電力設備狀態(tài)檢修技術研究綜述

范蓓 崔波

摘? 要：電力已經成為社會現(xiàn)代化發(fā)展中必不可少的能源之一，人類的生產、生活、工作都會受到電力工程的影響。國家電力企業(yè)維持著社會龐大的電能需求量，并且還需要考慮在生產、輸送電力能源過程中，進一步提升經濟效益，降低運營成本。因此，維持電力設備的良好狀態(tài)，減少故障率是保證電力穩(wěn)定運行、輸送的關鍵因素。基于此，該文在探究國內外相關的電力設備狀態(tài)檢修技術的基礎上，分析電力設備狀態(tài)檢修技術的發(fā)展和應用現(xiàn)狀，同時也指出電力企業(yè)在狀態(tài)檢修技術的研究方面存在的問題，并提出一些新思路。

關鍵詞：電力設備? ?檢修技術? ?電網? ?工程

中圖分類號：U673.37? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）07（c）-0029-03

Abstract： Electric power has become one of indispensable energy in the development of social modernization and human production， life and work will be affected by the electrical engineering. State power enterprises maintained a huge demand for electricity， and also need to consider in the process of production， the power energy， further improve economic efficiency， reduce operating costs. Therefore， maintain good state of power equipment， reduce the failure rate is the key to ensure stable power operation， transmission factor. Based on this， this article explores related electric power equipment state overhaul technology at home and abroad on the basis of the analysis of power equipment state overhaul technology development and application of the status quo， at the same time also is pointed out that the study of electric power enterprises in the state overhaul technology problems， and puts forward some new ideas.

Key Words： Power equipment; Maintenance technology; Grid; Engineering

在當前國家電網工程中，許多電力設備的維護、檢修都采用的是計劃檢修機制，但是從長期的運行維護效果來看，這類計劃檢修機制還存在不同程度的弊端，比如臨時性的維修情況出現(xiàn)頻繁、維修頻率不足或者過于頻繁、出現(xiàn)問題盲目進行大規(guī)模維修等。而這也導致了電網工程在每年的設備維修保養(yǎng)工作中，成本消耗巨大。所以，如何妥善地安排電力設備的維護、檢修，降低檢修過程中的成本消耗，保證設備可以長期穩(wěn)定運行就成為了相關技術部門一個重要的研究課題。

1? 檢修技術和機制的發(fā)展演變

1.1 檢修技術的效益目標

21世紀以來，隨著科學技術的高速發(fā)展，微電子、計算機軟硬件技術、電子神經網絡等綜合性的智能系統(tǒng)工具，都在設備維護檢修、故障診斷過程中發(fā)揮了較大的作用。使得原本主要依靠人力診斷的方法逐步轉向依靠計算機系統(tǒng)進行自動化、智能化的監(jiān)測、診斷技術。而這類新興的狀態(tài)檢修技術由于其高效率、高精確度、低成本的優(yōu)勢，成為了電力系統(tǒng)工程重要的研究領域。而影響電力設備狀態(tài)檢修效益的因素，主要涉及以下方面：維護檢修成本，延長電力設備的使用壽命、提高設備發(fā)電效率、提高電力設備供電穩(wěn)定性和可靠性等[1]。

1.2 檢修機制的演變

從18世紀的工業(yè)革命以來，設備的檢修機制大致經過了兩個階段的轉變，即從最早的故障維修、事后維修機制，向著事前的預防性檢修過度。事后維修方式主要是在設備出現(xiàn)故障問題后，才開始診斷問題，對設備進行維護。但是，顯然當設備出現(xiàn)明顯問題后，才維護修理，會花費更多的成本。而到了19世紀中后期，才開始逐漸推行設備的事前預防性檢修。經過了百年來的技術發(fā)展，狀態(tài)檢修的技術條件也發(fā)生了變化，隨之衍生出了更多不同的設備檢修方式。

1.2.1 定期檢修法

部分業(yè)內人士也將其稱作為計劃檢修。這種檢修方式主要是依靠時間周期來制定設備的檢修內容和具體時間。我國電力工業(yè)領域的定期檢修制度，是從20世紀50年代，因為中蘇合作關系而傳入國內的。直到20世紀80年代，定期檢修制度依舊是我國主要的設備檢修制度。而定期檢修制度確實在保證重大設備穩(wěn)定運行中發(fā)揮了重要作用，降低了設備出現(xiàn)重大故障的概率。但是由于這種檢修制度沒有依據(jù)設備的實際運行狀況，單純根據(jù)時間周期來制訂檢修計劃的方式，難以避免地產生了過度檢修的問題，造成了時間、人力、物力等成本的消耗。

