時間、人力等，然后通過對投入費用和所能產(chǎn)生的收益性費用進行核算，得出最終的經(jīng)濟效益指標。投資單位可以結合本單位的相關預算情況及單位的設備、人力、生產(chǎn)模式等各種因素的實際情況，合理制定投資標準，使對于在線監(jiān)測的投資能夠得到預期的最大收益。

［1］李華，董明，嚴璋．對正確開展狀態(tài)檢測及狀態(tài)維修的建議［J］．電力設備，2004，5（5）48－51．