狀態(tài)檢修在變電設(shè)備檢修管理中的應(yīng)用

郭繼芳

（北京市電力公司平谷供電公司，北京 101200）

變電設(shè)備是電力系統(tǒng)中的基本元件和電能傳輸?shù)妮d體，變電設(shè)備的正常工作是保證供電可靠性的重要條件之一，對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行合理的檢修不但可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和效率，而且也增強(qiáng)了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。同時(shí)電力行業(yè)作為一個(gè)設(shè)備密集型行業(yè)可以通過(guò)良好的設(shè)備檢修體系來(lái)減小企業(yè)運(yùn)營(yíng)的成本，提高企業(yè)資產(chǎn)的利用率，改善電能產(chǎn)品的成本和質(zhì)量。因此，對(duì)于電力系統(tǒng)中的變電設(shè)備進(jìn)行合理的檢修具有十分重要的意義。本文根據(jù)當(dāng)前檢修技術(shù)發(fā)展的最新進(jìn)展，分析了狀態(tài)檢修在變電設(shè)備檢修管理中的應(yīng)用。

1 檢修方式的發(fā)展

1.1 傳統(tǒng)檢修的劣勢(shì)

變電設(shè)備的檢修方式通常有3種方式，即：故障檢修、周期性檢修和狀態(tài)檢修。其中周期性檢修是指按照固定的周期（1年或數(shù)個(gè)月）對(duì)輸電設(shè)備進(jìn)行檢修，這種檢修方式由于簡(jiǎn)單且便于實(shí)行已成為國(guó)內(nèi)電力企業(yè)進(jìn)行設(shè)備檢修的主要方式[2]。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的實(shí)踐，周期性檢修的方式國(guó)內(nèi)已形成一套完整的技術(shù)體系和組織手段，保證了我國(guó)電力事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。周期性檢修由于其固有模式導(dǎo)致了檢修機(jī)制僵化，檢修整體成本過(guò)高，隨著我國(guó)電力改革的不斷深化，電力企業(yè)在保障供電可靠性和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的基礎(chǔ)上，也追求著設(shè)備和資金利用的最大化，因此，周期性檢修已經(jīng)不能適應(yīng)電力行業(yè)發(fā)展的要求，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)[3]：①檢修時(shí)必須進(jìn)行停電試驗(yàn)，降低了設(shè)備利用率；②按照固定周期進(jìn)行檢查和檢修，無(wú)法衡量設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，造成相關(guān)人員和材料的不必要浪費(fèi)；③無(wú)法控制設(shè)備的狀態(tài)：在理論上下一個(gè)檢修周期前設(shè)備都應(yīng)是處在健康的狀態(tài)下的，但實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)多種情況，增加了設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)，縮短了設(shè)備的使用壽命。從以上分析我們可以看出，周期性檢修由于缺乏必要的經(jīng)濟(jì)性和科學(xué)性已經(jīng)不適應(yīng)大電網(wǎng)發(fā)展的需要。

故障檢修也稱(chēng)修正性檢修，其主要是指對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)故障和功能失效的設(shè)備進(jìn)行搶修，故障檢修對(duì)時(shí)間要求很高，因此拆修設(shè)備的部分可進(jìn)行全部更換，故障檢修的不足之處是無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控并對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)防，變電設(shè)備一旦出現(xiàn)事故就可能會(huì)演化為電力系統(tǒng)的連鎖故障，將給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和居民生活造成巨大的損失。

1.2 狀態(tài)檢修的優(yōu)點(diǎn)

由于傳統(tǒng)周期性檢修和故障檢修存在明顯的不足，因此供電企業(yè)迫切需要采取一種新的檢修方式來(lái)代替原有的檢修方式，狀態(tài)檢修的理念在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生的[4]：狀態(tài)檢修是指在完成設(shè)備狀態(tài)評(píng)估的基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)備狀態(tài)診斷結(jié)果來(lái)合理地安排檢修時(shí)間和周期，以在設(shè)備的壽命周期內(nèi)最大限度地對(duì)其進(jìn)行利用。相關(guān)的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明狀態(tài)檢修具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）進(jìn)行狀態(tài)檢修不但可以完成檢修的任務(wù)，同時(shí)也保障了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，這樣就節(jié)約了大量的相關(guān)人員和材料，減小了因檢修而帶來(lái)的不必要的停電時(shí)間，提高了整個(gè)系統(tǒng)的供電可靠性，完成了設(shè)備利用效率和經(jīng)濟(jì)性的最大化。

2）進(jìn)行狀態(tài)檢修減小了因常規(guī)檢修而進(jìn)行的停電試驗(yàn)，降低了因設(shè)備檢修而發(fā)生故障的可能，在延長(zhǎng)了電氣設(shè)備壽命的同時(shí)也保證了設(shè)備維護(hù)的科學(xué)性和合理性。

3）進(jìn)行狀態(tài)檢修減小了因常規(guī)檢修而帶來(lái)的開(kāi)關(guān)的操作量，保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

4）進(jìn)行狀態(tài)檢修可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備正常運(yùn)行中潛在的絕緣性缺陷，降低了絕緣性事故突發(fā)的概率和設(shè)備整體的事故率。

根據(jù)美國(guó)電力研究院（EPRI）和工業(yè)設(shè)備維護(hù)公司（CSI）的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)電力中的輸電設(shè)備實(shí)施狀態(tài)檢修可以將設(shè)備的利用率提高 2.5% ～10.4%，從而節(jié)省24% ～31%的檢修費(fèi)用，延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命達(dá) 11% ～14%。因此，狀態(tài)檢修是電力系統(tǒng)中設(shè)備檢修的發(fā)展方向和趨勢(shì)，實(shí)施狀態(tài)檢修具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 設(shè)備狀態(tài)信息的采集方法

