电力设备状态检修的方法

第３８卷　２０１０年８月　云南电力技术　Ｖｏｌ＿３８　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２０１０　ＹＵＮＮＡＮ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　电力设备状态检修的方法　钱国超王景林　昆明６５０２１７）　（云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院，云南摘要：从电网企业开展设备状态检修技术的思路、方法及问题作一些探讨。　关键词：状态检修思路方法　问题　中图分类号：ＴＭ７３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６－７３４５（２０１０）０４－００３７－０４　１　前　言　电力系统是一个由发、送、输、配等用电设备　连接而成的大系统，这些设备的可靠性及运行状况　直接决定整个系统的稳定和安全。检修是保证电力　设备寿命１０％一１５％。与状态检修密切相关、能直　接提高状态检修工作质量的理论与技术主要包括４　个方面的内容，即设备寿命管理与预测技术、设备　可靠性分析技术、设备状态监测与故障诊断技术和　信息管理与决策技术。　２．１　设备寿命管理与预测技术　设备健康运行的必要手段，所以，做好电气设备的　检修工作，及早发现事故隐患并及时予以排除，使　其始终以良好的状态投入运行，具有重要的意义。　实施状态检修提高设备利用率在５％以上，节约检修　费用２５％～３０％。随着传感技术、微电子、计算机　状态检修中寿命预测与评估技术的应用，有　利于科学合理地安排检修和提高设备的可用率。　２。２　电力设备的可靠性技术　可靠性是指机械设备和元件等在规定的条件　软硬件和数字信号处理技术、人工神经网络、专家　系统、模糊粗糙集理论等综合智能系统在状态监测　及故障诊断中应用，使基于设备状态监测和先进诊　断技术的状态检修技术得到进一步发展，已成为电　力系统中的一个重要研究领域。　下和预定的时间内，完成规定功能的能力。系统　的可靠性数学模型在很多文献中均有介绍，一般　把可修系统归为马尔科夫模型和非马尔科夫模型。　设备可靠性通常用可靠度函数Ｒ（￡）来定量描述，　定义Ｆ（ｔ）为不可靠度函数，它是产品在时间ｔ内发　２状态检修技术理论　状态检修ＣＢＭ（ｃｏｎｄｉｉｆｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ），　生故障的概率。可靠度函数Ｒ（ｔ）定义为：尺（　）＝１　・∞　又称预知性检修它是利用设备在需要维修之前，存　在—个使用寿命这一特点而展开的一种预测方法。　这种方法充分利用这个设备或者设备的某些重要部　件的寿命特征，通过数据采集和数据分析来预测设　备状态发展的趋势。这种检修方式是以设备当前的　实际状况为依据，通过高科技监测手段，对设备进　一Ｆ（ｆ）＝ｆ　ＪＯ　）ｄｔ，其中　）为故障密度函数。　传统的电力设备可靠性评估基于威布尔得出的浴　盆曲线法，如图１所示，但是此法只对有支配性　损耗故障的设备进行维修，且精度不高。　行纵向（历史和现状）、横向（同类设备的运行状　况）的比较分析，来识别故障的早期征兆，并对故　障部位、故障严重程度及发展趋势作出判断，以确　定其最佳检修时机。状态检修方式以设备当前的工　作状况及其在系统的重要性为依据，而非传统的以　设备使用时间为依据，由于科学地提高了设备的可　用率和明确了检修目标，在不降低可靠性的基础上，　１一早期故障期；２一偶然故障期；３一耗损故障期　图１　典型“浴盆曲线”图　总体上降低了检修费用，提高了企业的效益。延长　收稿日期：２０１０—０５—１５　３７　２０１０年第４期　２．３设备状态监测与故障诊断技术　云南电力技术　第３８卷　和先进诊断技术的状态检修研究得到发展。　