火力發(fā)電廠電氣設(shè)備狀態(tài)檢修實(shí)例分析

陳 劍

（常州市新港熱電有限公司，江蘇 常州 213033）

設(shè)備狀態(tài)檢修是指根據(jù)設(shè)備狀態(tài)信息檢測與診斷的先進(jìn)技術(shù)，來判斷和預(yù)測設(shè)備故障，在故障發(fā)生前對(duì)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)維護(hù)的維修模式。通過現(xiàn)代維修管理技術(shù)的應(yīng)用，以先進(jìn)的設(shè)備狀態(tài)檢測和診斷技術(shù)，實(shí)時(shí)了解設(shè)備的健康狀況和運(yùn)行情況，及時(shí)對(duì)設(shè)備的壽命評(píng)估，然后根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)，合理安排維修時(shí)間，最大限度地降低維護(hù)成本和發(fā)電成本，提高設(shè)備的利用率。

狀態(tài)檢修涉及的電氣設(shè)備，主要是針對(duì)需要經(jīng)過時(shí)效考驗(yàn)并隨著負(fù)載變化而出現(xiàn)的工況和壽命發(fā)生變化的電氣一次設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)、斷路器、高低壓電動(dòng)機(jī)、大型變壓器、中小型變壓器、高壓開關(guān)、隔離閘刀、CT（電流互感器）、CVT（電容式電壓互感器）、PT（電壓互感器）、避雷器、母線及連接、中壓開關(guān)、配電變壓器、高壓套管、電力電纜、變頻器、整流組件、絕緣子、電力電容器等[1]。

20 世紀(jì)90年代初，美國現(xiàn)有1/3 的電廠采用狀態(tài)維修，例如：根據(jù)美國電力研究院（EPRI）和工業(yè)設(shè)備維修公司（CSI）統(tǒng)計(jì)，發(fā)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷指導(dǎo)下維修的實(shí)施，發(fā)電設(shè)備利用率增加了2%～5%，維護(hù)成本降低了 25%～30%，設(shè)備壽命延長了10%～15%。例如，當(dāng)時(shí)美國對(duì)艾迪斯發(fā)電廠采用40 種在線監(jiān)測裝置的定期監(jiān)測和故障診斷，以評(píng)估和論證設(shè)備的工作狀態(tài)，電廠的運(yùn)行能力增加10% ～ 30%。

為了降低運(yùn)行成本、提高設(shè)備的利用率，迫切需要由原來的計(jì)劃檢修向狀態(tài)檢修發(fā)展，發(fā)電廠電氣設(shè)備實(shí)行狀態(tài)檢修勢在必行。

1 電氣設(shè)備故障的形成規(guī)律

火電廠電氣設(shè)備狀態(tài)檢修是基于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，根據(jù)診斷結(jié)果科學(xué)制定保養(yǎng)維修時(shí)間和項(xiàng)目的檢修模式，主要包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和維修決策。狀態(tài)監(jiān)測是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，電氣設(shè)備的故障診斷是基于狀態(tài)監(jiān)測的，再綜合設(shè)備的歷史信息，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)技術(shù)來確定設(shè)備的健康狀況，進(jìn)而指導(dǎo)電廠電氣設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)。

與傳統(tǒng)的檢修模式相比，狀態(tài)檢修更加強(qiáng)調(diào)單設(shè)備的狀態(tài)。而一臺(tái)設(shè)備是否需要檢修往往是由于某些部件故障所引起的。也就是對(duì)一臺(tái)設(shè)備的檢修往往是針對(duì)某些部件進(jìn)行的。一臺(tái)設(shè)備由許多零部件組成，由于每個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)、材料、在實(shí)際運(yùn)行中所處的狀態(tài)、承受的作用（如電的、熱的、機(jī)械的等）各不相同，因此所呈現(xiàn)的損耗和磨損規(guī)律不可能相同，針對(duì)不同的故障規(guī)律采取不同檢修方式才是比較合理的[2-3]。