1.2.2 以可靠性為核心的檢修方法

這種方法的理念是以最低的檢修成本來保障設備的可靠性和穩(wěn)定運行。運用這種理念方法，可以較為合理地制定設備的大修周期，防范重大故障的發(fā)生概率。電力工業(yè)領域運用此種方法，是從1983年開始探索研究的，隨后在技術方法的逐步完善的過程中，美國的絕大部分企業(yè)，都開始推廣運用此種辦法。

1.2.3 狀態(tài)檢修法

也被稱作為預知性的檢修辦法，采用這種辦法主要是根據(jù)當前設備的實際運作狀況來判斷，利用電子工程技術來對設備進行狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)設備故障的早期征兆，然后對故障部分的嚴重程度進行分析，并設定設備元件的最佳維修時間[2]。狀態(tài)檢修法最早是由美國杜邦公司所提出的，而隨著當今計算機電子工程技術的進步，狀態(tài)檢修技術成為目前設備檢修成本消耗最低的方法，技術機制也是最為先進的。它為我國電力設備的安全穩(wěn)定運行提供了非常可靠的技術支持和管理保障。

2? 電力設備狀態(tài)檢修技術的深入發(fā)展

狀態(tài)檢修技術隨著電子工程技術、計算機軟硬件技術、故障診斷技術的發(fā)展，逐步進入實用化層面，而由于其高效、準確帶來的巨大效益引起了業(yè)界的重點關注，由此也使得其研究和實踐應用都有了進一步深入。國外的許多發(fā)達國家在狀態(tài)檢修技術的理論研究和實踐應用上都積累了許多豐厚的經驗。美國、德國、日本等國家都有相關技術的研究報道，而與狀態(tài)檢修密切相關，可以有效提升狀態(tài)檢修工作質量的技術主要會涉及到以下幾個方面：設備的可靠性分析、設備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與信息管控、設備壽命預測管理等[3]。

2.1 設備強度的壽命預測管理

工業(yè)較為發(fā)達的國家，在進入21世紀之后，其電力基礎設施的建設都得到了大規(guī)模的擴充，很多國家的電力主設備使用時長都在25～30年左右，而隨著時間推移、技術進步，很多設備已經進入了老化階段，而這樣的情況也在迫使很多電力企業(yè)在考慮如何有效地延長電力機組的使用壽命，并且可以有效地保證生產效益。所以，狀態(tài)檢修技術中，對于設備的壽命預測和評估技術就逐步突顯出來。而主要的分析對象就放在了發(fā)電機組、變壓器、高壓開關等重要設備上。

比如：變壓器的使用壽命評估就是當前電力企業(yè)監(jiān)測的重點內容之一。目前，主要評估變壓器剩余壽命的方法，多數(shù)只是簡單地考慮到設備的溫度、絕緣材料、負荷狀況等。由于變壓器在運行過程中，會出現(xiàn)短路、過電壓、修理等多種因素的影響，變壓器的功能發(fā)揮也會出現(xiàn)不同程度的差異。所以，ABB公司和歐洲一些電力研究機構開發(fā)了一種變壓器排列的等級方法，作為變壓器的壽命評估方法做出大量工作。

2.2 電力設備的可靠性分析

電力設備的可靠性，可以理解為機械設備和相關原件在一定的條件下，和規(guī)定的實踐周期內，可以完成預定目標或者功能的能力。而設備系統(tǒng)的可靠性數(shù)學模型在很多的學術文獻中也都有過相關的分析介紹，目前工程業(yè)界將可修系統(tǒng)大致歸類為馬爾科夫模型和費馬爾科夫類型。而傳統(tǒng)的電力設備的可靠性評估，主要是依托于威布爾所研究出的浴盆曲線方法，主要是這種方法所計算出的特征曲線與浴盆的外形較為相似而得名。在這類方法引入到國內后，一些電力研究機構通過將可靠性理論與設備的強度壽命理論相結合，然后綜合考慮設備部件可能出現(xiàn)的各種故障因素，對預測電力設備鍋爐部件的可靠性提供了一定嘗試方法。

2.3 設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷

設備狀態(tài)監(jiān)測主要是依托于電子工程技術的在線診斷和離線分析技術。從國內設備狀態(tài)監(jiān)測技術的應用狀況來看，在汽輪機等大型旋轉機械的狀態(tài)監(jiān)測技術方面，已經處于國際上較為先進的水平。國內的科研工作者也在不斷地進行研究，并開發(fā)出了一系列的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，且已經上線使用。

2.4 信息管理和決策

電力設備的狀態(tài)檢修技術作為一種先進的機制，也是與多學科知識和管理手段密不可分的。從不同的管理目標出發(fā)，也會形成不同的管理系統(tǒng)。比如：芬蘭的IVO輸電公司所開發(fā)的變電站檢修系統(tǒng)，就是針對一座變電站進行長期檢修分析的基礎上而研發(fā)得來的。這個檢修系統(tǒng)是從電力設備的壽命周期費用入手，引入設備的逐漸劣化計算模型來評估設備在未來時間段的狀態(tài)變化，獲得了一定成效。

