電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的概念及現(xiàn)狀

張焱

【摘 ?要】隨著電力系統(tǒng)和電力市場的發(fā)展，實現(xiàn)狀態(tài)檢修不僅成為可能也成為必要。以狀態(tài)檢修逐步取代定期檢修已成為電力系統(tǒng)設(shè)備檢修的必然趨勢。

【關(guān)鍵詞】變電站;設(shè)備檢修;監(jiān)測;技術(shù)

一、狀態(tài)檢修及其發(fā)展

所謂狀態(tài)檢修具體說來是根據(jù)電氣設(shè)備的各種相關(guān)信息，在充分掌握設(shè)備健康狀態(tài)的基礎(chǔ)上，科學(xué)地確定預(yù)試、檢修計劃，合理地安排預(yù)試的檢修項目、內(nèi)容的檢修方式。狀態(tài)檢修的特點是：有一個能反映設(shè)備狀態(tài)的參數(shù);有一個規(guī)定的闌值或概念明確的判斷數(shù)據(jù)，以判斷設(shè)備是否需要檢修狀態(tài)檢修工作本身不需要解體設(shè)備。周期性預(yù)防性維修的基礎(chǔ)是高壓電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗，而狀態(tài)檢修則主要依據(jù)高壓電氣設(shè)備的在線監(jiān)測。在線監(jiān)測可以提高高壓電氣設(shè)備的利用率，有助于從周期性、預(yù)防性維修向狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變，改善資產(chǎn)管理和設(shè)備壽命評估，加強(qiáng)故障原因分析。隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，不僅使在線監(jiān)測成為可能，而且將其進(jìn)一步與變電站自動化系統(tǒng)集合，則有望實現(xiàn)真正意義上的變電站無人值班和狀態(tài)檢修。

二、變電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測

定期維修主要以預(yù)防性試驗為基礎(chǔ)，而狀態(tài)檢修則主要參考在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。在線監(jiān)測、故障診斷、實施維修這個過程構(gòu)成了電氣設(shè)備狀態(tài)檢修工作的內(nèi)涵。

進(jìn)行狀態(tài)檢修必須研究電氣設(shè)備的故障模式，設(shè)備狀態(tài)應(yīng)包括設(shè)備在線監(jiān)測的特征量、預(yù)防性試驗的結(jié)果數(shù)據(jù)、設(shè)備的歷史運行狀況和檢修情況，以及設(shè)備現(xiàn)在的運行參數(shù)狀況等。建立在在線監(jiān)測基礎(chǔ)上的故障診斷必須依據(jù)上述設(shè)備狀態(tài)，全面而客觀地進(jìn)行評價。主要檢測的設(shè)備包括電力變壓器、斷路器、容性設(shè)備和GIS等。

2.1電力變壓器的狀態(tài)監(jiān)測

通過故障模式分析，變壓器及其有載開關(guān)應(yīng)該是在線監(jiān)測的重點。變壓器的在線監(jiān)測項目主要有油中氣體測量與分析、局部放電測量、有載開關(guān)的觸頭磨損及機(jī)械和電氣回路的完整性測量等。變壓器在線監(jiān)測可以被特征化為由缺陷發(fā)展到初始故障的過程。這種過程往往歷時很長，這種老化過程的特征有油泥的沉積、紙包導(dǎo)體絕緣材料機(jī)械強(qiáng)度的減弱、提供機(jī)械支撐的材料的收縮以及有載調(diào)壓開關(guān)的錯位等。某些運行方式可能導(dǎo)致過熱使得溶解于油中的水分變成氣泡，這些氣泡能夠引起液體絕緣介質(zhì)強(qiáng)度的嚴(yán)重降低，最終導(dǎo)致介質(zhì)失效事故。當(dāng)然在某些情況下嚴(yán)重的后果會在瞬間發(fā)生。

某電力公司目前已安裝了5套變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置，采用色譜分析原理，應(yīng)用動態(tài)頂空脫氣技術(shù)和高靈敏微橋式檢測器，實現(xiàn)對變壓器油中7種組分檢測，隨時監(jiān)控大型變壓器內(nèi)部的運行狀態(tài)。安裝了2套電力變壓器局部放電超高頻在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過安裝在變壓器、油閥上的超高頻傳感器來在線監(jiān)測局部放電狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患。

因此，在線監(jiān)測變壓器的絕緣參量，可發(fā)現(xiàn)其潛伏性故障，同時將提醒用戶注意那些可能導(dǎo)致事故或絕緣老化的狀態(tài)信息。

2.2斷路器的狀態(tài)監(jiān)測

高壓斷路器在電網(wǎng)中起控制和保護(hù)作用，對高壓斷路器的重要參數(shù)進(jìn)行長期連續(xù)的在線監(jiān)測，不僅可以提供設(shè)備現(xiàn)在的運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，決定是否可以延長設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，減少維修保養(yǎng)的費用，為電力設(shè)備由定期檢修向狀態(tài)檢修過渡創(chuàng)造條件。