電氣設(shè)備故障的形成規(guī)律如圖1所示。電氣設(shè)備的主要故障一般不會(huì)在瞬間發(fā)生，在功能退化的潛在故障點(diǎn)后逐漸發(fā)展成可以檢測到的故障。P 點(diǎn)之后會(huì)加速惡化，當(dāng)發(fā)展到F 點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生事故。P-F間隔是電氣設(shè)備由潛在故障發(fā)展到功能故障的時(shí)間。如想實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，必須在功能失效前，也就是時(shí)間間隔P-F 內(nèi)完成故障檢測。對(duì)應(yīng)不同的設(shè)備，不同的失效形式P-F 間隔時(shí)間不是確定值。定期維修通常不能滿足時(shí)間P-F 間隔要求，導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生。在線監(jiān)測可以捕獲的P-F 間隔的整個(gè)過程，并采取措施，可以實(shí)現(xiàn)在功能故障發(fā)生之前選擇合理時(shí)間進(jìn)行維護(hù)處理。

圖1 電氣設(shè)備故障形成規(guī)律

2 電氣設(shè)備的現(xiàn)代故障診斷技術(shù)

1）基于信號(hào)變換的診斷方法

是通過現(xiàn)代數(shù)學(xué)變換的方法可以將所監(jiān)測的電氣信號(hào)或故障信號(hào)解調(diào)出來，從而獲取電氣設(shè)備的故障信息。小波變換是該種方法中最常用的方法。例如在分析診斷電機(jī)故障時(shí)，可以通過小波變換的奇異點(diǎn)在多尺度下檢測信號(hào)的局部突變點(diǎn)，從而提取電機(jī)定子繞組的故障信息。這樣可以對(duì)定子電流的變化進(jìn)行監(jiān)測，分析出由于外部負(fù)載突變或負(fù)載不對(duì)稱引起的異常變化。基于小波變換的診斷方法對(duì)負(fù)載不會(huì)產(chǎn)生任何影響，并且可以可靠地進(jìn)行電機(jī)故障的分析和診斷。

2）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的診斷方法

具有自動(dòng)獲取診斷信息和自適應(yīng)的特點(diǎn)，可以對(duì)復(fù)雜故障診斷模式進(jìn)行識(shí)別，并能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備故障的嚴(yán)重性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)電氣設(shè)備可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)測。BP 網(wǎng)絡(luò)方法是其中廣泛應(yīng)用的方法。在BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行故障診斷時(shí)，通過相應(yīng)的傳感器獲取電氣設(shè)備故障的信號(hào)特征，比如電壓、電流、噪聲，等待。再通過傅里葉變換對(duì)電氣設(shè)備故障特征信號(hào)加以處理，將特征信號(hào)頻譜中的峰值能量值作為BP 網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將故障類型作為輸出。由于BP 網(wǎng)絡(luò)具有自主學(xué)習(xí)的能力和聯(lián)想記憶的能力，從而可以對(duì)輸入特征信號(hào)和輸出故障類型進(jìn)行映射，達(dá)到對(duì)電氣設(shè)備故障進(jìn)行診斷的目的。

3 基于狀態(tài)監(jiān)測的電氣設(shè)備狀態(tài)檢修及實(shí)例分析

3.1 電氣設(shè)備狀態(tài)檢修工作流程

狀態(tài)檢修是根據(jù)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測和分析診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，來判斷設(shè)備異常，預(yù)測設(shè)備故障，根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)來適時(shí)安排檢修計(jì)劃，實(shí)施設(shè)備不定期檢修及確定檢修項(xiàng)目。狀態(tài)檢修能有效地克服定期檢修造成設(shè)備過修或失修的問題，提高設(shè)備的安全性和可用性。狀態(tài)檢修是一個(gè)系統(tǒng)的工程，其核心部分電氣設(shè)備的狀態(tài)檢測、故障診斷以及狀態(tài)預(yù)測。

發(fā)電廠電氣設(shè)備狀態(tài)檢修工作流程如圖2所示?；陔姎庠O(shè)備在線、離線監(jiān)測系統(tǒng)，通過設(shè)備性能分析系統(tǒng)監(jiān)測相關(guān)檢測數(shù)據(jù)有沒有超過閥值。如果檢測數(shù)據(jù)超過設(shè)定的閥值，就由診斷中心進(jìn)行處理；如果沒有超過閥值，就將數(shù)據(jù)送到電氣設(shè)備故障預(yù)測中心。故障診斷中心在接收到超閥值數(shù)據(jù)后，就設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。在診斷中心和預(yù)測中心評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修進(jìn)行決策，動(dòng)態(tài)修正維修質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢修周期，形成狀態(tài)檢修工作單，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的目的。