設(shè)備狀態(tài)采集是進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，通常將設(shè)備的狀態(tài)信息分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)兩大類(lèi)[5]。其中設(shè)備的靜態(tài)數(shù)據(jù)主要指其投入使用前的參數(shù)，主要包括設(shè)計(jì)、材料、制造工藝、出廠前試驗(yàn)，安裝、調(diào)試等技術(shù)參數(shù)，是由生產(chǎn)廠家的設(shè)備安裝的質(zhì)量決定的，與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、使用材料及制造工藝等因素有關(guān)。靜態(tài)數(shù)據(jù)作為設(shè)備狀態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為設(shè)備狀態(tài)的判斷提供了原始的信息。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)作為判斷設(shè)備狀態(tài)并為檢修提供決策的依據(jù)，其產(chǎn)生于設(shè)備的運(yùn)行及檢修中的各個(gè)環(huán)節(jié)，主要包括事故和故障、檢修、巡視檢查等信息，通常采用檢測(cè)的方法獲取。將靜態(tài)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合就可以描述設(shè)備的變化趨勢(shì)，從而判斷設(shè)備的狀態(tài)并為檢修決策提供數(shù)據(jù)支撐。設(shè)備數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖1所示。

圖1 配電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由此可見(jiàn)，設(shè)備狀態(tài)采集是對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估和狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。其中設(shè)備靜態(tài)數(shù)據(jù)的采集主要是對(duì)原始資料進(jìn)行匯總和整理，而設(shè)備動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集可根據(jù)其對(duì)供電可靠性的影響分為停電和不停地兩種，不停電采集設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)于設(shè)備狀態(tài)檢修具有特別重要的意義，不但能保持設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中大電壓、大電流的工作狀態(tài)，而且確保了供電的可靠性和供電企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。

3 基于設(shè)備可靠性的狀態(tài)檢修周期確定方法

狀態(tài)檢修的實(shí)質(zhì)就是確定設(shè)備潛在故障和功能故障的時(shí)間間隔，因此通常采用計(jì)算潛在故障發(fā)生的概率來(lái)計(jì)算狀態(tài)檢修的周期，潛在故障與功能性故障發(fā)生的示意圖如圖2所示，其中P點(diǎn)代表設(shè)備正常運(yùn)行與潛在故障的臨界點(diǎn)、稱(chēng)從潛在故障至功能性故障的時(shí)間間隔為P-F間隔，P-F間隔內(nèi)設(shè)備所表現(xiàn)的故障特性為振動(dòng)、表面過(guò)熱等，F(xiàn)點(diǎn)代表設(shè)備潛在故障與功能性故障的臨界點(diǎn)，F(xiàn)后設(shè)備已經(jīng)喪失了基本功能。

圖2 潛在性故障與功能性故障發(fā)生的示意圖

確定狀態(tài)檢修周期時(shí)應(yīng)先計(jì)算設(shè)備參數(shù)漂移的分布，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明設(shè)備參數(shù)的變化量X(T)是服從均值為CT，方差為DT的正態(tài)分布的，因此有下式：

式中，T為檢修周期，C為設(shè)備參數(shù)的漂移系數(shù)，D為參數(shù)的擴(kuò)散系數(shù)。

由變電設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知設(shè)備參數(shù)的CT、DT與檢修間隔成正相關(guān)的關(guān)系，若假設(shè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值為Y0，則后參數(shù)T時(shí)刻可表示為

然后應(yīng)確定參數(shù) C、D的估計(jì)值，若檢測(cè)到的參數(shù)值 Y(T)的一個(gè)容量為 n的樣本為 Y(T)1，Y(T)2，…，Y(T)n，且該樣本的檢測(cè)間隔期為T(mén)0，結(jié)合參數(shù)的漂移系統(tǒng)均值可以得到其無(wú)偏估計(jì)如下式所示：

解式（3）可得

因此，參數(shù)擴(kuò)散系數(shù)的無(wú)偏估計(jì)式如（5）所示：

解式（5）可得

最后計(jì)算設(shè)備的參數(shù)漂移及可靠度，設(shè)參數(shù)的允許值范圍為（YL，YH），YL，YH為設(shè)備不發(fā)生功能性故障的下限值和上限值，暫不考慮其他故障模式的影響，參數(shù)從額定值Y0經(jīng)過(guò)一個(gè)檢測(cè)周期T后，參數(shù)值 Y(T)仍然落在允許的范圍（YL，YH）內(nèi)的概率等于其在T內(nèi)的可靠度R(T)，即

這樣通過(guò)假定變電設(shè)備的可靠度要求值 R已知，即可通過(guò)反復(fù)迭代來(lái)確定狀態(tài)檢修間隔期T。

4 結(jié)論

狀態(tài)檢修能夠綜合設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)及歷史運(yùn)行情況，對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理的評(píng)估和診斷，克服了周期性檢修的盲目性，避免了由于檢修過(guò)剩所導(dǎo)致的資源浪費(fèi)，不但提高了設(shè)備的利用率而且減小了應(yīng)檢修而帶來(lái)的停電次數(shù)，提高了電網(wǎng)的可靠性，為社會(huì)和企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)變電設(shè)備實(shí)施狀態(tài)檢修不僅是檢修技術(shù)和方式上的變革，更是變電設(shè)備管理上的創(chuàng)新。

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