3? 電力設備狀態(tài)檢修技術的具體應用

3.1 變壓器檢修中的實際應用

利用電子工程技術中的數(shù)據(jù)挖掘方法來對變壓器進行狀態(tài)監(jiān)測。主要是利用監(jiān)測系統(tǒng)來收集設備的各類運行參數(shù)，對比實時數(shù)據(jù)庫做出分析。比如：在對某個電力設備的狀態(tài)特征量來進行聚類分析，深入分析其中所蘊含的主要參數(shù)信息、性能狀態(tài)的變化趨勢、實際損耗等。通過分析參數(shù)，建立數(shù)據(jù)漸變模型，提前發(fā)現(xiàn)設備潛在故障的征兆，從而對設備可能發(fā)生嚴重損耗的部分和趨勢狀況做出準確判斷，并制訂檢修方案。國內相關電力科研機構應用粗糙集數(shù)據(jù)挖掘方法，來對變壓器油中的溶解氣體進行數(shù)據(jù)分析，并作為診斷變壓器狀態(tài)的手段之一。當然由于變壓器結構的復雜性，粗糙集理論中提出了一些故障診斷模型[4]。首先是將變壓器相關的歷史故障數(shù)據(jù)進行模糊化處理，然后集中模糊處理后的數(shù)據(jù)，建立診斷決策表和數(shù)據(jù)庫。其次是采用粗糙集數(shù)據(jù)挖掘辦法，從診斷決策表中提取隱含的數(shù)據(jù)條件，為分析變壓器故障提供依據(jù)。

3.2 在配電網設備檢修中的應用

配電網的故障診斷，主要是依靠事故發(fā)生環(huán)境下，產生的實時信息來判斷故障區(qū)間。目前，在該領域的研究中，已經擁有較為成熟的技術，比如：專家系統(tǒng)、電子神經網絡、邏輯處理系統(tǒng)等，可以智能化地監(jiān)測配電網各個環(huán)節(jié)中的故障。不過在實際的檢修工作中，由于受不同環(huán)境、設備的影響，故障診斷所依據(jù)的實時信息可能不完整，或者是由于信息發(fā)生畸變，導致檢測系統(tǒng)發(fā)出錯誤的診斷結論。所以，通過將數(shù)據(jù)挖掘技術充分運用到配電網的故障診斷過程中，可以很大程度上預防此類問題的發(fā)生。

3.3 在高壓輸電線路檢修中的應用

電網工程中，高壓輸電線路出現(xiàn)問題可能會嚴重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。所以，準確地排除故障和提前預防診斷技術，對于保證電力系統(tǒng)安全有著重要意義。利用粗糙集理論的數(shù)據(jù)挖掘模型，來處理信息的實時畸變和保證輸電線路系統(tǒng)的故障診斷。通過粗糙集的定型分析能力，來對挖掘到的數(shù)據(jù)集進行處理分析，之后運用遺傳數(shù)據(jù)算法來取得測試樣本的理論數(shù)據(jù)，以此來提升故障診斷系統(tǒng)的容錯性，保證狀態(tài)檢修系統(tǒng)能夠發(fā)揮真正效用。

4? 結語

電力設備狀態(tài)檢修技術的應用，需要依托于對設備參數(shù)的全面監(jiān)測分析。當前國內的電力設備監(jiān)測系統(tǒng)，還存在監(jiān)測環(huán)節(jié)少、功能性單一、綜合性不強等弊端。尤其在監(jiān)測邏輯方面，缺乏層次化和系統(tǒng)化，影響了設備狀態(tài)信息的集中、綜合分析。所以，在未來的研究方向上，相關機構應該針對如何構建可靠的分析模型，實現(xiàn)實時化、準確化的在線監(jiān)測來進行深入研究，爭取推出更加完善的電力設備診斷系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 王志剛，張業(yè)寬，趙合利.電網設備狀態(tài)檢修技術現(xiàn)狀，問題與發(fā)展路徑[J].電子樂園，2019（8）：189.

[2] 楊愛新.電力電氣設備的狀態(tài)檢修技術研究[J].中國戰(zhàn)略新興產業(yè)，2019（4）：233.

[3] 孫永凱.電力物聯(lián)網傳感器技術在電力設備在線監(jiān)測中的應用研究[J].水電科技，2021，4（3）：85.

[4] 趙大超.基于電力設備狀態(tài)檢修和運維一體化技術研究[J].中國設備工程，2020（9）：66-67.

[5] 蔣偉洪.110kV輸變電線路的設備檢修分析[J].集成電路應用，2021，38（6）：96-97.

[6] 鐘旭，孫偉華，別秀玲.電力設備檢修三維仿真集成系統(tǒng)的研究[J].自動化技術與應用，2021，40（3）：137-140，147.