牽引變電所一次設(shè)備狀態(tài)檢修的探討

摘要：為提高牽引變電所一次設(shè)備安全可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。提出了對牽引變電所一次設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修的可行性和優(yōu)越性，給出了一次設(shè)備實(shí)施檢修時(shí)各種檢修方式的選取策略和狀態(tài)檢修系統(tǒng)的工作流程，并對一次設(shè)備中的牽引變壓器、斷路器和避雷器的狀態(tài)檢修作了簡要的介紹。

關(guān)鍵詞：牽引變電所；一次設(shè)備；狀態(tài)檢修；牽引變壓器

作者簡介：曹景雷（1986-），男，山東聊城人，國網(wǎng)聊城供電公司變電檢修室，助理工程師；孫慶彬（1981-），男，山東聊城人，國網(wǎng)聊城供電公司變電檢修室，工程師。（山東 聊城 252000）

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0256-02

隨著我國電氣化鐵路網(wǎng)的快速延伸，牽引變電所一次設(shè)備的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行對鐵路供電系統(tǒng)甚至整個(gè)鐵路系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。目前，我國牽引變電所一次設(shè)備檢修體制主要實(shí)行的是以故障檢修和預(yù)防性檢修為主的計(jì)劃檢修體制。這種“到期必修”的檢修體制雖然有助于消除電氣設(shè)備的隱含故障或缺陷，但存在維修不足或維修過剩等問題，不僅造成了不必要的人、財(cái)、物的浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)和維修成本，甚至還影響電氣一次設(shè)備的安全運(yùn)行。

隨著微電子、信息、計(jì)算機(jī)、數(shù)字信號處理、專家系統(tǒng)、粗糙集理論、模糊集理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、多元統(tǒng)計(jì)分析、決策樹等智能技術(shù)應(yīng)用于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，這就為在牽引變電所一次設(shè)備中實(shí)施基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的狀態(tài)檢修（CBM，Condition Based Maintenance）提供了可行性。在牽引變電所一次設(shè)備中推行狀態(tài)檢修會(huì)帶來很多好處：有針對性地維修，縮短檢修時(shí)間或避免過度維修；按需維修，提高了設(shè)備的可靠性和可用性；確保了供電的可靠性。這樣降低了維修成本，延長了設(shè)備的使用壽命，減小或避免了重大事故的發(fā)生。因此，基于狀態(tài)檢修的極大優(yōu)越性，使得它應(yīng)用于牽引變電所一次設(shè)備檢修中成為了必然的選擇。

一、一次設(shè)備的狀態(tài)檢修系統(tǒng)

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得檢修體制得到不斷發(fā)展，在經(jīng)歷故障檢修（CM）/事后檢修（BM）和預(yù)防性檢修（PM）兩個(gè)階段后，目前正在向狀態(tài)檢修（CBM）過渡。

狀態(tài)檢修又稱預(yù)知性檢修，它是以設(shè)備工況信息為基礎(chǔ)，利用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，識別設(shè)備的早期癥狀，對故障部位、嚴(yán)重程度作出判斷，并對故障發(fā)展趨勢進(jìn)行合理預(yù)測，從而確定設(shè)備的最佳檢修時(shí)機(jī)。狀態(tài)檢修是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，主要包括電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和檢修決策三個(gè)環(huán)節(jié)。其中，狀態(tài)檢測是故障診斷的前提，是檢修決策的基礎(chǔ)；故障診斷是檢修決策的依據(jù)。檢修決策要結(jié)合狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的情況，綜合歷史和現(xiàn)在運(yùn)行信息，利用專家系統(tǒng)等技術(shù)在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將發(fā)生之前進(jìn)行檢修。牽引變電所一次設(shè)備狀態(tài)檢修系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。[1]

