淺議變電檢修的技術及發展趨勢

【摘 要】本文分析了變電檢修技術從事故檢修、定期檢修直到狀態檢修的發展脈絡，并對基于物聯網的狀態檢修技術及發展趨勢進行了研究。

【關鍵詞】電力系統；變電站；狀態檢修；物聯網

0 引言

變電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歷了 2 個階段：18 世紀第一次工業革命時期開始的事故檢修和從 19 世紀二次產業革命開始的預防性檢修。

1 傳統檢修模式

從電力設備出現，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，往往是已經發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影響設備正常運行功能的故障為依據，故電力設備在檢修前往往表現為破壞性，只有在電力設備發生故障且無法繼續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、電網和系統多方面的威脅，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檢修計劃執行檢修任務，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，其他行業為了提高生產效率，減少設備檢修對生產可能造成的影響，美國與前蘇聯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驗和統計資料，因而具有一定的科學性和實踐性。這種固定的檢修將不可避免地產生良好設備的“維修過?！?，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，電力技術的發展和變電設備質量在不斷提升，裝置設備從設計、優化到制造在工藝和流程上都比幾十年前有了極大的改進，全過程主要環節都完成了機械化、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場安裝工藝的規范化，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 狀態檢修模式

基于電力設備狀態的檢修，被稱為狀態檢修，這是一種建立在設備狀態監測與評估的基礎上，考慮設備當前狀態、異常的發展情況、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。狀態檢修創始于 1970 年的美國，由杜邦公司首先提出并倡議。狀態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。狀態檢修的最大優勢是為電力設備提供了一個以安全穩定、長周期甚至全壽命、全方位全性能、優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?；驒z修不足的問題。狀態檢修的效果可以節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。將狀態檢修方式引入電力系統，便形成了變電設備的狀態檢修。狀態檢修是當今世界電力設備檢修方式的重要發展方向。國外狀態檢修發展較早，早在 20 世紀 70 年代，歐美少數發達國家便在其他行業影響下，將狀態檢測理念引入了電力系統。美國電力研究院（EPRI）的監測診斷中心（MD）利用測量分析軟件，對某公司的電網、電廠中的設備進行了在線監測與故障分析，掌握其健康水平和運行狀況，并制定設備維護檢修計劃。日本發電設備檢修協會從 20 世紀 80 年代開始，對核電站開展狀態檢修，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了一套在線狀態監視系統，使維修人員在不停機情況下監測水電機組的狀態。歐洲大多數國家正在進行檢修體制的改革，如德國對發電廠的狀態檢修工作等等。直到 2000 年，我國電力系統剛剛從事業單位轉變為企業，供電企業便開始逐漸接受和學習國外先進的理念，首先就是引進監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，國內電力設備狀態檢修仍處于開展的初步階段，雖沒有建立完善狀態檢修的概念，但越來越多的電力設備成為狀態監測的對象，涉及狀態檢修的標準也在不斷地建立與完善之中。當前我國廣為應用的監測技術有諸如振動、噪聲、測溫、紅外熱成像、絕緣及局部放電檢測等。隨著智能狀態監測系統的研究和應用，將會解決常規數據處理中的一些困難，尤其是神經網絡技術、模糊邏輯技術、小波變換等數學技術的應用和專家經驗的積累，必定會給狀態檢修技術的發展和完善帶來巨大的推動作用。

3 變電檢修技術的發展趨勢

近年來得到快速發展的數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，最重要的發展方向之一為物聯網技術。物聯網技術是通過射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱 RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描儀等信息傳播與感應設備，按約定的技術協議，可將任何物品與互聯網相連接，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、監測和管理的一種網絡技術。物聯網有三層參考體系，即感知層、網絡層與應用層。三個環節中，感知層負責信息的獲取，網絡層負責信息的處理，應用層負責根據電網的需要決定處理方法，物聯網的三層布局與智能電網的構架有機結合。變電設備的狀態參數主要有電壓、電流、聲音、溫度、振動、光亮等物理量，還有油、氣體經化學分析得到的化學量含量等。這些狀態參數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。變電設備的狀態參數采集，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。通過對電力設備的狀態檢測，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分析，對異常的部位、嚴重程度和發展趨勢進行判斷，識別故障的早期征兆。根據分析診斷結果在設備性能下降到一定程度或故障將要發生之前進行維修，從而降低運行管理成本，提高電網運行可靠性。

4 變電檢修技術展望

物聯網技術與智能電網技術都是具有挑戰性的課題，物聯網技術在狀態檢修的應用中，主要體現在狀態監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。

【參考文獻】

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[責任編輯：曹明明]