電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)應(yīng)用

【摘要】當(dāng)前電力行業(yè)市場化程度的提高，導(dǎo)致電力企業(yè)對于檢修費(fèi)用上漲壓力越來越敏感，企業(yè)減員增效以及降低人工成本在總成本所在比例的發(fā)展趨勢，更促使電力設(shè)備的檢修不僅能夠保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，同時還能兼顧檢修費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性、減少用戶停電時間、提高供電服務(wù)水平。本文概述了狀態(tài)檢修的內(nèi)涵，明確了電力系統(tǒng)主要電力設(shè)備實(shí)施狀態(tài)檢修的必要性，并從多個方面來就電力系統(tǒng)主要電力設(shè)備狀態(tài)檢修的科學(xué)策略作出分析。

【關(guān)鍵詞】電力；設(shè)備；檢修；應(yīng)用

狀態(tài)檢修（Condition Based Maintenance，簡稱為 CBM）是一種以設(shè)備實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)為檢修依據(jù)的檢修方式。狀態(tài)檢修建立的基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測技術(shù)、電力技術(shù)、在線診斷技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)的融合，其核心是在線監(jiān)測和分析診斷技術(shù)。狀態(tài)檢修的目的是在不影響設(shè)備正常運(yùn)行或盡量減少影響的前提下，通過在線精確測量得到電力設(shè)備相關(guān)技術(shù)參數(shù)，經(jīng)過狀態(tài)檢修專家系統(tǒng)的分析，提煉出設(shè)備發(fā)生故障時的早期征兆和特征，對設(shè)備發(fā)生故障時的故障點(diǎn)、故障深度以及發(fā)生故障的發(fā)展趨勢做出準(zhǔn)確的判斷，指導(dǎo)檢修計(jì)劃的制定，使得設(shè)備能夠得到更好的維修以及保養(yǎng)。

1.電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)發(fā)展

檢修體制的發(fā)展歷史：

電力設(shè)備檢修觀念的轉(zhuǎn)變大致經(jīng)歷了兩個主要的階段，其一是第一次工業(yè)革命時期的故障檢修；其二是第二次工業(yè)革命時期開始的預(yù)防性檢修。

（1）故障檢修，Correntive Maintenanee，簡稱CM，是自第一次工業(yè)革命時期開始的一種檢修方式，它同時也是一種被動的檢修方式。在這種檢修理念下，只有在不得不進(jìn)行檢修的時候，才對其進(jìn)行檢修，這種方式存在著明顯的不足，同時在檢修的時候付出的代價也較大。

（2）預(yù)防性檢修，Prevention Maintenance，簡稱PM，這種檢修是第二次工業(yè)革命之后開始出現(xiàn)的，與故障檢修相比，它是一種主動的檢修方式。預(yù)防性檢修也經(jīng)過了較長時間的發(fā)展，最早是計(jì)劃性檢修，或者說是定期檢修，這種檢修方法能夠減少因?yàn)闄z修對生產(chǎn)造成的影響。

2.智能電網(wǎng)的電力設(shè)備檢測技術(shù)分析

2.1 電力設(shè)備的狀態(tài)檢測

狀態(tài)監(jiān)測基于理論分析與實(shí)踐，即大量故障不會在同一時間發(fā)生，設(shè)備的劣化普遍需要經(jīng)歷一個逐漸變化的發(fā)展過程。通過對能夠反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的參考量進(jìn)行監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)異常的跡象，并且這種異常跡象仍然有發(fā)展惡化的趨勢，就認(rèn)為該設(shè)備有發(fā)生故障的可能，這種可能性隨著惡化的發(fā)展進(jìn)度而逐漸增大。

2.1.1 電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測需獲取的信息

電力設(shè)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(xué)分析得到的化學(xué)量含量等。這些狀態(tài)參數(shù)對于不同的電力設(shè)備具有不同的意義，如對于高壓設(shè)備，其電壓、電流為設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵，而溫度、振動是設(shè)備正常運(yùn)行的限制條件，含油設(shè)備的油溫、氣體含量都是表征設(shè)備是否正常運(yùn)行的重要信息。

2.1.2 電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的任務(wù)

