綜述電氣設(shè)備狀態(tài)檢測重要性及狀態(tài)維修技術(shù)

【摘要】電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是整個電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修的重要組成，而確保電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行，避免設(shè)備運行損壞是設(shè)備狀態(tài)維修的主要目標，這就需要對設(shè)備進行定期檢測和維修，只有這樣才能保證電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行。文中作者根據(jù)多年的工作實踐與經(jīng)驗研究，闡述了電氣設(shè)備狀態(tài)檢測重要性及設(shè)備的缺陷與故障，而狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、狀態(tài)評估技術(shù)、狀態(tài)預測技術(shù)等是狀態(tài)維修的主要處理技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】變電站；電氣設(shè)備；維修技術(shù)

引言

對電氣設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測所指的是檢測并獲取電氣設(shè)備的狀態(tài)信息，分析這些信息以便能找到那些能反映設(shè)備狀態(tài)特征的信息，從而獲知設(shè)備正在運行中的健康狀況，識別設(shè)備可能將會出現(xiàn)的缺陷，并預測檢修時間，盡量減少設(shè)備的損壞。電力系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備，比如變壓器、發(fā)電機、高壓斷路器等都是狀態(tài)監(jiān)測的主要對象。狀態(tài)監(jiān)測的原理就是利用各種傳感器獲得反映設(shè)備狀態(tài)的參量，以及表征設(shè)備的特征參數(shù)，并與閉值參數(shù)進行比較以判斷設(shè)備的狀態(tài)情況。在線監(jiān)測可以連續(xù)監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)的變化，但還需要積累大量的經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，才能判斷被監(jiān)測設(shè)備是否需停電維修或報警。為了更全面地反映設(shè)備的運行狀態(tài)，還需要不斷研究和引入一些反映設(shè)備運行狀態(tài)的新特征量。

1、電氣設(shè)備狀態(tài)檢測重要性

電氣設(shè)備的定期檢修試驗，是整個電力系統(tǒng)長期以來的一條重要原則。狀態(tài)檢修是根據(jù)設(shè)備當下的實際情況來決定它是否需要及時檢修，對需要進行檢修的設(shè)備及時修理，可以延長其檢修周期，下次需要檢修時再進行檢修。目前在實際系統(tǒng)使用中造成電氣設(shè)備內(nèi)部各類安全隱患有很多，較輕的安全隱患在試驗中比較難發(fā)現(xiàn)，而隨著設(shè)備使用年限的增加，又長期受到外部強大電磁交融的誘導下，安全隱患會逐漸轉(zhuǎn)換為故障，慢慢就會導致供電系統(tǒng)隨時出現(xiàn)停電故障，從而影響到整個系統(tǒng)供電質(zhì)量。由此，電氣預防試驗能有效地保障電力系統(tǒng)設(shè)備可靠運行。

2、狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)是根據(jù)設(shè)備診斷的目的、針對設(shè)備故障模式、選用適當方法和裝置來檢查測量設(shè)備的狀態(tài)信息，并對這些信息進行處理、抑制各種干擾信息、提取能反映設(shè)備狀態(tài)特征的信息的一項信息檢測處理技術(shù)。電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測可分為3個基本步驟：1.數(shù)據(jù)采集；2.數(shù)據(jù)分析及特征提??；3.狀態(tài)評估或故障診斷及分類。對于不同的步驟，根據(jù)不同的監(jiān)測對象，我們可采用不同的方法。

2.1狀態(tài)監(jiān)測特征量的選取

由于傳感器技術(shù)的使用和進步，使得電氣設(shè)備能夠被監(jiān)測的狀態(tài)量逐漸加大，當前常用的電氣設(shè)備的主要狀態(tài)監(jiān)測要體現(xiàn)在：①變壓器：以充油電力變壓器最為常用，接著為SF6氣體絕緣和環(huán)氧樹脂澆注絕緣的變壓器。其監(jiān)測特征量包括了：油中溶解氣體含量、鐵芯接地電流、局部放電、繞組變形、高壓套管的介損、電壓、電流、溫度等。②電容型設(shè)備：主要涉及了電容式電壓互感器、電容器、電抗器、電流互感器、電纜等。其監(jiān)測特征量包括了：介質(zhì)損耗、泄漏電流、電容值等。③氧化鋅避雷器：對其阻性電流監(jiān)測，有時可監(jiān)測總電流。④高壓斷路器：涉及到的有SF6斷路器、油斷路器、真空斷路器、真空負荷開關(guān)。當前監(jiān)測的特征量包括了：分合閘線圈電流、操作機構(gòu)的行程、速度和機械振動等。

