變電設(shè)備狀態(tài)診斷與檢修

譚文忠 周慧娟

1.湖南省電力公司超高壓管理局 湖南 長沙 410015 2.長沙電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 長沙 410015

0 引言

輸變電設(shè)備檢修策略經(jīng)歷了三大階段：（1）事后檢修（BM，Break Maintenance），即等到設(shè)備出現(xiàn)事故、故障后才檢修；（2）定期檢修（TBM，Time Based Maintenance），即對設(shè)備實施預(yù)防性的周期檢修，不管設(shè)備狀態(tài)好壞，一到檢修周期，統(tǒng)統(tǒng)按計劃檢修；（3）狀態(tài)檢修（CBM，Condition-based Maintenance），即以可靠性為中心的檢修技術(shù)，取代定期預(yù)防性檢修技術(shù)，并輔之以預(yù)測檢修技術(shù)。

狀態(tài)檢修具有以下幾個方面的優(yōu)點：（1）減少電力系統(tǒng)定期檢修的盲目性和損害性，降低供電成本；（2）及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)故障隱患，提高供電可靠性；（3）準(zhǔn)確反映設(shè)備的使用壽命程度、安全指標(biāo)，保證系統(tǒng)始終處于可控狀態(tài)。因此，狀態(tài)檢修正逐步成為輸變電設(shè)備檢修的主流模式。

1 變電設(shè)備狀態(tài)診斷的途徑與績效分析

變電設(shè)備狀態(tài)診斷是狀態(tài)檢修的前提，狀態(tài)診斷的依據(jù)來源于設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。狀態(tài)監(jiān)測可通過巡視信息、運(yùn)行檢修信息、常規(guī)電氣試驗、化學(xué)試驗、機(jī)械測試、紅外技術(shù)、保護(hù)裝置動作信息等，也可通過新技術(shù)應(yīng)用于在線監(jiān)測裝置時刻監(jiān)視變電設(shè)備的健康狀態(tài)。

九十年代末期以來，日本各大電力公司開始推行設(shè)備狀態(tài)檢修。

根據(jù)日本中部電力公司已積累十五年 （1983～1997）的定期檢修維護(hù)數(shù)據(jù)，將狀態(tài)監(jiān)測類型、維護(hù)費(fèi)用及設(shè)備異常、故障識別結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)而產(chǎn)生對不同狀態(tài)監(jiān)測類型的績效評價，統(tǒng)計結(jié)果如下表1：（設(shè)備異常及故障樣本數(shù)N=6477）

表1 不同狀態(tài)監(jiān)測類型的績效評價

表1 （續(xù)）

表中，η1k代表相應(yīng)的維護(hù)類型（k）所識別的異常、故障占總識別故障的百分比，η2k代表相應(yīng)的維護(hù)類型（k）所發(fā)生的費(fèi)用占總費(fèi)用的百分比，Pk代表相應(yīng)的維護(hù)類型（k）產(chǎn)出/投入績效比：Pk=η1k/η2k。

由上表1可見，定期檢修（普通檢修）的績效比Pk=0.591，在所有異常、故障檢測模式中是效果最差的一種維護(hù)方式，投入高，故障識別率低。日本中部電力公司的數(shù)據(jù)（1997～2006年）表明，合理化檢修使年檢修所需的平均費(fèi)用下降了30%。因此，通過開展?fàn)顟B(tài)檢修可顯著提高檢修效益。

國內(nèi)客觀形勢的發(fā)展也為狀態(tài)檢修的興起推波助浪：（1）九十年代以來變電站大量采用以SF6絕緣和微機(jī)保護(hù)等為代表節(jié)省維護(hù)的新設(shè)備；（2）電網(wǎng)建設(shè)飛速發(fā)展、檢修活動數(shù)倍增長，使傳統(tǒng)檢修方式難以為繼；（3）信息技術(shù)及狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)步為故障診斷、狀態(tài)檢修提供了技術(shù)支撐；（4）減少盲目檢修次數(shù)，降低事故機(jī)率的生產(chǎn)壓力。