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的主要任務(wù)和目標(biāo)，可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）為電力設(shè)備的運(yùn)行狀況，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)的采集、整理、存儲，建立電力設(shè)備的運(yùn)行歷史檔案。

（2）對電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是處于正常狀態(tài)還是異常狀態(tài)或故障狀態(tài)做出判斷。根據(jù)該設(shè)備的歷史檔案、運(yùn)行狀態(tài)所處的等級和以往的故障特征或征兆，判斷故障的性質(zhì)和嚴(yán)重程度。

（3）對電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估并進(jìn)行分類。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)形成后，為狀態(tài)檢修的實(shí)施和檢修計(jì)劃的安排提供依據(jù)。

電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的評估同樣應(yīng)該包含對設(shè)備異常狀態(tài)或故障狀態(tài)的估計(jì)，并對將來可能發(fā)生的變化的做出預(yù)測，并盡可能創(chuàng)造條件，使這種評估水平趨于完善。狀態(tài)監(jiān)測的重要作用是為電力設(shè)備積累完整而科學(xué)的運(yùn)行記錄資料，實(shí)行一設(shè)備一記錄的管理，這在傳統(tǒng)的以人為主的管理模式下是很難實(shí)現(xiàn)的。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對現(xiàn)代設(shè)備管理而言是極為必要的，也是對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的分類的依據(jù)并作為設(shè)備長期維護(hù)管理的根據(jù)。只有這樣，可以從根本上改變當(dāng)前“定期維修”為主的管理體制，從而避免對正常運(yùn)行設(shè)備的過剩維修，并對有故障隱患的設(shè)備及時檢修。可以提高電力設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性同時降低人力物力消耗。

2.2一次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測

電力系統(tǒng)的一次設(shè)備是指直接參與電能生產(chǎn)、變換、傳輸、分配的設(shè)備。一次設(shè)備主要有發(fā)電機(jī)、變壓器、電動機(jī)、斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器、母線、電力線路、互感器等。一次設(shè)備的共同特點(diǎn)是與高電壓、大電流直接關(guān)聯(lián)，在監(jiān)測中需要注意監(jiān)測設(shè)備的絕緣與安全可靠，不得影響一次設(shè)備的安全可靠運(yùn)行或造成其他安全隱患。

2.2.1 輸電線路的狀態(tài)檢測

輸電線路一直是狀態(tài)監(jiān)測的重點(diǎn)之一，這是由于相比于其他元件，輸電線路的運(yùn)行環(huán)境更為惡劣，要承受各種惡劣氣候條件，雷電、樹木、小動物等無法控制的情況的干擾，輸電線路一般路徑較長，采用的常規(guī)監(jiān)測手段往往是依靠人力，從而形成了巡線員這一艱苦而又不可或缺的工作。

輸電線路需要采用的狀態(tài)檢測手段有：

（1）覆冰監(jiān)測。輸電線路的覆冰可能引起線路跳閘、斷線、誤動、絕緣子閃絡(luò)、嚴(yán)重時甚至發(fā)生倒塔事故。我國2008年初大面積雨雪冰凍天氣造成極為嚴(yán)重的線路覆冰，出現(xiàn)大面積輸電線路斷線、短路、桿塔倒塔等故障，出現(xiàn)大面積長時間停電，部分電網(wǎng)甚至解列。我國貴州地區(qū)是凍雨災(zāi)害的多發(fā)地區(qū)，周邊地區(qū)也經(jīng)常發(fā)生冬雨災(zāi)害，這些極端天氣條件極易形成輸電線路覆冰。由于輸電線路在設(shè)計(jì)時一般考慮一定的覆冰與風(fēng)風(fēng)速，當(dāng)覆冰的厚度超過線路設(shè)計(jì)的承受極限時，便會導(dǎo)致桿塔承重、絕緣子拉力、線路承受張力的極限，從而發(fā)生事故。

（2）桿塔傾斜監(jiān)測。在多變的自然環(huán)境和復(fù)雜的外界條件作用下，桿塔基礎(chǔ)時常會發(fā)生滑移、傾斜、沉降、開裂等現(xiàn)象，從而引起桿塔的變形或傾斜。桿塔傾斜將造成導(dǎo)地線不平衡受力，從而引起桿塔受力發(fā)生變化，造成電氣安全距離不夠，影響線路正常運(yùn)行。桿塔傾斜監(jiān)測，主要是采集桿塔傾斜的順線傾斜角，橫向傾斜角等參數(shù)。

