狀態檢修在變電設備檢修管理中的應用

郭繼芳

（北京市電力公司平谷供電公司，北京 101200）

變電設備是電力系統中的基本元件和電能傳輸的載體，變電設備的正常工作是保證供電可靠性的重要條件之一，對變電設備進行合理的檢修不但可以延長設備使用壽命和效率，而且也增強了電力系統的穩定性[1]。同時電力行業作為一個設備密集型行業可以通過良好的設備檢修體系來減小企業運營的成本，提高企業資產的利用率，改善電能產品的成本和質量。因此，對于電力系統中的變電設備進行合理的檢修具有十分重要的意義。本文根據當前檢修技術發展的最新進展，分析了狀態檢修在變電設備檢修管理中的應用。

1 檢修方式的發展

1.1 傳統檢修的劣勢

變電設備的檢修方式通常有3種方式，即：故障檢修、周期性檢修和狀態檢修。其中周期性檢修是指按照固定的周期（1年或數個月）對輸電設備進行檢修，這種檢修方式由于簡單且便于實行已成為國內電力企業進行設備檢修的主要方式[2]。經過數十年的實踐，周期性檢修的方式國內已形成一套完整的技術體系和組織手段，保證了我國電力事業的穩步發展。周期性檢修由于其固有模式導致了檢修機制僵化，檢修整體成本過高，隨著我國電力改革的不斷深化，電力企業在保障供電可靠性和優質服務的基礎上，也追求著設備和資金利用的最大化，因此，周期性檢修已經不能適應電力行業發展的要求，主要表現為以下幾點[3]：①檢修時必須進行停電試驗，降低了設備利用率；②按照固定周期進行檢查和檢修，無法衡量設備運行狀態，造成相關人員和材料的不必要浪費；③無法控制設備的狀態：在理論上下一個檢修周期前設備都應是處在健康的狀態下的，但實際運行中可能出現多種情況，增加了設備故障的風險，縮短了設備的使用壽命。從以上分析我們可以看出，周期性檢修由于缺乏必要的經濟性和科學性已經不適應大電網發展的需要。

故障檢修也稱修正性檢修，其主要是指對系統中出現故障和功能失效的設備進行搶修，故障檢修對時間要求很高，因此拆修設備的部分可進行全部更換，故障檢修的不足之處是無法實現設備狀態的監控并對可能出現的故障進行預防，變電設備一旦出現事故就可能會演化為電力系統的連鎖故障，將給國民經濟和居民生活造成巨大的損失。

1.2 狀態檢修的優點

由于傳統周期性檢修和故障檢修存在明顯的不足，因此供電企業迫切需要采取一種新的檢修方式來代替原有的檢修方式，狀態檢修的理念在這種背景下應運而生的[4]：狀態檢修是指在完成設備狀態評估的基礎上根據設備狀態診斷結果來合理地安排檢修時間和周期，以在設備的壽命周期內最大限度地對其進行利用。相關的研究和實踐經驗表明狀態檢修具有以下優勢：

1）進行狀態檢修不但可以完成檢修的任務，同時也保障了生產的正常進行，這樣就節約了大量的相關人員和材料，減小了因檢修而帶來的不必要的停電時間，提高了整個系統的供電可靠性，完成了設備利用效率和經濟性的最大化。

2）進行狀態檢修減小了因常規檢修而進行的停電試驗，降低了因設備檢修而發生故障的可能，在延長了電氣設備壽命的同時也保證了設備維護的科學性和合理性。

3）進行狀態檢修減小了因常規檢修而帶來的開關的操作量，保證了整個系統的安全性、可靠性和經濟性。

4）進行狀態檢修可以及時發現設備正常運行中潛在的絕緣性缺陷，降低了絕緣性事故突發的概率和設備整體的事故率。

根據美國電力研究院（EPRI）和工業設備維護公司（CSI）的相關統計數據，對電力中的輸電設備實施狀態檢修可以將設備的利用率提高 2.5% ～10.4%，從而節省24% ～31%的檢修費用，延長了設備的壽命達 11% ～14%。因此，狀態檢修是電力系統中設備檢修的發展方向和趨勢，實施狀態檢修具有巨大的社會效益和經濟效益。

