发电厂电气设备状态检修讲.ppt

主讲：主讲： 陈伟根陈伟根 教授教授 重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室 的状态检修技术 1 发电厂电气设备维护技术的发展 2 状态检修及其它主要检修方式的定义 3 实施状态检修的必要性 4 国外状态检修的基本策略 5 现阶段我国实施状态检修的基本规则 6 现阶段实施状态检修的基本策略 7 在线监测在状态检修中的作用及融合方法 8 实施状态检修中的其它问题 1.发电厂电气设备维护技术的发展 发电厂电气设备的检修技术的发展大致可以分为三个阶段：事故检修定期检修 状态检修。 事故检修是50年代以前主要采取的方式，就是在设备发生了故障或事故以后才进 行检修。这是基于那时没有形成象现在这样庞大的系统网络，因此设备发生故障时 的影响面小，同时大部分设备都比较简单，设备的设计裕量大而且修复容易，设备 停运对企业的经营活动影响不大，人们的依赖性也没有现在这样强烈，所以当时只 进行简单的日常维护和检修，没有开展系统的检修。 6070年代，由于设备的生产效率越来越高，突发故障所造成的损失也越来越大， 因此如何避免和减少损失就成为十分突出的问题，于是逐步形成定期预防检修体系 。在前苏联，主要发展了定期计划检修，这类检修方式为在东欧各国和我国推广应 用并延续到现在。 定期检修是一种基于时间的检修，其理论依据是：设备能通过定期检修，周期性 地恢复到接近新设备的状态。因此，检修工作的内容与周期都是预先通过计划安排 设定的，不管设备的状态如何，到时间就要修，目的是为了防止或延迟故障的发生 ，以期望达到最大限度地保证设备运行的可靠性。但这种定期检修的管理制度往往 是以牺牲企业的自身经济利益为代价的，在设备尚未发生缺陷且可正常运行的情况 下就进行停运检修甚至更换设备，从而造成了不必要的人、财、物的浪费。 1.发电厂电气设备维护技术的发展 状态检修是通过对设备状态进行监测，然后按设备的健康状态来安排检修的一 种策略。这种检修方式起源于60年代美国航空工业飞行器的设备检修工作中，1978 年开始广泛应用于美国海军舰艇的设备检修，80年代又在核是工业中推广应用，并 很快发展到电力工业的电气设备检修中，因此状态检修是按设备的实际运行情况来 决定检修时间与部位，针对性较强，经济合理。据有关统计，实施状态检修后，设 备故障率可降低75%，综合检修费用可减少30%50%，国内外一些电力企业应用 电气设备状态检修的实践都能证明，这种设备检修管理策略具有明显的社会效益和 经济效益。 状态检修得益于设备监测技术得到广泛应用，人们对故障模式及其影响进行较深 入的分析；企业对设备的可靠性、对检修的成本效益比的高要求，它是在设备发生 实质性故障之前及时进行检修的新方式。 （1）状态检修（预知性检修），即CBM(Condition Based Maintenance), PDM (Predictive Maintenance) （2）故障检修（事后检修），即RTF（Run Till Failure）,CM（ Corrective Maintenance） （3）预防性检修，即PM（Preventive Maintenance） （4）定期计划检修，即TBM（Time Based Maintenance） （5）主动检修，即PAM（Proactive Maintenance） （6）以可靠性为中心的检修，即RCM（Reliability Centered Maintenance） 2.状态检修及其它主要检修方式的定义 3. 实施状态检修的必要性 3.1 电力体制改革的需要 3.2 定期预防性检修不能及时发现设备内部的绝缘隐患 3.3 定期预防性检修造成人、财、物的大量浪费 3.4 定期预防性检修影响发电效率 3.5 定期预防性检修的技术手段不合理 3.6 从电气设备故障的形成规律分析状态检修的必要性 3.1 电力体制改革的需要 发电企业由计划经济向市场经济转移，经济效益和社会效益 都是其重要的追求目标，而提高发电效率和降低生产成本是实现 目标最重要的途径和提高经济效益的关键。由于状态检修是提高 发电效率和降低设备检修费用的重要措施，而设备检修费用在整 个生产成本中占有相当大的比例，因此从提高经济效益的角度来 看，定期检修已不能满足形势发展的要求。 3.2 定期预防性检修不能及时发现设备内 部的绝缘隐患 停电检修合格的设备运行中出现事故的可能性依然存在， 且一旦出现事故，直接或间接损失十分巨大，这是目前这一检 修体系存在的最大问题。所以预防性检修体系不能及时发现设 备内部的绝缘隐患。 定期检修是不管设备状态如何“到期必修”，有失设备检修的科学性和合理性。 用它来指导检修实践，可能会发生检修不足或检修过剩的情况，从而造成人、财 、物的浪费。如，某些不必要的频繁检修可能会增加误操作、人员伤亡和事故发 生的机率。 举一个电网企业的例子：大连电业局在开展状态检修前，对定期预防性试验认 真进行了总结，得到了一些有价值的结论3，如： 线路绝缘子，在19831991年间该局共测111万片次，发现过414片零值，平均劣 化率万分之四；而且从未发现过在同一串中同时有两片零值的。在这样的情况下 是否还需每12年进行普测？