（3）絕緣子監(jiān)測。針對輸電線路絕緣子串的連絡(luò)特性規(guī)律，結(jié)合氣象參數(shù)和大氣環(huán)境污染信息，對絕緣子的污穢程度進(jìn)行監(jiān)測（包括絕緣子的鹽密值、最大濕度、最小濕度、最高溫度、最低溫度等參數(shù)），通過后臺的故障診斷專家系統(tǒng)對其進(jìn)行分析，能夠使其在達(dá)到臨界狀態(tài)時能先期預(yù)警，從而及早采取應(yīng)對措施，防止大面積污閃的發(fā)生。由于輸電線路在強(qiáng)風(fēng)下的跳閘或故障是瞬間發(fā)塵的，所以需要安裝在線監(jiān)測裝置對絕緣子的風(fēng)偏角度和線路周邊氣象環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，結(jié)合線路本體結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用本系統(tǒng)的智能決策功能來評估線路抗強(qiáng)風(fēng)能力，預(yù)測線路在局部強(qiáng)風(fēng)條件下存在哪些薄弱環(huán)節(jié)，以提前采取針對性防治措施。

（4）視頻監(jiān)測。通過簡單、有效的視頻在線監(jiān)測終端，接收壓縮后的電力桿塔、線路現(xiàn)場的圖像視頻信息，在后臺將視頻信息解壓處理后提供給值班運(yùn)行人員監(jiān)視使用，對輸電線路及周邊環(huán)境進(jìn)行全天候監(jiān)測，可使線路設(shè)備含有環(huán)境隱患的地區(qū)，隨時處于監(jiān)測狀態(tài)，大大減輕巡視人員的勞動強(qiáng)度，提高線路安全運(yùn)行水平，為線路運(yùn)行單位提供直觀可靠的線路安全信息。

2.2.2 變壓器的狀態(tài)監(jiān)測

變壓器根據(jù)使用條件、安裝地點(diǎn)、電壓等級、容量、用途的不同，有不同的結(jié)構(gòu)形式，但大型電力變壓器都是油浸式的，在電力系統(tǒng)中占有根重要的地位，所以本文著重討論油浸試電力變壓器。油浸式電力變壓器是由鐵芯、繞組、變壓器油、油箱、絕緣套管裝置、冷卻裝置和保護(hù)裝置等組成。

油浸式電力變壓器的故障常被分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。變壓器運(yùn)行管理人員主要關(guān)注變壓器的內(nèi)部故障，因此，故障診斷的重點(diǎn)也是針對起內(nèi)部故障，內(nèi)部故障主要類型有：各項(xiàng)繞組之間發(fā)生的相間短路、繞組的線匝之間發(fā)生的匝間短路、繞組或者引出線通過外殼發(fā)生的接地故障等。從性質(zhì)上來分，內(nèi)部故障一般又可以分成熱故障和電故障兩大類。熱故障通常為變壓器內(nèi)部局部過熱、溫度升高。根據(jù)其嚴(yán)重程度，熱故障可以劃分為輕度過熱（低于150℃）、低溫過熱（150～300℃）、中溫過熱（300～700℃）、高溫過熱（高于700℃）這四種故障情況。變壓器的電故障，通常是指變壓器內(nèi)部在高強(qiáng)度電場的作用下，絕緣性能下降或劣化的故障。根據(jù)放電的能量密度的不同，電故障主要分為局部放電、火花放電、高能電弧放電共計(jì)三種故障類型。

變壓器中過熱和放電故障，都會伴隨著特定氣體的產(chǎn)生的產(chǎn)生，其中氫氣是比較容易檢出的氣體，因此在線檢測氫氣含量成為了較簡單的在線檢測變壓器的方式。常用的方法是：利用氫氣分子遠(yuǎn)小于其他分子的性質(zhì)，布置只能透過氫氣分子的濾過性透膜，把所含氫氣從油中分離出來，利用氫敏元件，便可推算出油中氫氣含量。HYDRAN201i裝置是由加拿大某專業(yè)公司生產(chǎn)的在線式變壓器早期故障檢測裝置，其核心部件由智能型感應(yīng)器和通信控制器組成。采用的工作原理便是將油中溶解氣體經(jīng)過可選擇的滲透性薄膜，使氣體進(jìn)入電化學(xué)氣體檢測器，檢測器將H2、CO、C2H2、C2H4的混合氣體與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)后產(chǎn)生一個與化學(xué)反應(yīng)速率與進(jìn)展情況成比例的電信號，檢測出氣體的濃度。