2.2狀態(tài)監(jiān)測間隔期的確定

狀態(tài)監(jiān)測主要是利用狀態(tài)監(jiān)測的方式檢查設(shè)備的故障情況，當確定故障后應(yīng)當采取相應(yīng)的措施來處理存在的危險，及時避免和預防功能故障的發(fā)生。這就需要對設(shè)備采取間隔期狀態(tài)監(jiān)測，根據(jù)不同情況的監(jiān)測狀態(tài)來弄清楚設(shè)備的具體情況，如果設(shè)備被檢查到有存在故障的可能后，就要根據(jù)不同的情況而進行相關(guān)的檢查或維修。

2.2.1按安全性要求確定狀態(tài)監(jiān)測的間隔期

按安全性要求來確定狀態(tài)監(jiān)測的間隔期，可把將已出現(xiàn)的潛在故障繼續(xù)發(fā)展為功能故障的概率設(shè)為Pa，如果要求功能故障發(fā)生概率控制在，則可以確定狀態(tài)監(jiān)測的間隔期Tc。

Pa=（1-P）n

n=logPa/log（1-P）

因此，狀態(tài)維修的間隔期Tc為

TC=T/n

檢測過于頻繁會浪費維修資源，因此需要綜合權(quán)衡來確定Tc，如果想絕對不發(fā)生任何功能故障是不可能的，必須把功能故障發(fā)生的概率控制到規(guī)定的可接受的可靠性水平之內(nèi)，以確保安全性。這種規(guī)定的可接受的可靠性水平是根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的實際情況及故障后果所事先確定的。一般來說，設(shè)備故障具有安全性影響時，在T內(nèi)至少應(yīng)做3次檢測，也就是狀態(tài)維修間隔期不得大于T/3。

2.2.2按經(jīng)濟性要求確定狀態(tài)監(jiān)測的間隔期

當故障不危及設(shè)備安全，而預防性維修工作的費用損失少于故障損失時，則按最少費用損失的要求來確定狀態(tài)監(jiān)測的間隔期。

設(shè)單位時間狀態(tài)維修的次數(shù)為n，該值越大設(shè)備故障被檢測出的可能性越大，發(fā)生功能故障的可能性就越小。因此故障率λ是維修次數(shù)n的函數(shù)，即

式中K為單位時間內(nèi)進行一次狀態(tài)維修的故障率。用這種方法確定間隔期，須已知一次事故后維修的平均費用CF，一次狀態(tài)維修的平均費用Cp。則總的維修費用C為：

于是有

然后令dC/dt=0就可以求得狀態(tài)監(jiān)測的間隔期

以上綜述是確定狀態(tài)監(jiān)測時間間隔期的方法，在實際應(yīng)用中還會遇到很多困難。因為在計算間隔期時做出了很多的假設(shè)，而這些假設(shè)的成立都要有許多實際數(shù)據(jù)和支持驗證，在工程實踐應(yīng)用中這些數(shù)據(jù)的支持和驗證還是遠遠不夠的。

3、狀態(tài)預測技術(shù)

設(shè)備運行狀態(tài)的預測是從已知運行狀態(tài)出發(fā)、考慮運行、氣候、歷史等相關(guān)因素，對未來的運行狀態(tài)作出預測。電氣設(shè)備的定期預防性試驗作業(yè)程序十分復雜，且隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電氣設(shè)備的數(shù)量也會越來越多，如果逐一對每臺設(shè)備進行離線試驗，勢必需要更長的試驗周期，這樣就會增加設(shè)備產(chǎn)生故障的危險性。因此通過預測預防試驗參數(shù)值，在預防性試驗進行之前，預知進行設(shè)備的狀態(tài)，就可以更好地將設(shè)備事故防患于未然，提高設(shè)備的運行可靠性。常用的狀態(tài)預測中最為普遍的方法主要分別以下幾點：時間序列預測法、回歸分析預測法、模糊預測法、灰色預測法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。

①時間序列預測是最普遍且有效的傳統(tǒng)狀態(tài)預測方法，作為傳統(tǒng)狀態(tài)預測方法可以對不同時刻觀測值的相關(guān)性進行反映，主要顯現(xiàn)出狀態(tài)變化的“慣性”，主要能夠如實反映出觀測值的變化趨勢。

