火力發(fā)電廠電氣設備狀態(tài)檢修實例分析

陳 劍

（常州市新港熱電有限公司，江蘇 常州 213033）

設備狀態(tài)檢修是指根據設備狀態(tài)信息檢測與診斷的先進技術，來判斷和預測設備故障，在故障發(fā)生前對設備進行科學維護的維修模式。通過現代維修管理技術的應用，以先進的設備狀態(tài)檢測和診斷技術，實時了解設備的健康狀況和運行情況，及時對設備的壽命評估，然后根據設備的健康狀態(tài)，合理安排維修時間，最大限度地降低維護成本和發(fā)電成本，提高設備的利用率。

狀態(tài)檢修涉及的電氣設備，主要是針對需要經過時效考驗并隨著負載變化而出現的工況和壽命發(fā)生變化的電氣一次設備，包括發(fā)電機、斷路器、高低壓電動機、大型變壓器、中小型變壓器、高壓開關、隔離閘刀、CT（電流互感器）、CVT（電容式電壓互感器）、PT（電壓互感器）、避雷器、母線及連接、中壓開關、配電變壓器、高壓套管、電力電纜、變頻器、整流組件、絕緣子、電力電容器等[1]。

20 世紀90年代初，美國現有1/3 的電廠采用狀態(tài)維修，例如：根據美國電力研究院（EPRI）和工業(yè)設備維修公司（CSI）統(tǒng)計，發(fā)電設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷指導下維修的實施，發(fā)電設備利用率增加了2%～5%，維護成本降低了 25%～30%，設備壽命延長了10%～15%。例如，當時美國對艾迪斯發(fā)電廠采用40 種在線監(jiān)測裝置的定期監(jiān)測和故障診斷，以評估和論證設備的工作狀態(tài)，電廠的運行能力增加10% ～ 30%。

為了降低運行成本、提高設備的利用率，迫切需要由原來的計劃檢修向狀態(tài)檢修發(fā)展，發(fā)電廠電氣設備實行狀態(tài)檢修勢在必行。

1 電氣設備故障的形成規(guī)律

火電廠電氣設備狀態(tài)檢修是基于設備狀態(tài)監(jiān)測，根據診斷結果科學制定保養(yǎng)維修時間和項目的檢修模式，主要包括設備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和維修決策。狀態(tài)監(jiān)測是狀態(tài)檢修的基礎，電氣設備的故障診斷是基于狀態(tài)監(jiān)測的，再綜合設備的歷史信息，利用神經網絡和專家系統(tǒng)技術來確定設備的健康狀況，進而指導電廠電氣設備的運行維護。

與傳統(tǒng)的檢修模式相比，狀態(tài)檢修更加強調單設備的狀態(tài)。而一臺設備是否需要檢修往往是由于某些部件故障所引起的。也就是對一臺設備的檢修往往是針對某些部件進行的。一臺設備由許多零部件組成，由于每個零部件的結構、材料、在實際運行中所處的狀態(tài)、承受的作用（如電的、熱的、機械的等）各不相同，因此所呈現的損耗和磨損規(guī)律不可能相同，針對不同的故障規(guī)律采取不同檢修方式才是比較合理的[2-3]。

電氣設備故障的形成規(guī)律如圖1所示。電氣設備的主要故障一般不會在瞬間發(fā)生，在功能退化的潛在故障點后逐漸發(fā)展成可以檢測到的故障。P 點之后會加速惡化，當發(fā)展到F 點時會發(fā)生事故。P-F間隔是電氣設備由潛在故障發(fā)展到功能故障的時間。如想實現狀態(tài)檢修，必須在功能失效前，也就是時間間隔P-F 內完成故障檢測。對應不同的設備，不同的失效形式P-F 間隔時間不是確定值。定期維修通常不能滿足時間P-F 間隔要求，導致設備故障的發(fā)生。在線監(jiān)測可以捕獲的P-F 間隔的整個過程，并采取措施，可以實現在功能故障發(fā)生之前選擇合理時間進行維護處理。

圖1 電氣設備故障形成規(guī)律

2 電氣設備的現代故障診斷技術

1）基于信號變換的診斷方法

是通過現代數學變換的方法可以將所監(jiān)測的電氣信號或故障信號解調出來，從而獲取電氣設備的故障信息。小波變換是該種方法中最常用的方法。例如在分析診斷電機故障時，可以通過小波變換的奇異點在多尺度下檢測信號的局部突變點，從而提取電機定子繞組的故障信息。這樣可以對定子電流的變化進行監(jiān)測，分析出由于外部負載突變或負載不對稱引起的異常變化。基于小波變換的診斷方法對負載不會產生任何影響，并且可以可靠地進行電機故障的分析和診斷。

2）基于人工神經網絡（ANN）的診斷方法

具有自動獲取診斷信息和自適應的特點，可以對復雜故障診斷模式進行識別，并能夠對電氣設備故障的嚴重性進行評估，對電氣設備可能出現的故障進行預測。BP 網絡方法是其中廣泛應用的方法。在BP網絡對電氣設備進行故障診斷時，通過相應的傳感器獲取電氣設備故障的信號特征，比如電壓、電流、噪聲，等待。再通過傅里葉變換對電氣設備故障特征信號加以處理，將特征信號頻譜中的峰值能量值作為BP 網絡的輸入樣本，通過神經網絡將故障類型作為輸出。由于BP 網絡具有自主學習的能力和聯想記憶的能力，從而可以對輸入特征信號和輸出故障類型進行映射，達到對電氣設備故障進行診斷的目的。