2.3 二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測

二次設(shè)備主要是指保護(hù)、控制、測量、記錄一次設(shè)備的電子設(shè)備及其二次回路，主要包括保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波、自動化遠(yuǎn)動設(shè)備、交直流電源設(shè)備、通訊控制設(shè)備等，這些設(shè)備相當(dāng)于人神經(jīng)系統(tǒng)，控制、影響著身體的沒一個部分。而因?yàn)槎卧O(shè)備都是電子設(shè)備及其二次回路，不過分依賴傳感器及其他監(jiān)測裝置，對他的監(jiān)測不用太復(fù)雜的設(shè)備，主要是通過自檢功能及二次回路的設(shè)計(jì)來監(jiān)測，其中自檢診斷功能是通過保護(hù)、測控、遠(yuǎn)動等裝置自身內(nèi)部各模塊的自診斷功能，通過對裝置的電源模塊、CPU I/0接口、A/D轉(zhuǎn)換、存儲器等插件的巡查診斷，采用一些比較法、效驗(yàn)法、監(jiān)視定時器法，特征字法等故障監(jiān)測算法，自動的監(jiān)測每臺裝置的運(yùn)行狀態(tài)，再通過遠(yuǎn)動設(shè)備、后臺控制設(shè)備等及時將相關(guān)裝置異常信號及時反映到后臺監(jiān)控及調(diào)度機(jī)構(gòu)， 然后通過調(diào)度員及運(yùn)行人員及時通知專業(yè)人員進(jìn)行處理，達(dá)到及時消除設(shè)備異常狀態(tài)。

在運(yùn)用中，廣東電網(wǎng)公司已充分利用二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)成果，在全公司范圍內(nèi)實(shí)行10kV保護(hù)裝置狀態(tài)檢驗(yàn)的規(guī)定。對10kV及以下的保護(hù)裝置裝置具備完善自檢及通信功能，能對裝置運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測功能，變電站系統(tǒng)已建立完備的監(jiān)控系統(tǒng)，能完整正確采集10kV及以下繼電保護(hù)裝置及二次回路的各種重要故障信息、報警信號并及時上送至調(diào)度/集控端的實(shí)行狀態(tài)檢修，即有異常設(shè)備才進(jìn)行停電處理，大大減少了因保護(hù)定檢而產(chǎn)生大量停電操作、檢修工作和用戶停電時間，提高了企業(yè)的安全、經(jīng)濟(jì)及社會效益。

3.總結(jié)

狀態(tài)檢修的首要是獲取所需的信息，主要可分為物理量與化學(xué)量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在狀態(tài)檢修應(yīng)用中的核心即為對狀態(tài)監(jiān)測水平的提高。本章首先對電力設(shè)備狀態(tài)檢測所需要獲取的信息、狀態(tài)監(jiān)測的任務(wù)和可以采用的方法進(jìn)行了分析，然后對于主要的一次設(shè)備和二次設(shè)備及其回路的狀態(tài)檢測進(jìn)行了細(xì)致的研究，并指出應(yīng)該注重對電力設(shè)備運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。

【參考文獻(xiàn)】

[1]姜洪亮.電力設(shè)備狀態(tài)檢修的科學(xué)策略探討[J].才智，2011，（18）.

[2]鄭睿.電力設(shè)備狀態(tài)檢修初探[J].科技與生活，2012，（1）.

[3]許進(jìn)華.電力設(shè)備狀態(tài)檢修的必要性[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，（2）.

[4]李志武.電力設(shè)備狀態(tài)檢修實(shí)施策略研究[J].科技致富導(dǎo)向，2010，（8）.

[5]楊樹國.電力設(shè)備狀態(tài)檢修的科學(xué)路徑分析[J].中國科技縱橫，2011，（21）.