一種基于電氣設備健康度狀態(tài)檢修方法的研究

中海油安全技術服務有限公司 孫 濤 王子維

長期以來，配電系統(tǒng)中電氣設備檢維修模式主要包括事后檢維修和定期檢維修兩種方式。事后維修是20世紀五十年代前采取的維修方式，事后維修是一種電氣設備出現(xiàn)了故障異常后才進行的檢維修方式，主要基于電氣設備發(fā)生故障時的影響較小，并且當時很多電氣設備都比較簡單[1]。事后維修的特點是非計劃停機次數(shù)較多，對現(xiàn)場生產(chǎn)安全、維修成本、使用環(huán)境等影響都很大，并且對電氣設備日常運行管理也具有不可控性。定期維修是一種基于時間的維修方式，定期維修的工作內容及周期均是事先計劃好的，其特點是不管電氣設備的狀態(tài)如何到期就修，這種維修模式在預防電氣事故發(fā)生有一定作用，但這樣會給多數(shù)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失，同時也會對企業(yè)人力、財力及物力造成巨大的浪費。

隨時現(xiàn)代技術的發(fā)展，基于電氣設備健康狀態(tài)檢修方法的研究勢必取代以往的檢修模式，電氣設備健康狀態(tài)檢修可以實現(xiàn)對電氣設備應修必修、修必修好的思想，可通過對電氣設備進行狀態(tài)檢修、以最少的資源消耗來實現(xiàn)對電氣設備運行管理的安全性及可靠性的目的[2]。

1 狀態(tài)檢修分析技術

本文所述電氣設備健康狀態(tài)管理方法，主要是基于對電氣設備運行情況進行狀態(tài)評價，通過對電氣設備狀態(tài)評價模型的搭建，有效利用科學合理方法，結合對配電系統(tǒng)中電氣設備的基礎信息數(shù)據(jù)、歷年預防性試驗數(shù)據(jù)、現(xiàn)場日常運行記錄數(shù)據(jù)、監(jiān)測檢測信息數(shù)據(jù)等進行系統(tǒng)統(tǒng)計篩選分析，進而做出對電氣設備可能存在風險進行評估分析，針對電氣設備不同風險情況制定不同的風險應對措施，使其風險處于可控狀態(tài)，有效借助于信息化方法，將電氣設備檢修方式由傳統(tǒng)的事故維修及周期性檢修向狀態(tài)檢修轉變，提高設備的可用率，降低不必要的經(jīng)濟損失，實現(xiàn)電氣設備的健康度管理。

狀態(tài)檢修主要是基于對電氣設備在線狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及日常運行情況數(shù)據(jù)進行收集整理，對其運行狀態(tài)進行狀態(tài)打分，通過對國家關于電氣設備管理要求的相關法律法規(guī)、標準規(guī)范、技術要求、國際資產(chǎn)完整性管理規(guī)范及最佳行業(yè)實踐的挖掘，梳理研究國內外完整性管理發(fā)展現(xiàn)狀，結合配電系統(tǒng)中電氣設備運行管理現(xiàn)狀，深入系統(tǒng)分析電氣設備運行管理中存在的不足、系統(tǒng)調研，明確電氣設備管理需求。電氣設備完整性管理狀態(tài)檢修技術路線圖為：數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)整理分析→風險評估建?！鸂顟B(tài)風險評估→制定檢維修側率→結論。

1.1 數(shù)據(jù)采集與分析

對電氣設備相關資料進行采集，主要包括電氣設備屬性數(shù)據(jù)、運行環(huán)境數(shù)據(jù)、設計數(shù)據(jù)、施工過程記錄、運營期監(jiān)測數(shù)據(jù)、各項試驗檢驗記錄，日常監(jiān)測記錄、歷史的重要過程及事件記錄等。數(shù)據(jù)收集資料主要為電氣系統(tǒng)圖、設備臺賬、施工安裝記錄資料、廠家說明書、歷年試驗記錄、檢維修記錄、缺陷統(tǒng)計、運行記錄、事故（故障）記錄、檢維修規(guī)程、檢維修計劃等。