４）配电自动化的发展为在整个配电网范围　内进行大规模的设备在线状态检修和利用通信、　图片信息、地理信息进行综合的检修管理及自动　化的实现创造了机会。　设备状态监测是故障在线诊断和离线分析的　基础。国内外现有的专家系统尚不能对设备故障　故障进行全面的自动诊断，还依赖于有经验的专　家进行判断，其主要原因是由于这些专家系统所　包含的知识还不足以全面反映故障的征兆与其原　５）数字变电站对设备实施状态检修提出了　因之间的映射关系。　２．４信息管理与决策技术　图２为状态检修的一个简化决策流程。　图２状态检修简化决策流程　世界各国研究与实践证明，根据设备实际状　态进行维修是行之有效的办法。任何设备发生故　障前均有一些征兆。设备由正常状态到故障发生，　其状态信号有一个发展变化过程。这个潜在过程可　用Ｐ—Ｆ曲线表示，详见图３。故障萌发点代表刚　刚出现故障，没有明显征兆；潜在故障点Ｐ有明显　征兆；Ｆ点代表设备丧失功能的故障发生点。由潜　在故障点Ｐ到功能故障点Ｆ通常都会有一段或长或　短的时间。通过监测其状态参数，就可以捕捉到故　障萌发点或潜在故障点的状态参数变化，从而进行　分析，发现故障部位、性质及变化规律。　正　图３设备故障过程的状态信号变化　３　电气设备状态检修的可行性　１）国产电气设备积累了大量的运行经验，　其运行和维护技术日臻成熟，这为实施状态检修　工作奠定了技术基础。同时，国产设备的质量有　了很大提高，为状态检修提供了一定的物质基础。　２）新型设备投入运行及新技术的应用，监　测手段也在不断提高，使设备的安全运行有了好　的基础。　３）随着传感技术、微电子、数字信号处理　技术、神经网络、专家系统等综合智能系统在状　态监测及故障诊断中应用，使基于设备状态监测　３８　迫切的要求。　４　电气设备实施状态检修的思路　实施设备状态检修是要根据不同设备的重要　性、可控性和可维修性，科学合理地选择不同的　检修方式，从而形成一套集故障检修、定期检修、　状态检修和主动检修为一体的、优化性的综合检　修方式，以提高设备可靠性降低维修成本。实施　设备状态检修不是以状态检修完全取代现有的定　期检修方式，而是应该在现行定期检修为主的检　修基础上，挖掘现有检测设备和手段的潜力，　完善各种在线、离线状态监测手段逐步增大实施　状态检修设备的比重，完善设备检测系统、信息　管理系统和检修管理系统，确保电气设备安全、　经济、可靠地运行，最终实现状态检修。　根据我国目前电网企业生产的特点，采取以　定期预防性检修为主，辅以改正性检修，在大修　间隔上采用不定期预防性检修。同时，要不断完　善和开发设备状态检测技术，为实现向状态检修　过渡创造条件。　５　电气设备状态检修方式及步骤　５．１　状态检修所需的技术支持　５．１．１　复杂大系统可靠性评价　复杂大系统可靠性评估是ＲＣＭ技术中的关　键技术，也是可靠性工程的重要组成部分，可靠　性评估是根据产品的可靠性结构、寿命模型及试　验信息，利用统计方法和手段，对评价产品可靠　性的性能指标给出估计的过程。在可靠性评估领　域，对复杂大系统的可靠性评估一直是重大难题　之一。主要原因之一是由于费用和试验组织等方　面的原因，不可能进行大量的系统级可靠性试验，　而只能利用单元试验信息，而如何充分利用单元　和系统的各种信息对系统可靠性进行精确的评估　是相当复杂的问题。国际上普遍使用“金字塔”　模型进行可靠性综合评估，取得了一定效果。这　种模型是从底层出发直至系统级，逐级向上折合、　综合，最终对大系统的可靠性进行评估。由于这　第３８卷　电力设备状态检修的方法　２０１０年第４期　种方法的数据来源单一及综合过程的多级近似而　导致了评估结果的可信度不高。因此现在又出现　将信息融合技术和证据理论应用在复杂大系统的　可靠性评估方面的趋势，为复杂大系统的可靠性　评估提供了新的方法。　５．１．