3 基于狀態(tài)監(jiān)測的電氣設備狀態(tài)檢修及實例分析

3.1 電氣設備狀態(tài)檢修工作流程

狀態(tài)檢修是根據先進的狀態(tài)監(jiān)測和分析診斷技術提供的設備狀態(tài)信息，來判斷設備異常，預測設備故障，根據設備的健康狀態(tài)來適時安排檢修計劃，實施設備不定期檢修及確定檢修項目。狀態(tài)檢修能有效地克服定期檢修造成設備過修或失修的問題，提高設備的安全性和可用性。狀態(tài)檢修是一個系統(tǒng)的工程，其核心部分電氣設備的狀態(tài)檢測、故障診斷以及狀態(tài)預測。

發(fā)電廠電氣設備狀態(tài)檢修工作流程如圖2所示。基于電氣設備在線、離線監(jiān)測系統(tǒng)，通過設備性能分析系統(tǒng)監(jiān)測相關檢測數據有沒有超過閥值。如果檢測數據超過設定的閥值，就由診斷中心進行處理；如果沒有超過閥值，就將數據送到電氣設備故障預測中心。故障診斷中心在接收到超閥值數據后，就設備的健康狀態(tài)進行評估。在診斷中心和預測中心評估的基礎上，對電氣設備的狀態(tài)檢修進行決策，動態(tài)修正維修質量標準和檢修周期，形成狀態(tài)檢修工作單，實現狀態(tài)檢修的目的。

圖2 電氣設備狀態(tài)檢修流程

3.2 電氣設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

發(fā)電廠電氣設備（以主變壓器為例）狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)如圖3所示。該系統(tǒng)主要包括信息檢測單元、數據傳輸部分、監(jiān)測和診斷、預報決策等部分。根據發(fā)電廠電氣設備及檢測項目，選擇出對應的傳感器，從而獲取所需要的運行狀態(tài)特征量。如果是集中監(jiān)控或遠程在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)，還需要通過通信電纜或光纖將信息傳遞給數據處理中心。在通過電氣設備的現代故障檢測和診斷方法，提取出真實反映電氣設備故障的特征量。數據處理單元會根據數據映射規(guī)則、歷史信息、經驗等專家知識分析出故障類型、位置、嚴重程度等結論。最后電氣設備故障診斷單元會通過決策支持系統(tǒng)根據設定好的故障報警上限等條件對電氣設備安全運行狀態(tài)進行在線評估和預測，實現電氣設備的狀態(tài)維修。

圖3 電氣設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

3.3 新昌電廠變壓器絕緣監(jiān)測專家評估實例分析

江西省新昌發(fā)電廠應用電氣設備在線監(jiān)測及評估系統(tǒng)對發(fā)電廠電氣設備的運行狀態(tài)、絕緣水平、健康程度進行監(jiān)測。該發(fā)電變壓器廠A、B、C 三相的絕緣電流電流MOA 監(jiān)測結果如圖4所示。從中可以看出，A 相和B 相的電流在0.22mA 左右，在正常范圍之內。而C 相的監(jiān)測結果最大值達到了3.987mA，明顯大于正常允許值。

圖4 新昌發(fā)電廠變壓器MOA 監(jiān)測結果

將電氣設備監(jiān)測數據錄入到電氣設備故障診斷及專家評估系統(tǒng)，專家系統(tǒng)根據設定好的故障報警上限等條件對變壓器狀態(tài)進行評估，由專家系統(tǒng)匯總得出評估結論。在本實例中，評估系統(tǒng)還可以給出相應的電流擬合曲線，C 相的MOA 電流可以得到二次和三次擬合曲線，通過得到的擬合曲線能夠獲得C 相電流的變化趨勢，并判斷監(jiān)測數據是否超過警戒線。本次評估中，專家系統(tǒng)依據監(jiān)測數據對電壓器的絕緣狀態(tài)給出了不合格的評估結論，理由是C 相電流較上一次數據有明顯的超限變化。最后評估結果被計入系統(tǒng)的專家知識中，為今后的監(jiān)測和診斷積累專家信息。

4 結論

發(fā)電廠電氣設備狀態(tài)檢修內容不僅包括在線監(jiān)測和診斷還包括設備維修，在線檢測，預防性試驗，故障記錄，設備管理，設備維修驗收，設備維修還要結合設備的信息，操作信息，電力市場等方面信息做出維修決策。對于發(fā)電企業(yè)來說，要根據發(fā)電機組和其他設備的運行狀態(tài)以及電氣信號檢測量對系統(tǒng)的健康狀態(tài)進行診斷，根據診斷結果確定檢修內容、檢修模式、檢修手段，從而提高電氣設備的可靠性和利用率。同時，在對狀態(tài)檢修進行決策時還應對根據整個電網的運行情況（如用電高峰或低谷、用戶的需求）進行決策風險分析。

[1] 王成申.火力發(fā)電廠電氣設備狀態(tài)檢修應用現狀[J].吉林電力,2010,35(6):38-40.

[2] 吳寧.電氣設備狀態(tài)檢修及精細化管理[J].廣東電力,2011,12(2):20-23.

[3] 王金輝.電氣設備在線監(jiān)測在狀態(tài)檢修中的應用[J].山東電力技術,2012,(7):25-27.