1.2 風險評估建模

本文基于電氣設備健康度狀態(tài)檢修研究方法，是采用對電氣設備歷次預防性試驗數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)等進行梳理分析，結合電氣設備相關技術要求，搭建電氣設備狀態(tài)風險評估系統(tǒng)，借助于數(shù)字化、信息化技術，根據(jù)評價結果制訂電氣設備的檢維修方案，將電氣設備檢修方式由傳統(tǒng)的事故維修及周期性檢修向狀態(tài)檢修轉變，提前對設備故障進行預警并給出處理意見，從而實現(xiàn)電氣設備的健康度管理。

1.3 狀態(tài)風險評估

配電系統(tǒng)電氣設備風險評估是電氣設備健康度管理的依據(jù)，從電氣設備功能現(xiàn)狀分析開始，明確各部件功能、結構關系，對重點電氣設備進行系統(tǒng)分析，分析電氣設備在運行中面臨的或可能面臨的風險，分析各種故障類型的影響大小及重要度，確定風險等級，根據(jù)風險等級大小進行有針對性的制定檢維修計劃，從而為電氣設備檢測監(jiān)測及維護維修改造提供管理依據(jù)[3]。

本文電氣設備狀態(tài)風險評估研究方法以百分制對電氣設備狀態(tài)進行賦值打分，100分為滿分，表示電氣設備為理想狀態(tài)；0分為最低分，代表電氣設備狀態(tài)最差。其他情況的電氣設備健康狀態(tài)評分為0～100分之間。電氣設備狀態(tài)評分G為：G=B×T×E×F，式中：B表示電氣設備基本得分，T表示電氣設備歷次試驗得分，E表示電氣設備不良情況得分，F(xiàn)表示電氣設備家族缺陷評分。

1.3.1 基本評分（B）

基本評分結果可參考表1進行取值。其中B=60+式中Bi分別代表設備建造、運輸、安裝及實驗等各階段情況，其中B1代表設備建造材料質量情況，B2代表建造工序情況，B3代表建筑商信譽情況，B4代表出廠試驗情況，B5代表設備運輸情況，B6代表交接試驗情況，B7代表同類設備運行情況，B8代表設備運行時間。

表1 電氣設備基本評分

1.3.2 試驗評分（T）

電氣設備試驗評分是先對設備每個單獨試驗內容進行評分，每項實驗評分后對其加權計算出全部實驗幾何平均值。在評分過程中，單個實驗項目的得分取值范圍為0%～100%，0%表示該項實驗劣化情況嚴重，其各狀態(tài)量接近于預警值或者注意值，需要重點關注。其計算方法如下：如果一個電氣設備有n個單項試驗，每個試驗又是相互獨立，第i項試驗的評分情況為Gi，權重為Wi，當權重沒有提供時取值為1，則該電氣設備的試驗評分T為：T=

1.3.3 不良情況評分（E）

不良情況是指電氣設備在運行時出現(xiàn)過負荷、過載、短路等不良情況，以及在運行過程中出現(xiàn)過冰凍、高溫、雷電、大風等自然災害影響電氣設備的健康狀況，進而對電氣設備健康情況進行的評估。不良情況評分取值范圍介于0%～100%，其中0%表示電氣設備健康狀態(tài)最為嚴重。不同設備的影響因素也不同，對于變壓器影響最為嚴重的主要是突發(fā)的侵入波及近區(qū)（出口）短路等，對于斷路器影響最為嚴重的是開斷短路電流等。在電氣系統(tǒng)中，根據(jù)情況，現(xiàn)在其他設備暫不考慮不良情況影響。

便于計算，目前對于電氣系統(tǒng)中斷路器暫時考慮開斷短路電流的一種不良工況:×100%，式中：Ij代表斷路器第j次開斷時大電流的峰值，L代表斷路器累積開斷壽命的80%（設備累積開斷壽命可查看設備出廠的技術文件），單位按kA 表示。如果斷路器設備出廠時設備技術文件中沒有給出該值，這時可以默認累積開斷壽命為3000，或者根據(jù)該斷路器設備運行經(jīng)驗情況確定。當E評分結果小于0時按0計。