2 變電設(shè)備缺陷發(fā)展的統(tǒng)計分析

2.1 事故率的變遷（日本中部電力公司數(shù)據(jù)）

參見圖1。

圖1 事故率的變遷曲線

2.2 故障率的變遷

參見圖2。

圖2 故障率的變遷曲線

2.3 分析

由上述曲線圖1、圖2分析發(fā)現(xiàn)：（1）含SF6等新式變電設(shè)備（1991～1997數(shù)據(jù)）較之油浸式的老式設(shè)備（1983～1991數(shù)據(jù)）事故率大大降低、且穩(wěn)定性增強(qiáng)；（2）新設(shè)備在投產(chǎn)一年之內(nèi)，事故率較高，而后進(jìn)入較長的穩(wěn)定運(yùn)行期，且SF6變電設(shè)備事故率小于0.4%；（3）SF6設(shè)備較之油浸式設(shè)備故障率有所降低，但仍需加強(qiáng)監(jiān)視。可見，引入新設(shè)備后由于事故率的急劇下降、事故間歇的延長，加之運(yùn)行數(shù)據(jù)的歷史積累、故障檢測分析手段的提高，其故障與檢修時間是可以預(yù)測與控制的，導(dǎo)致檢修模式由定期檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變。

3 狀態(tài)檢修管理

如下圖3所示，狀態(tài)檢修分為狀態(tài)診斷、數(shù)據(jù)積累、傾向管理、檢修判斷四個環(huán)節(jié)。

在以狀態(tài)檢修為核心的設(shè)備管理模式中，檢修判斷是一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。它是建立在歷史數(shù)據(jù)的積累和當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)的比較判斷，并對未來趨勢的預(yù)測。它首先要求根據(jù)不同設(shè)備廠家提供的設(shè)備參數(shù)建立管理值，然后根據(jù)維護(hù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)建立狀態(tài)估計值，根據(jù)估計值與管理值的定量比較，分析設(shè)備狀態(tài)的發(fā)展傾向，得出是否檢修的判斷。

圖3 狀態(tài)檢修流程

上述過程已全部納入微機(jī)化管理，中部電力公司所要做的是維護(hù)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的不斷輸入以及設(shè)備管理值的不斷修正。

在每年第四季度的9至11月份，變電設(shè)備管理系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的管理值、本年度的運(yùn)行值及下一年度的估計值，自動安排下一年度的預(yù)檢修計劃，生技部根據(jù)該計劃并通過作業(yè)申請系統(tǒng)向運(yùn)行調(diào)度部與檢修部門相聯(lián)系，修改確認(rèn)上述計劃，并將批準(zhǔn)的計劃報與資材管理系統(tǒng)購買相關(guān)的備品備件。為此，中部電力公司輸變電設(shè)備的管理流程在軟件上體現(xiàn)為三大管理系統(tǒng)：（1）變電站設(shè)備管理系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)）；（2）變電站設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（狀態(tài)檢修分析決策系統(tǒng)）；（3）變電站部件管理系統(tǒng)。這三大系統(tǒng)之間互為聯(lián)系，共同完成對輸變電設(shè)備的狀態(tài)檢修與生產(chǎn)管理。