②回歸分析預測法是根據(jù)歷史資料建立數(shù)學模型，將預測目標作為因變量，將影響預測目標的因素作為自變量，預測事物未來狀態(tài)。研究各組變量之間的相關(guān)性，得到表示它們之間的定量關(guān)系的經(jīng)驗回歸方程式，進行預測。

③模糊預測法是將數(shù)據(jù)和語言形成模糊規(guī)則庫，這需要應(yīng)用模糊邏輯和預報人員的專業(yè)知識，用線性逼近非線性的動態(tài)系統(tǒng)進行預測。但是由于模糊預測不具備學習能力，所以在實際應(yīng)用中，單純應(yīng)用模糊預測的精度往往不甚理想。

④灰色預測法是就灰色系統(tǒng)所做的預測。所謂灰色系統(tǒng)是介于白色系統(tǒng)和黑箱系統(tǒng)之間的過渡系統(tǒng)，其具體的含義是：如果某一系統(tǒng)的全部信息已知為白色系統(tǒng)，全部信息未知為黑箱系統(tǒng)，部分信息已知，部分信息未知，那么這一系統(tǒng)就是灰色系統(tǒng)。對既含有已知信息又含有未知或非確定信息的系統(tǒng)進行預測，從而完成對電氣設(shè)備的狀態(tài)預測。

⑤人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，它屬于各種人工智能的方法。在結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后使用到了歷史數(shù)據(jù)作為訓練樣本，最后將書本上的知識運用到網(wǎng)絡(luò)中。這樣就可以對非線性系統(tǒng)進行準確的預測，對于電力系統(tǒng)負荷預測可以發(fā)揮出很大的作用。

4、狀態(tài)評估技術(shù)

4.1狀態(tài)評估和狀態(tài)維修

狀態(tài)維修的宗旨是根據(jù)設(shè)備的實際狀態(tài)來確定采取的維修措施。因此，設(shè)備的狀態(tài)進行評估是狀態(tài)維修決策中的一項重要工作，只有正確地評估了設(shè)備的狀態(tài)，才能對設(shè)備的維修進行判斷，并結(jié)合結(jié)果和實際需要來制定出相應(yīng)與正確的維修決策。在我國現(xiàn)行的《電力變壓器檢修導則》與《電氣設(shè)備預防性試驗規(guī)程》中也提到，只有檢修周期、檢修內(nèi)容、檢修工藝流程及預試數(shù)據(jù)的注意值等，都沒有涉及到對變壓器狀態(tài)評估的內(nèi)容，在實際工作中也無法對電氣設(shè)備的狀態(tài)進行判斷。因此，我們很有必要深入地研究電氣設(shè)備健康狀態(tài)評估的方法。

4.2狀態(tài)維修與故障診斷的關(guān)系

就電力變壓器而言，由于電力系統(tǒng)自動化水平的改進和提高，使得部分變電站使用了變壓器在線監(jiān)測裝置以及相關(guān)的測試設(shè)備，這樣可以給故障診斷提供了很大的信息技術(shù)與資料。但因為變壓器的故障類型很多且準確地找出故障原因存在著很大的難度，這就給技術(shù)人員的檢測工作帶來了阻礙。實施故障診斷不管是在線還是離線以及故障發(fā)生的前后，其最終目標是能夠準確判斷出故障位置并經(jīng)過短時間的分析來得到具體的解決措施，分析發(fā)生了什么種類、多大程度的故障，亦即發(fā)生故障的部位，以便能夠為維修提供支持。這樣才能使得狀態(tài)維修發(fā)揮出重要的作用。而開展狀態(tài)維修能夠給設(shè)備的健康以及使用何種對應(yīng)措施提供了幫助，判斷此時刻設(shè)備的健康狀況，重點在指明要不要修、什么時間修，而不是哪個部位有問題，什么樣的問題，及怎么修。因此，在維修過程中需要根據(jù)不同的情況并結(jié)合狀態(tài)維修技術(shù)進行改進優(yōu)化，提高其使用效率。

5、結(jié) 論

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電氣設(shè)備的規(guī)模越來越大，電壓等級越來越高，使其產(chǎn)生故障的可能性和復雜性劇增。因此，狀態(tài)維修系統(tǒng)對于電氣設(shè)備有著重要的影響。我們只有不斷實踐研究，熟練掌握相關(guān)的技術(shù)知識，這樣不僅能夠降低故障損失，還能為我國的電力事業(yè)發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。