根據(jù)國內(nèi)外多項統(tǒng)計看，機(jī)械故障（包括操動機(jī)構(gòu)及控制回路）占全部故障的70%～80%，其他滅弧、絕緣故障占有較小比例，發(fā)熱故障比例更低，因此通常把機(jī)構(gòu)故障包括操動機(jī)構(gòu)控制回路故障放在監(jiān)測最重要的地位。

現(xiàn)已有開發(fā)成功的斷路器狀態(tài)監(jiān)測在線分布式信息系統(tǒng)，通過獨立的微處理器實現(xiàn)對每臺斷路器狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測。另外，采用便攜式斷路器分析儀測試操作機(jī)構(gòu)的響應(yīng)特性的變化情況，發(fā)現(xiàn)用斷路器特征波形分析來評定操作機(jī)構(gòu)和相關(guān)部件的狀態(tài)是行之有效的，可有效彌補(bǔ)功率因數(shù)法、搖表測電阻和測試試驗對確定操作機(jī)構(gòu)狀態(tài)的不足。

2.3容性設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測

國內(nèi)外開展較早和較多的在線監(jiān)測工作便是容性設(shè)備（包括氧化鋅避雷器）的在線監(jiān)測。主要測量容性設(shè)備的電容、電容電流、介質(zhì)損耗（tand）、不平衡電壓等參量和氧化鋅避雷器的（MOA）全電流、阻性電流、功耗等參量。

某電力公司在變電站安裝了一套容性設(shè)備介質(zhì)損耗帶電測試系統(tǒng)，對容性設(shè)備的介質(zhì)損耗在線測試，及時檢測設(shè)備絕緣的真實情況，反映設(shè)備劣化程度。

2.4紅外檢測技術(shù)

主要用于以下常見部位檢測：

（1）隔離開關(guān)兩端頂部及線夾接觸處、彈簧壓接格的刀口及導(dǎo)電桿的焊接、鉚接部位。

（2）線路受風(fēng)力或外界引起振動的機(jī)械力作用導(dǎo)致的連接松弛部位，或線路周期性過載及環(huán)境溫度周期性變化，引起部件周期性熱脹冷縮導(dǎo)致的連接松弛部位。

（3）安裝施工不嚴(yán)格或不符合工藝要求，例如接觸面氧化層未除凈或有污垢連接件，焊接工藝差、螺母不堅固、未加彈簧墊、彈簧老化或連接不等徑的連接件等。

（4）穿墻套管的引流接頭及支撐板開縫處。

（5）斷路器、電流互感器的外部引接頭，電纜頭接線線夾螺栓連接處，藕合電容器引下線螺栓位置，主變壓器套管接頭及中性點連線位置等等。

近年來，某電力公司對紅外檢測技術(shù)進(jìn)行大力推廣應(yīng)用，所有運行單位均配備了紅外點溫儀、紅外熱像儀，對運行設(shè)備定期進(jìn)行測溫，并綜合比較分析及時發(fā)現(xiàn)了不少存在缺陷從而預(yù)防了事故的發(fā)生。

三、基于數(shù)字化變電站的狀態(tài)檢修

從狀態(tài)檢修的定義可以看出，狀態(tài)檢修策略應(yīng)包含以下3個組成部分狀態(tài)信息采集、狀態(tài)診斷方法和檢修策略應(yīng)用。狀態(tài)信息采集是整個應(yīng)用體系的輸人，檢修策略為整個應(yīng)用的體系輸出，狀態(tài)診斷分析模型的合理建立，即如何科學(xué)合理地建立變電設(shè)備健康評價體系，是貫穿整個狀態(tài)檢修維護(hù)策略的核心內(nèi)容，也是長期困擾工程應(yīng)用的難點問題。數(shù)字化變電站技術(shù)為狀態(tài)檢修提供了可行的技術(shù)支持，主要體現(xiàn)在：智能化的一次設(shè)備，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，而不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/0現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享;變電站綜合管理信息系統(tǒng)，在變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告，系統(tǒng)能夠提供全面、綜合、真實的統(tǒng)計、查詢及明細(xì)數(shù)據(jù)。

四、結(jié)束語

綜上所述;變電站設(shè)備狀態(tài)檢修的目的是為了及時、有效地監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛伏性故障。隨著在線監(jiān)測技術(shù)、數(shù)字化變電站的發(fā)展，以及電力體制逐步解除管制，實現(xiàn)狀態(tài)檢修不僅成為可能也成為必要。就技術(shù)層面看，目前在線監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)分析和綜合評判還處于初步狀態(tài)，最終的結(jié)論還需要人的參與，這與在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)積累不夠充足有關(guān)，在數(shù)據(jù)的融合和判據(jù)的效用方面還有許多工作要做。

參考文獻(xiàn)：

[1] 薛善成，朱杰.電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)探討[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2009，（21）.

[2] 程玲.電力系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[J].水電廠自動化，2008，（03）.

[3] 劉愛玲，董飛飛，劉曉飛.電力系統(tǒng)故障診斷方法綜述[J].中國電力教育，2009，（S2）.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司汾陽市供電公司）