4 狀態(tài)檢修所需建立的平臺

4.1 組織平臺

領(lǐng)導(dǎo)高度重視，建立決策層、專業(yè)層與操作層三位一體的運(yùn)作體系。操作層人員是基層運(yùn)行檢修單位指定的技術(shù)人員，負(fù)責(zé)進(jìn)行所轄設(shè)備異常分析、趨勢分析，提交設(shè)備狀態(tài)報告和初步的檢修建議。專業(yè)層人員是狀態(tài)檢修部人員，負(fù)責(zé)匯總各類狀態(tài)信息，進(jìn)行綜合分析，提出設(shè)備狀態(tài)綜合報告和檢修建議，由決策層進(jìn)行檢修決策。必要時可借助專家的力量，提高狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性。狀態(tài)報告一般應(yīng)包括下列各項內(nèi)容：（1）監(jiān)測項目和應(yīng)用的監(jiān)測技術(shù)；（2）設(shè)備狀況數(shù)據(jù)及分析；（3）設(shè)備異常現(xiàn)象的簡要描述；（4）設(shè)備狀態(tài)的評價；（5）目前和今后可能受到影響的設(shè)備和系統(tǒng)，后果嚴(yán)重性的評估；（6）臨時處理措施；（7）后續(xù)監(jiān)測工作及檢修工作的建議，投入和產(chǎn)出的評估。

4.2 技術(shù)平臺

1）軟件平臺

維護(hù)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（設(shè)備狀態(tài)在線分析決策系統(tǒng)）作為狀態(tài)檢修決策的依據(jù)，它包含設(shè)備基礎(chǔ)臺帳數(shù)據(jù)庫、管理值數(shù)據(jù)庫、運(yùn)行數(shù)據(jù)庫、專家決策數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊，且各數(shù)據(jù)模塊互相關(guān)聯(lián)，如圖4所示。

圖4 設(shè)備狀態(tài)分析決策系統(tǒng)

2）移動診斷車

需配備必要的便提式快速診斷工具，用于設(shè)備現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集。移動診斷車上常用的儀器有：開關(guān)診斷裝置、電氣特性測量裝置、局部放電測量裝置、LTC轉(zhuǎn)矩傳感器、超聲波檢測儀、SF6氣體分析儀、油化分析儀等。

5 狀態(tài)檢修的相關(guān)建議

2006年以來，國家電網(wǎng)系統(tǒng)各網(wǎng)省公司陸續(xù)推進(jìn)了狀態(tài)檢修的試點及普及，5年來的實踐表明突出的共性問題如下：其一是由于管理模式的不同，線路與變電設(shè)備責(zé)任主體的差異，使得在執(zhí)行“四同時”原則時，各省公司輸變電設(shè)備存在設(shè)備停電檢修與可靠性的數(shù)據(jù)差異；其二是由于檢修、運(yùn)行工作職責(zé)及責(zé)任主體的不同，使得變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)存在遺漏、重復(fù)的現(xiàn)象，使得當(dāng)前變電設(shè)備狀態(tài)分析決策主要依賴于技術(shù)人員的主觀判斷，不能滿足電網(wǎng)規(guī)模急劇擴(kuò)大及狀態(tài)決策科學(xué)化、微機(jī)化的要求。

根據(jù)日本中部電力公司開展輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修的成熟經(jīng)驗，并結(jié)合我國狀態(tài)檢修開展的現(xiàn)狀，提出如下建議：

1）狀態(tài)檢修的關(guān)鍵在于如何及時、正確判斷電力設(shè)備性能、狀態(tài)。

充分利用新技術(shù)開展在線或離線監(jiān)測技術(shù)的研究和應(yīng)用工作，提高故障診斷的實效性與準(zhǔn)確性。目前重點開展紅外熱像檢測、局部放電檢測、變壓器油中溶解氣體分析及斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測技術(shù)。

2）研究變電設(shè)備技術(shù)參數(shù)與運(yùn)行工況的關(guān)系。建立一套完善的設(shè)備狀態(tài)判據(jù)，并使?fàn)顟B(tài)判據(jù)量化和具有可操作性。

3）推行大運(yùn)行、大檢修生產(chǎn)體系建設(shè)，注重運(yùn)行、檢修、試驗數(shù)據(jù)的積累，加強(qiáng)檢修與運(yùn)行的數(shù)據(jù)融合。