2 設備狀態信息的采集方法

設備狀態采集是進行設備狀態檢修的基礎，通常將設備的狀態信息分為靜態數據和動態數據兩大類[5]。其中設備的靜態數據主要指其投入使用前的參數，主要包括設計、材料、制造工藝、出廠前試驗，安裝、調試等技術參數，是由生產廠家的設備安裝的質量決定的，與設計標準、使用材料及制造工藝等因素有關。靜態數據作為設備狀態的基礎數據，為設備狀態的判斷提供了原始的信息。動態數據作為判斷設備狀態并為檢修提供決策的依據，其產生于設備的運行及檢修中的各個環節，主要包括事故和故障、檢修、巡視檢查等信息，通常采用檢測的方法獲取。將靜態數據與動態數據相結合就可以描述設備的變化趨勢，從而判斷設備的狀態并為檢修決策提供數據支撐。設備數據的關系如圖1所示。

圖1 配電自動化系統結構圖

由此可見，設備狀態采集是對其進行狀態評估和狀態檢修的基礎。其中設備靜態數據的采集主要是對原始資料進行匯總和整理，而設備動態數據的采集可根據其對供電可靠性的影響分為停電和不停地兩種，不停電采集設備的狀態數據對于設備狀態檢修具有特別重要的意義，不但能保持設備實際運行中大電壓、大電流的工作狀態，而且確保了供電的可靠性和供電企業的服務質量。

3 基于設備可靠性的狀態檢修周期確定方法

狀態檢修的實質就是確定設備潛在故障和功能故障的時間間隔，因此通常采用計算潛在故障發生的概率來計算狀態檢修的周期，潛在故障與功能性故障發生的示意圖如圖2所示，其中P點代表設備正常運行與潛在故障的臨界點、稱從潛在故障至功能性故障的時間間隔為P-F間隔，P-F間隔內設備所表現的故障特性為振動、表面過熱等，F點代表設備潛在故障與功能性故障的臨界點，F后設備已經喪失了基本功能。

圖2 潛在性故障與功能性故障發生的示意圖

確定狀態檢修周期時應先計算設備參數漂移的分布，統計數據表明設備參數的變化量X(T)是服從均值為CT，方差為DT的正態分布的，因此有下式：

式中，T為檢修周期，C為設備參數的漂移系數，D為參數的擴散系數。

由變電設備的實際運行經驗可知設備參數的CT、DT與檢修間隔成正相關的關系，若假設參數的標準值為Y0，則后參數T時刻可表示為

然后應確定參數 C、D的估計值，若檢測到的參數值 Y(T)的一個容量為 n的樣本為 Y(T)1，Y(T)2，…，Y(T)n，且該樣本的檢測間隔期為T0，結合參數的漂移系統均值可以得到其無偏估計如下式所示：

解式（3）可得

因此，參數擴散系數的無偏估計式如（5）所示：

解式（5）可得

最后計算設備的參數漂移及可靠度，設參數的允許值范圍為（YL，YH），YL，YH為設備不發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，參數從額定值Y0經過一個檢測周期T后，參數值 Y(T)仍然落在允許的范圍（YL，YH）內的概率等于其在T內的可靠度R(T)，即

這樣通過假定變電設備的可靠度要求值 R已知，即可通過反復迭代來確定狀態檢修間隔期T。

4 結論

狀態檢修能夠綜合設備的實際狀態及歷史運行情況，對設備進行合理的評估和診斷，克服了周期性檢修的盲目性，避免了由于檢修過剩所導致的資源浪費，不但提高了設備的利用率而且減小了應檢修而帶來的停電次數，提高了電網的可靠性，為社會和企業帶來了顯著的經濟效益。對變電設備實施狀態檢修不僅是檢修技術和方式上的變革，更是變電設備管理上的創新。

[1]張文廣,張田乾,等.帶電狀態檢修監測技術[J].電工技術, 2004(9): 56-61.

[2]蘇鵬聲,王歡.電力系統設備狀態監測和故障診斷技術分析[J].電力系統自動化, 2003(1): 61-65.

[3]邱仕義.電力設備可靠性維修[M].北京：中國電力出版社, 2004.

[4]應高亮.高壓電氣設備狀態檢修的探討[J].浙江電力,1999(2): 32-34.

[5]徐敏,劉井萍,左重華,等.變電設備狀態檢修中試驗數據的處理方法探討[J].電力系統保護與控制, 2009,37(22): 91-93, 98.