圖2 電氣設(shè)備狀態(tài)檢修流程

3.2 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

發(fā)電廠電氣設(shè)備（以主變壓器為例）狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)如圖3所示。該系統(tǒng)主要包括信息檢測單元、數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)測和診斷、預(yù)報(bào)決策等部分。根據(jù)發(fā)電廠電氣設(shè)備及檢測項(xiàng)目，選擇出對(duì)應(yīng)的傳感器，從而獲取所需要的運(yùn)行狀態(tài)特征量。如果是集中監(jiān)控或遠(yuǎn)程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)，還需要通過通信電纜或光纖將信息傳遞給數(shù)據(jù)處理中心。在通過電氣設(shè)備的現(xiàn)代故障檢測和診斷方法，提取出真實(shí)反映電氣設(shè)備故障的特征量。數(shù)據(jù)處理單元會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)映射規(guī)則、歷史信息、經(jīng)驗(yàn)等專家知識(shí)分析出故障類型、位置、嚴(yán)重程度等結(jié)論。最后電氣設(shè)備故障診斷單元會(huì)通過決策支持系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的故障報(bào)警上限等條件對(duì)電氣設(shè)備安全運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線評(píng)估和預(yù)測，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的狀態(tài)維修。

圖3 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

3.3 新昌電廠變壓器絕緣監(jiān)測專家評(píng)估實(shí)例分析

江西省新昌發(fā)電廠應(yīng)用電氣設(shè)備在線監(jiān)測及評(píng)估系統(tǒng)對(duì)發(fā)電廠電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、絕緣水平、健康程度進(jìn)行監(jiān)測。該發(fā)電變壓器廠A、B、C 三相的絕緣電流電流MOA 監(jiān)測結(jié)果如圖4所示。從中可以看出，A 相和B 相的電流在0.22mA 左右，在正常范圍之內(nèi)。而C 相的監(jiān)測結(jié)果最大值達(dá)到了3.987mA，明顯大于正常允許值。

圖4 新昌發(fā)電廠變壓器MOA 監(jiān)測結(jié)果

將電氣設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入到電氣設(shè)備故障診斷及專家評(píng)估系統(tǒng)，專家系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的故障報(bào)警上限等條件對(duì)變壓器狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，由專家系統(tǒng)匯總得出評(píng)估結(jié)論。在本實(shí)例中，評(píng)估系統(tǒng)還可以給出相應(yīng)的電流擬合曲線，C 相的MOA 電流可以得到二次和三次擬合曲線，通過得到的擬合曲線能夠獲得C 相電流的變化趨勢，并判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)是否超過警戒線。本次評(píng)估中，專家系統(tǒng)依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)電壓器的絕緣狀態(tài)給出了不合格的評(píng)估結(jié)論，理由是C 相電流較上一次數(shù)據(jù)有明顯的超限變化。最后評(píng)估結(jié)果被計(jì)入系統(tǒng)的專家知識(shí)中，為今后的監(jiān)測和診斷積累專家信息。

4 結(jié)論

發(fā)電廠電氣設(shè)備狀態(tài)檢修內(nèi)容不僅包括在線監(jiān)測和診斷還包括設(shè)備維修，在線檢測，預(yù)防性試驗(yàn)，故障記錄，設(shè)備管理，設(shè)備維修驗(yàn)收，設(shè)備維修還要結(jié)合設(shè)備的信息，操作信息，電力市場等方面信息做出維修決策。對(duì)于發(fā)電企業(yè)來說，要根據(jù)發(fā)電機(jī)組和其他設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及電氣信號(hào)檢測量對(duì)系統(tǒng)的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，根據(jù)診斷結(jié)果確定檢修內(nèi)容、檢修模式、檢修手段，從而提高電氣設(shè)備的可靠性和利用率。同時(shí)，在對(duì)狀態(tài)檢修進(jìn)行決策時(shí)還應(yīng)對(duì)根據(jù)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行情況（如用電高峰或低谷、用戶的需求）進(jìn)行決策風(fēng)險(xiǎn)分析。

[1] 王成申.火力發(fā)電廠電氣設(shè)備狀態(tài)檢修應(yīng)用現(xiàn)狀[J].吉林電力,2010,35(6):38-40.

[2] 吳寧.電氣設(shè)備狀態(tài)檢修及精細(xì)化管理[J].廣東電力,2011,12(2):20-23.

[3] 王金輝.電氣設(shè)備在線監(jiān)測在狀態(tài)檢修中的應(yīng)用[J].山東電力技術(shù),2012,(7):25-27.