闡述變電檢修技術及發(fā)展趨勢

摘要：本文主要闡述了變電檢修技術從事故檢修、定期檢修直到狀態(tài)檢修的發(fā)展脈絡，并對基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修技術及發(fā)展趨勢進行了研究。

關鍵詞：電力系統(tǒng)；變電站；狀態(tài)檢修；物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

變電檢修是指對電網(wǎng)中的各類高壓電氣設備的巡檢、檢查、試驗與修復。檢修的對象包括變電站內的全部高壓設備，如電力變壓器、斷路器、電抗器、互感器等。其目的是為了保障電力設備的安全性能與運行水平，從而保障電網(wǎng)在長期的運行中不會因設備的缺陷故障導致電能供應的中斷或質量的降低。變電設備檢修，除了技術方面的革新外，更重要的是觀念方面的革新。檢修方式的轉變主要經(jīng)歷了2個階段：18世紀第一次工業(yè)革命時期開始的事故檢修和從19世紀二次產(chǎn)業(yè)革命開始的預防性檢修。

1 傳統(tǒng)檢修模式

從電力設備出現(xiàn)，就涉及到電力設備的檢修問題。事故檢修是開展最早、最為廣泛而最為簡單被動的檢修方式。這種完全被動的檢修方式，只有當電力設備不得不檢修時，往往是已經(jīng)發(fā)生嚴重故障且很難或不可修復時，方才進行檢修。事故檢修以電力設備出現(xiàn)影響設備正常運行功能的故障為依據(jù)，故電力設備在檢修前往往表現(xiàn)為破壞性，只有在電力設備發(fā)生故障且無法繼續(xù)承擔運行任務時才進行檢修維護。被動的檢修方式往往需要付出極大的代價，同時還承擔著設備、電網(wǎng)和系統(tǒng)多方面的威脅，其明顯缺陷在于檢修不足。

隨著電力設備越來越多，應運而生的檢修方式是預防性檢修，其是一種相對主動的檢修方式。最早期的預防性檢修為根據(jù)檢修計劃執(zhí)行檢修任務，或被稱為定期檢修，也是我國當前最主要的檢修方式。早在20世紀50年代，其他行業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，減少設備檢修對生產(chǎn)可能造成的影響，美國與前蘇聯(lián)等國的專家先后提出了定期檢修的概念，由故障檢修向定期檢修轉變。定期檢修的特點是設定了固定的工作內容與周期，這一周期稱為維修間隔，其確定主要是依靠經(jīng)驗和統(tǒng)計資料，因而具有一定的科學性和實踐性。這種檢修方式可以保證電力設備完好率處于一定水平，但是固定間隔時間的檢修方式無法應對由于隨機因素引起的偶然事件，因為電力設備的故障經(jīng)常是由偶然事件造成的。

我國電力的定期檢修模式是20世紀50年代從蘇聯(lián)引進的，直到現(xiàn)在仍然是電力系統(tǒng)最主要的檢修方式。定期檢修方式的特點是在檢修計劃的制定中安排固定的檢修間隔時間，即按規(guī)定的計劃時間完成，實際檢修過程中形成了固定模式，其是一種對電力設備的運行狀態(tài)程度和過往故障情況完全不作考慮的維修方法。這種固定的檢修將不可避免地產(chǎn)生良好設備的“維修過剩”，不但會造成電力設備使用時間的損失，還浪費了大量人力、物力、財力，由于檢修過程往往會對設備進行肢解與重裝，還可能引發(fā)維修故障。這種檢修模式在啟用之初有一定的先進性，但當前的實際情況是，電力技術的發(fā)展和變電設備質量在不斷提升，裝置設備從設計、優(yōu)化到制造在工藝和流程上都比幾十年前有了極大的改進，全過程主要環(huán)節(jié)都完成了機械化、自動化甚至智能化的管理，設備的可靠性大幅度提高。這些狀況都推動了現(xiàn)場安裝工藝的規(guī)范化，留給修試部門需要定期進行檢查的隱患逐步減少，這一切都使得定期檢修制度中的計劃制定與檢驗項目甚至檢驗設定時間與實際情況不匹配。

2 狀態(tài)檢修模式

基于電力設備狀態(tài)的檢修，被稱為狀態(tài)檢修，這是一種建立在設備狀態(tài)監(jiān)測與評估的基礎上，考慮設備當前狀態(tài)、異常的發(fā)展情況、過往故障情況，綜合進行分析診斷結果之后合理安排檢修時間和項目，并主動實施的檢修方式。狀態(tài)檢修創(chuàng)始于1970年的美國，由杜邦公司首先提出并倡議。狀態(tài)檢修至今仍然是耗費最低、技術最先進完備、總體效益最大的維修方式。狀態(tài)檢修的最大優(yōu)勢是為電力設備提供了一個以安全穩(wěn)定、長周期甚至全壽命、全方位全性能、優(yōu)質運行為標準的技術和管理保障體系，從而解決了多年來圍繞在預防性檢修中存在的檢修過剩或檢修不足的問題。狀態(tài)檢修的效果可以節(jié)約大量的維修費用和資源，并提高電力設備長期運行的可靠性。將狀態(tài)檢修方式引入電力系統(tǒng)，便形成了變電設備的狀態(tài)檢修。狀態(tài)檢修是當今世界電力設備檢修方式的重要發(fā)展方向。國外狀態(tài)檢修發(fā)展較早，早在20世紀70年代，歐美少數(shù)發(fā)達國家便在其他行業(yè)影響下，將狀態(tài)檢測理念引入了電力系統(tǒng)。美國電力研究院（EPRI）的監(jiān)測診斷中心（MD）利用測量分析軟件，對某公司的電網(wǎng)、電廠中的設備進行了在線監(jiān)測與故障分析，掌握其健康水平和運行狀況，并制定設備維護檢修計劃。日本發(fā)電設備檢修協(xié)會從20世紀80年代開始，對核電站開展狀態(tài)檢修，進行專題研究，并在檢修中采用設備診斷和壽命評估。加拿大的魁北克水電公司也研發(fā)了一套在線狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，使維修人員在不停機情況下監(jiān)測水電機組的狀態(tài)。歐洲大多數(shù)國家正在進行檢修體制的改革，如德國對發(fā)電廠的狀態(tài)檢修工作等等。