1.3.4 家族缺陷評分（F）

家族缺陷是指經(jīng)確認電氣設備是由工藝、設計、材料、制造等共性因素問題出現(xiàn)的設備缺陷稱為家族性缺陷。當電氣設備存在家族缺陷時，即便運行設備沒有發(fā)生故障、運行情況良好，在隱患未消除之前也應考慮其對電氣設備狀態(tài)的影響，家族缺陷評分也應考慮在內，其家族缺陷評分計算公式如公式：式中：N表示存在家族缺陷的電氣設備總臺數(shù)，n代表出現(xiàn)該家族缺陷的設備臺數(shù)（1≤n≤N）。計算家族缺陷評分時，f值大小是根據(jù)電氣設備缺陷發(fā)生的部位和性質來確定，f取值原則如表2所示。若存在家族缺陷設備的隱患已經(jīng)消除，這時可以不需考慮其影響。

表2 f 取值原則

評分結果對應狀態(tài)如下：80～100正常狀態(tài)、60～80注意狀態(tài)、40～60異常狀態(tài)、40以下嚴重狀態(tài)。

1.4 制定檢維修策略

傳統(tǒng)的電氣設備維修主要包括事后檢維修和定期檢維修兩種方式。隨著科技水平的發(fā)展，傳統(tǒng)的檢修模式已不能滿足當今的電氣檢修的要求，制定合理的檢維修策略和任務是電氣設備檢修發(fā)展的趨勢。電氣設備維修的歷史記錄可通過電氣設備管理系統(tǒng)進行查詢，利用電氣設備健康度狀態(tài)檢修系統(tǒng)，對已積累電氣設備維修記錄數(shù)據(jù)進行分析，可分析出某一特定環(huán)境下電氣設備的不同特性參數(shù)，對其一一打分，并加權計算，得出電氣設備狀態(tài)評價結果，在依據(jù)電氣設備的健康度狀態(tài)評分結果，有針對性的對電氣設備進行檢修，這樣既可避免電氣設備的過修或欠修，又可避免不必要的資源浪費[4]。

同時，很多電氣設備的維修均屬于一種破壞性的維修，對電氣設備進行狀態(tài)檢修，可以有效地減少電氣設備發(fā)生故障的頻率、提高電氣設備使用效率，又可以有效合理延長電氣設備的維修周期，從而可以大幅度提供電氣設備的預期使用壽命。

1.4.1 制定維修策略

維修策略制定是以電氣設備健康度狀態(tài)評估結果為依據(jù)，在制定維修策略前，通過對電氣設備健康度狀態(tài)進行分析評估，了解電氣設備的運行狀態(tài)良好情況，綜合考慮電氣設備對電氣系統(tǒng)運行的重要程度及影響等級（低影響、中影響、高影響）[5]，建立電氣設備健康度狀態(tài)和風險的二維關系決策模型，決策模型如表3所示。根據(jù)決策模型風險情況來判斷電氣設備的檢維修類型，通常電氣設備的檢維修類型分為大修、中修、小修，再按不同的維修類型進而有針對性低制定電氣設備相應的維修策略[6]。

表3 電氣設備健康度狀態(tài)和風險的二維關系決策模型

1.4.2 狀態(tài)維修決策

電氣設備完成健康度狀態(tài)分析評估后，根據(jù)評估結果及確定的設備風險等級大小，結合系統(tǒng)定義好的維修策略，系統(tǒng)會自動給出對應推薦的應對措施，用戶制定電氣設備檢修計劃時參考系統(tǒng)措施，也可根據(jù)現(xiàn)場實際添加。風險應對措施如表4所示。

表4 風險應對措施

2 結語

通過電氣設備狀態(tài)檢修技術的應用，可解決傳統(tǒng)電氣設備檢修模式中的維修過度及維修不足，合理有效利用維修資源，減少資源浪費，提供配電系統(tǒng)中電氣設備的安全性及可靠性。