２先进的传感技术　先进的传感器是实现预测性维修的重要手段，　因为故障诊断技术的发展首先决定于能否获取尽　可能多的有用信息，这是数据处理和诊断决策的　基础。一些原来用于军事方面的传感技术已有一　部分移植到电气设备的状态监测上来。如光纤传　感器等。目前研究重点就是发展集成化、阵列化、　智能化的传感器和热敏及气敏等敏感元器件产品。　５．１．３信息采集处理技术　由于状态监测所选用的传感器一般是非侵人　式的，不影响被监测设备的正常运行，所监测的　特征信号，既有状态变量，也有二次效率信息　（如分解物等），因此可能有很多信号反应设备的　状态。如局放过程中会产生电脉冲、气体生成物、　超声波、电磁辐射、光等现象。相应的就可监测　电脉冲、气相色谱、超声波、电磁波、光等信息。　不同的设备可能会选择不同的信息及不同的信号　处理方式。同时，由于信号在传送过程中往往受　其它信号的干扰，因此传感器所测量的数据究竟　采用模拟传输还是数字传输或采用有线传输还是　无线传输等问题也应深入研究。　５．１．４干扰抑制技术　尽管在状态检测过程中采取了很多的抗干扰　措施，但在线监测过程中仍会受到现场中不可避　免的干扰，因此除对硬件滤波器和数字滤波技术　进行深入研究外，近年来发展的小波变换技术也　被广泛应用于信号提取中，它可有效地滤除各种　噪声信号（如现场测试中遇到的载波信号干扰），　可把有用信号从比信号强几个数量级的干扰中提　取出来。　５．１．５模式识别技术　故障信号的分类一直被认为是较困难的研究　课题。过去用频谱来区分故障类型的方法有很大　的局限性，许多不同类型的故障信号频谱往往有　一部分甚至大部分是重叠的，在频域内很难加以　区分。现在，研究故障的特征提取和特征识别的　方法是故障诊断技术的一个重要分支。常用的故　障分类方法有：模糊识别神经网络、专家系统、　小波分析、分形理论分析等。　５．１．６寿命估计　对设备的寿命估计是对电气设备更新的基本　依据。目前所采用的基本方法是在大量的实验基　础上利用概率的相关知识。如通常认为电容器的　寿命服从威布尔分布，而发电机的寿命服从指数　分布。现在又有使用ＣＩＧＩＥ２方法对绝缘老化进行　估计，从而得到设备的剩余寿命。　５．２设备状态检修方式　由于状态检修方式具有定期维修无法比拟的　优点，因此近年来有人提出对全部的设备进行状　态检修。实际上，电气设备的大小、结构、用材、　功能各不相同，出现缺陷的原因和规律也不相同。　另外在工作时所受的电、热、机械、环境各不相　同，呈现的损耗规律不会相同。其次各个设备在　电力系统中的地位和影响不同，每个设备中部件　对设备功能的影响也不相同。所以，未来的状态　检修不可能完全代替定期维修，而是状态检修和　定期维修共同存在的局面。　目前，全面推行状态检修方式还存在一定的　问题。主要包括：在线监测技术满足不了工程的　要求，还不健全；对在线监测到的信号加工处理　和故障诊断更不成熟，标准不健全，可信度不高。　因此，状态检修工作应首先在一些人员素质高、　设备基础好、管理先进的部门试行，在试行成功　的基础上逐渐加大推广力度，定期维修方式在今　后一段时间内仍将是主要维修方式。　５。３　电气设备实施状态检修的步骤　统筹规划搞好试点。完善设备管理体系，通　过有效的强化设备管理，完善设备管理的基本体　系，为设备的状态分析、合理安排检修时间和检　修项目提供科学依据。　状态检修的实施需要建立计算机维修管理系　统（ＣＭＭＳ系统），ＣＭＭＳ系统主要由以下三大子　系统组成：设备监测与诊断子系统；运行维修决　策子系统；设备综合管理子系统。　６设备状态检修技术和管理　６．１　状态检修中的技术问题　６．１．１状态检修与可靠性技术　状态检修是要深入了解设备健康状态的前提　条件下通过检查、维护、修理乃至更新，以最小　的代价保持或恢复系统及设备的固有可靠性水平。　３９　２０１０年第４期　云南电力技术　第３８卷　应根据可靠性分析的结果采取不同的检修策略。　