直到2000年，我國電力系統(tǒng)剛剛從事業(yè)單位轉變?yōu)槠髽I(yè)，供電企業(yè)便開始逐漸接受和學習國外先進的理念，首先就是引進監(jiān)

測診斷技術與適用于中國國情的管理方法，以便計劃突破定期檢

修的束縛。當前，國內電力設備狀態(tài)檢修仍處于開展的初步階段，

雖沒有建立完善狀態(tài)檢修的概念，但越來越多的電力設備成為狀

態(tài)監(jiān)測的對象，涉及狀態(tài)檢修的標準也在不斷地建立與完善之中。專家學者的普遍共識是，隨著計算機網(wǎng)絡技術、傳感技術的普及和發(fā)展，以及電力系統(tǒng)改革的深入，電力設備狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)檢修必將得到長遠的發(fā)展，相應的也必將出現(xiàn)更多有效的管理軟件系統(tǒng)。雖然我國起步較晚，但發(fā)展勢頭迅猛，已經(jīng)有了許多成果及經(jīng)驗，也完善和發(fā)展了多種可執(zhí)行監(jiān)測及診斷方法。當前我國廣為應用的監(jiān)測技術有諸如振動、噪聲、測溫、紅外熱成像、絕緣及局部放電檢測等。隨著智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究和應用，將會解決常規(guī)數(shù)據(jù)處理中的一些困難，尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡技術、模糊邏輯技術、小波變換等數(shù)學技術的應用和專家經(jīng)驗的積累，必定會給狀態(tài)檢修技術的發(fā)展和完善帶來巨大的推動作用。

3 變電檢修技術的發(fā)展趨勢

近年來得到快速發(fā)展的數(shù)字化變電站和智能變電站，對變電

站給出了全新的定義。智能變電站采用了大量新技術，最重要的發(fā)展方向之一為物聯(lián)網(wǎng)技術。

物聯(lián)網(wǎng)技術是通過射頻識別（RadioFrequencyIdentification，簡稱RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等信息傳播與感應設備，按約定的技術協(xié)議，可將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，從而進行信息的交換和通訊，以達到智能化認知、識別、定位、追蹤、監(jiān)測和管理的一種網(wǎng)絡技術。物聯(lián)網(wǎng)有三層參考體系，即感知層、網(wǎng)絡層與應用層。三個環(huán)節(jié)中，感知層負責信息的獲取，網(wǎng)絡層負責信息的處理，應用層負責根據(jù)電網(wǎng)的需要決定處理方法，物聯(lián)網(wǎng)的三層布局與智能電網(wǎng)的構架有機結合。

變電設備的狀態(tài)參數(shù)主要有電壓、電流、聲音、溫度、振動、光亮等物理量，還有油、氣體經(jīng)化學分析得到的化學量含量等。這些狀態(tài)參數(shù)對于不同的電力設備具有不同的意義，如對于高壓設備，其電壓、電流為設備運行的關鍵，而溫度、振動是設備正常運行的限制條件，含油設備的油溫、氣體含量都是表征設備是否正常運行的重要信息。

變電設備的狀態(tài)參數(shù)采集，首先要將各種來源的信號通過感

應器轉換為電信號或光信號等方便處理的信號。感應器技術是控

制和測量技術的關鍵，也是當前技術發(fā)展中的難點和瓶頸。當前國產(chǎn)感應器的質量和性能，仍然與國際先進水平有相當大的差距。感應器根據(jù)所采集信號的不同，可能是光感應器、溫度感應器、振動測量感應器、語音信號采集器，感應器可能固定或移動，從而做到全方位的監(jiān)測。

通過對電力設備的狀態(tài)檢測，可實時獲得關于電力設備運行狀況、評價、壽命等相關信息，并對設備的異常運行進行狀態(tài)分析，對異常的部位、嚴重程度和發(fā)展趨勢進行判斷，識別故障的早期征兆。根據(jù)分析診斷結果在設備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前進行維修，從而降低運行管理成本，提高電網(wǎng)運行可靠性。

4 變電檢修技術展望

物聯(lián)網(wǎng)技術與智能電網(wǎng)技術都是具有挑戰(zhàn)性的課題，物聯(lián)網(wǎng)

技術在狀態(tài)檢修的應用中，主要體現(xiàn)在狀態(tài)監(jiān)測的方式與方法方

面，為進一步的分析與決策提供實時的信息服務。狀態(tài)檢修不但是一項技術工作，更是一項管理工作，必須要有有效的信息管理與決策手段作為支撐。

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