二、基于可靠性的電氣一次設(shè)備檢修策略

基于可靠性的牽引變電所一次設(shè)備檢修策略是以概率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和可靠性工程為基礎(chǔ)，以提高電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性和降低檢修成本為目的，把故障檢修、預(yù)防性檢修和狀態(tài)檢修三種檢修方式相結(jié)合起來的檢修方法，需要對大量的電氣設(shè)備原始數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、家族數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，研究故障發(fā)生規(guī)律，從而作出組合優(yōu)化的檢修策略。

對牽引變電所一次設(shè)備的檢修應(yīng)從電氣設(shè)備實(shí)際運(yùn)行工況出發(fā)，按照“該修必修，修必修好”的原則，并結(jié)合牽引變電所的實(shí)際情況應(yīng)用合理選擇檢修方式。因此，在考慮“技術(shù)狀態(tài)”和“可靠性”的新建或改建的牽引變電所中，可以率先把狀態(tài)檢修系統(tǒng)引入規(guī)劃設(shè)計(jì)之中，等取得成功經(jīng)驗(yàn)后再逐步推廣到其他變電所。但是并不是所有的變電所，也并非所有的設(shè)備在運(yùn)行的任何時(shí)期都需要進(jìn)行狀態(tài)檢修，甚至有些設(shè)備不需要狀態(tài)檢修，有些設(shè)備用現(xiàn)在的技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測和診斷還不成熟。因此對牽引變電所一次設(shè)備的檢修應(yīng)根據(jù)設(shè)備的類型、性能、故障后果、監(jiān)測手段、檢修經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合因素，在確保可靠性的前提下，優(yōu)化檢修組合，才能更好降低檢修成本。對牽引變電所一次設(shè)備檢修方式的選取原則如圖2所示。[2]

三、一次設(shè)備狀態(tài)檢修的基本應(yīng)用

通常把牽引變電所中轉(zhuǎn)換與分配電能的設(shè)備稱為電氣一次設(shè)備，如牽引變壓器、斷路器、避雷器等設(shè)備。采用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)后可以使預(yù)防性檢修向預(yù)知性檢修過渡，從而實(shí)現(xiàn)“該修則修，修必修好”的預(yù)期效果。

1.牽引變壓器

牽引變壓器常見的故障有出口短路故障、繞組故障、絕緣故障和鐵芯故障。對這些故障除了從響聲和振動(dòng)異常進(jìn)行簡單判別外，更應(yīng)在狀態(tài)監(jiān)測基礎(chǔ)上進(jìn)行故障診斷。

目前，牽引變壓器狀態(tài)監(jiān)測（即在線監(jiān)測）[1，2]的主要內(nèi)容有：繞組輸出電壓、電流、有功、無功監(jiān)視；繞組溫度的多點(diǎn)測量；鐵芯溫度測量；油量、油位、油溫的測量；內(nèi)部局部放電監(jiān)測和位置判斷等。常用的監(jiān)測方法有：油色譜分析法；油中氣體分析法；局部放電法；介質(zhì)損耗因數(shù)法；變壓器微水檢測法；頻率響應(yīng)分析法。采用狀態(tài)監(jiān)測裝置進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，要充分考慮到變壓器及變電所內(nèi)的電磁干擾，綜合應(yīng)用上述方法，同時(shí)結(jié)合電氣試驗(yàn)、離線檢測和運(yùn)行情況會(huì)達(dá)到更好的檢測結(jié)果。

對基于狀態(tài)監(jiān)測的故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用較成熟的是基于油中溶解氣體分析法的故障診斷系統(tǒng)[2，3]，它利用油中溶解氣體的濃度可以判斷故障。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，利用油中特征氣體或其比值來判斷故障的方法應(yīng)用最多的是三比值法和羅杰斯比值法。再結(jié)合基于模糊集理論的專家系統(tǒng)，利用決策樹或決策表來識別故障部位，可實(shí)現(xiàn)牽引變壓器的狀態(tài)檢修。