數(shù)據(jù)的來源有如下方面：（1）廠家提供的參數(shù)（2） 日常巡視數(shù)據(jù) （3） 檢修、實驗數(shù)據(jù) （4） 變電站集控中心及監(jiān)控后臺運(yùn)行數(shù)據(jù)（5）同類設(shè)備的經(jīng)驗值 （6）在線檢測儀器計錄數(shù)據(jù)。運(yùn)行檢修基層單位要指定專人進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、統(tǒng)計與上報，狀態(tài)檢修部要指定專人進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與分析。

4）注重運(yùn)行、檢修、試驗數(shù)據(jù)的分析。

利用生產(chǎn)MIS系統(tǒng)實行設(shè)備數(shù)據(jù)的動態(tài)微機(jī)化管理。逐步建立以計算機(jī)技術(shù)、專家系統(tǒng)等為手段的設(shè)備狀態(tài)判定系統(tǒng)。

5）加強(qiáng)對運(yùn)行和基層檢修部門的人員培訓(xùn)。

提高一線人員分析和判斷設(shè)備狀態(tài)的水平，避免走入狀態(tài)檢修就是不檢修或事后檢修的誤區(qū)。按照 《變壓器狀態(tài)檢修規(guī)定》、《高壓斷路器狀態(tài)檢修規(guī)定》、《繼電保護(hù)狀態(tài)檢修規(guī)定》等技術(shù)規(guī)范，每年組織專題會議分析設(shè)備狀況。

6）以可靠性為中心，實現(xiàn)設(shè)備最優(yōu)化的狀態(tài)檢修（RCM）。

開展設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、檢修工作，并不能完全替代原有預(yù)防性試驗等傳統(tǒng)檢測方法，而是注意兩者的異同之處，將其有機(jī)結(jié)合?？筛鶕?jù)變電設(shè)備的重要程度，分別采用TBM、CBM、PDM的方法，使檢修合理化。

7）在目前設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測手段尚未完善的情況下，必須大力開展帶電測試等外部診斷方法，結(jié)合預(yù)防性試驗、運(yùn)行巡視、停電檢查等傳統(tǒng)手段開展?fàn)顟B(tài)檢修工作。

6 結(jié)論

變電設(shè)備狀態(tài)檢修作為一種新的維修策略，大大提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全經(jīng)濟(jì)性。但狀態(tài)檢修的實施有賴于狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展。因此，開展設(shè)備狀態(tài)檢修工作必須二條腿走路。一方面，積極積累設(shè)備運(yùn)行資料，利用帶電測試、預(yù)防性試驗、運(yùn)行巡視、停電檢查等傳統(tǒng)手段實行過渡性狀態(tài)檢修工作。另一方面，大力研究和推廣在線監(jiān)測和狀態(tài)診斷技術(shù)在主設(shè)備狀態(tài)診斷與狀態(tài)檢修分析決策中的應(yīng)用。

［1］王璐,王鵬.電氣設(shè)備在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修技術(shù)［J］.現(xiàn)代電力，2002，（05）：40-45.

［2］顧堅敏.電力設(shè)備狀態(tài)檢修及計算機(jī)輔助分析預(yù)測［J］.計算機(jī)應(yīng)用與軟件,2004，（02）：30-31.

［3］程惠濤，張志明.火力發(fā)電廠狀態(tài)檢修實施策略[J].山東電力技術(shù).2004，（02）：16-18.

［4］成鋒，劉軍，郎定川等.開展?fàn)顟B(tài)檢修 實現(xiàn)電力設(shè)備管理跨越式發(fā)展［J］.中國設(shè)備工程，2005，（05）：9-11.

［5］魯麗娟.數(shù)字化變電站的狀態(tài)檢修技術(shù)及其發(fā)展［J］.廣東輸電與變電技術(shù)，2006，（06）：14-19.

［6］徐云水.變電設(shè)備的狀態(tài)檢修［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，（11）：149.

［7］夏永平.推行狀態(tài)檢修的思考與實踐［J］.硅谷，2010，（15）：106-107.