基础是一系列的数据库，包括设备运行记录、设　计数据、检修历史记录、设备状态监测与诊断数　据、设备性能分析数据等。正确完整的技术数据　是状态检修的基础，因此，应该结合企业和电网　的实际状况，建立状态检修计算机管理信息系统。　实行以可靠性为中心（ＲＣＭ）的维修能够优化检　修计划及过程。对可靠性要求高的设备，所要求　检测的项目、精度、频率都很高。　６．１．２状态检修与寿命评估技术　如何控制设备寿命损耗，合理利用和分配设　备寿命，延长设备的实际使用期限等都涉及到对　设备寿命的评价。状态检修中检修实施间隔的确　２）检修风险分析与决策：合理的分析检修　风险，进行检修决策是管理者的一个重要难题。　风险分析源于可靠性理论，是一种基于概率分析　定与设备寿命损耗直接相关，通常的管理工作中，　一般最初检修凭经验估计，通过长期的资料积累，　逐步形成做到较准确估计其寿命，以便在最合适　的时间完成检修工作。　６．１．３状态检修与决策　以状态检修逐步取代定期维修已成为电气设　备检修的必然趋势，但在复杂大型电网中如何合　理选择电气设备开展状态检修工作，如何成功地　向状态检修过渡，仍是许多输变电企业在实际检　修工作中面临的主要难题。因为它必须考虑到状　态检修所需的技术支持、设备状况和人员索质等　多方面因素。通常应用计算机辅助决策系统和数　据库技术将所有的操作运行和检修信息综合在一　起，针对某个决策目标体系，形成以单个设备或　整个系统单元的决策工具。　６．１．４状态检修与监测诊断技术　状态检修是建立在准确的状态诊断基础上的，　而准确的状态诊断的前提是完善和准确的状态监　测，尤其是实时在线监测。但目前有关电力设备　运行状态在线监测诊断系统仍然存在监测点少、　功能单一，缺乏系统性和综合性，尤其缺乏监测　的层次化和网络化等问题，妨碍了设备状态信息　的集中和综合；另外，设备寿命管理与预测也需　要解决一些诸如设备寿命计算中复杂边界条件的　提出、材料在不同温度和应力条件下的寿命损耗　特性以及剩余寿命评价等问题。因此电力企业要　做好状态检修工作，必须首先做好以下准备工作：　取消指令性的计划检修，改为指导性的计划　检修，将预防检修、状态检修和事故后检修有机　结合，逐步过渡到以状态检修为主的主动检修模　式；成立专业化的检修公司，实现集中检修，进　而实施终生检修承包制。　６。２状态检修中的管理问题　１）数据库综合管理：状态检修数据管理的　的方法，利用故障分析树和事件分析树或逻辑树　等手段，了解设备及装备的故障模式、故障影响　因素、影响重要度和故障传递关系、风险扩散途　径等，进而开展风险损失评估，得到决策的依据，　风险分析不仅要意味要考虑一个或几个素质，同　时还要考虑的重要因素还有人们对风险的认识。　３）备品备件管理：备用品管理做到：备品　分类管理；合理选择备品存储方式；按备品类型　决定最佳订货方式。　４）状态检修人员必须掌握状态监测与故障　分析的手段，能综合评价设备的健康水平，有丰　富的检修经验和高超的检修技术，并且参与检修　决策，能制定优化检修计划和检修工艺。　５）状态检修技术经济分析：状态检修要能　获取成功，除了完善的技术手段外，必须还要有　技术经济分析为决策提供依据，需要解组一些数　学模型来解决。　７结束语　状态检修是设备检修的发展方向。随着设备　状态检修的不断深入，设备状态信息如何为设备　状态检修服务和利用，如何将设备检测和设备状　态检修纳入正常的检修管理，如何将大量的系统　归类分析和共享，这些都是迫切需要解决的问题。　只有不断改进和创新，加强基础数据的积累，才　能推进设备状态管理的进一步深入和发展。　参考文献　［１］孙才新．输变电设备状态在线监测与诊　断技术现状和前景［Ｊ］．中国电力，２００３．　［２］王璐，王鹏．电气设备在线监测与状态　检修技术［Ｊ］．现代电力，２００２．　［３］许婧，王晶，高峰，束洪春．电力设备　状态检修技术研究综述［Ｊ］．电网技术，２０００．