2.斷路器

高壓斷路器是牽引變電所中重要的控制和保護(hù)設(shè)備，其常見的故障有[1]：機(jī)械故障、絕緣故障、滅弧能力變化故障和發(fā)熱故障，故對其狀態(tài)監(jiān)測的內(nèi)容主要有[3]：斷路器和操動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械特性的監(jiān)測；合分閘線圈回路通路的監(jiān)測；操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲壓系統(tǒng)的監(jiān)測；滅弧室和滅弧觸頭電磨損的監(jiān)測；絕緣監(jiān)測；斷路器主觸頭及導(dǎo)電部分監(jiān)測。據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)看，機(jī)械故障（包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作失靈或誤動(dòng)作和控制回路故障）約占全部故障的70%～80%，絕緣故障、滅弧故障占有率較小，發(fā)熱故障占有率更低。因此，常把機(jī)械故障的監(jiān)測和診斷放在狀態(tài)檢修的最重要位置。

高壓斷路器機(jī)械故障的狀態(tài)監(jiān)測方法有[3]：斷路器合閘、分閘線圈電流的監(jiān)測；斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)行程及速度的監(jiān)測；斷路器振動(dòng)信號的監(jiān)測。通過這些方法不僅提供了斷路器運(yùn)行狀態(tài)，而且分析出了各種重要參數(shù)的變化趨勢，還能判別有無故障先兆。

3.避雷器

氧化鋅避雷器MOA是一種比傳統(tǒng)的碳化硅避雷器保護(hù)性能更優(yōu)的過電壓保護(hù)設(shè)備，因而得到廣泛應(yīng)用。氧化鋅避雷器狀態(tài)監(jiān)測的方法主要有在線監(jiān)測全電流和帶電測量阻性電阻。[3]近年來國內(nèi)對氧化鋅避雷器普遍采用監(jiān)測其阻性電流來診斷其絕緣狀況。由于在正常工作電壓下，流過氧化鋅避雷器閥片的主要是容性電流，因此從容性電流為主的全電流中分離出微弱阻性電流成為其在線監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)。常用補(bǔ)償法和諧波法測量氧化鋅避雷器的帶電阻性電流，并用諧波分析法監(jiān)測其阻性電流。與此同時(shí)，當(dāng)避雷器遭受雷擊時(shí)存在監(jiān)測設(shè)備的接地電位過高的問題，可在電流取樣端和檢測處理端采用光電技術(shù)處理了該難題。

四、結(jié)論

科技的進(jìn)步和檢修體制改革的深入使得基于狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的狀態(tài)檢修成為了牽引變電所一次設(shè)備檢修方式的必然選擇，但是只有優(yōu)化組合各種檢修方式才能提高設(shè)備的可靠性和可用率，從而降低運(yùn)行和維修成本。在牽引變電所一次設(shè)備中推行狀態(tài)檢修技術(shù)不僅要從專業(yè)技術(shù)層面提高，比如狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的提升、故障診斷技術(shù)的完善和檢修決策的優(yōu)化等等，而且也要從綜合管理層面逐步推進(jìn)，更新檢修管理理念，提升檢修人員的綜合素質(zhì)。隨著狀態(tài)檢修技術(shù)在牽引變電所一次設(shè)備中的推廣和經(jīng)驗(yàn)的積累，狀態(tài)檢修工作將得到提高和完善，也將促使其在牽引變電所二次系統(tǒng)中推行和應(yīng)用，這樣勢必更好地促進(jìn)鐵路供電系統(tǒng)及電力系統(tǒng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]高翔.繼電保護(hù)狀態(tài)檢修應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，

2008.

[2]徐青山.電力系統(tǒng)故障診斷及故障恢復(fù)[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3]王昌長，李福祺，高勝友.電力設(shè)備的在線監(jiān)測與故障診斷[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[4]趙建平.鐵路電力設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)探討[J].鐵道機(jī)車車輛，

2008，28（1）：76-78.

（責(zé)任編輯：王祝萍）