（措施：增加一片绝缘子，68年清扫一次）。 1957年以来，该局对变压器油做过简化试验30多万份，共发现酸价不合格的6 份、闪点不合格的1份，这些试验的有效性如何？（措施：从概率统计出发，取消 该两项试验）。 对继电保护及自动装置动作情况的统计见表1，220kV及以上系统的不正确动作 率为10kV系统的200多倍，是否还要对不同电压系统的继保装置沿用类似的周期来 定检？（措施：220kV仍每年调校一次，其余延长到23调校一次）。 3.3 定期预防性检修造成 人、财、物的大量浪费 动作评价 10kV系统66kV系统220kV及以上系统 1982 1991 1992 1998 1982 1998 1982 1991 1992 1998 1982 1998 1982 1991 1992 1998 1982 1998 总动作次数13754107142446810966261722173166339 正确次数13752107112446310886241712164154318 不正确次数235821091221 正确动作率/%99.9699.9799.9899.2799.6899.4294.8092.7793.80 不正确动作率 /% 0.040.030.020.730.320.585.207.326.20 表1 大连地区电网继电保护及自动装置动作情况（19821998年） 3.4 定期预防性检修影响发电量 定期检修造成的计划停电影响发电量。随着形势的发展， 全社会对供电可靠性的要求越来越高，大量定期检修所需要安 排的停电时间越来越难，随着“电力法”的普及和深入，停电所 造成电力用户的损失要实施赔偿制度，这给定期检修制度带来 了不可避免的冲击。 3.5 定期预防性检修的技术手段不合理 定期预防性试验的试验电压往往远低于运行电压，停 电试验时，一般都是用最高10千伏试验电压得出的结论去 考核鉴定220千伏甚至500千伏运行电压下的设备状态和可 靠性。因此，对运行电压下才能暴露的某些绝缘缺陷这种 试验手段是不合理的。在线监测是运行电压下对设备状态 的监测，能较准确地反映设备的客观状态，因此，有效的 在线监测技术是状态检修的重要的技术手段。 3.6 从电气设备故障的形成规律分析 状态检修的必要性 3.6.1 电气设备故障和缺陷的浴盆曲线 图1 常规运行时间变化的设备故障率曲线 图2 多次定期检修可能形成的设备故障率曲线 经常性的定期检修使常规的设备运行浴盆曲线规律发生了变化 ，每检修一次，出现一次新的磨合期，使检修后的故障率增高。 3.6.2 电气设备功能退化的规律（P-F曲线） 电气设备大多故障一般不会在瞬间发 生，并且在功能退化到潜在故障P点以后 才逐步发展成能够探测到的故障（参见 图3）。之后将会加速退化的进程，直到 达到功能故障的F点而发生事故。这种从 潜在故障发展到功能故障之间的时间间 隔，被称为P-F间隔。 如果想在功能故障前检测到故障， 必须在P-F之间的时间间隔内完成。由于 各种设备、各种故障形式、各种故障特 点对应于P-F间隔的时间是不定值，可能 是几个小时，也可能是几个月或几年不 等，因此定期检修一般情况下不可能都 满足P-F间隔的时间要求，从而导致设备 功能故障的发生。而有效的在线监测就 可能捕捉到P-F间隔的整个发展过程，并 在到达功能故障F点之前的合理时机采取 措施进行检修处理。 图3 电气设备功能退化的P-F曲线 3.6.3 传统的检修观点与现代设备 的故障特征有差异 传统观点认为，设备运行和发生的故障的可能性有直接关系，这意味着大多 设备可以可靠地工作一个周期，然后逐步发生故障或缺陷。因此，可以从设备故 障的历史数据中确定设备可以可靠工作的周期，并在设备即将出现故障之前采取 检修预防措施。然而，现代先进的电气设备比过去的老设备要复杂得多，技术上 、结构上、工艺上都有了质的变化，因此其故障模式也发生了很大的变化。往往 认为设备的可靠性与运行时间之总是存在某种固定的关系，定期检修越频繁设备 发生故障或缺陷越少的观点是错误的。 4 国外状态检修的基本策略 4.1 欧洲的一种典型检修策略 欧洲近年来在状态检修的基础 上，提出基于可靠性的检修策略（ Reliability Centered Mainte- nance, RCM），更明确了必须兼顾两 方面：不仅要通过状态检测及时掌握 设备的真实情况，而且要考虑该设备 在的重要性、该设备的故障对企业影 响程度，如图所示4。 4.1 欧洲的一种典型检修策略 表2中以断路器为例，列出了设备状态的评估方法。 表2 对断路器评估时各项取分表 4.1 欧洲的一种典型检修策略 当然，在对变电设备试行RCM时，应先统计过去运行中各设备的事故率，如表3 为德国产品在19801993年的事故率，再考虑该设备事故变电站事故的影响程度，以确 定那些设备首先要考虑状态检测及状态检修，而且在同样缺陷时，重要的、影响大的 要优先考虑。 表3 19801993德国产设备的事故率（每年、每100台 ） 4.2 美国的一种检修策略 美国也是实行以可靠性为 中心的检修策略（RCM）， 并且实现了计算机程序管理， 图5为美国电力研究院EPRI新 开发的优化检修系统的功能。 从国外实践看，要实现状 态检修，必须抓住三个主要环 节：设备信息的掌握（含原始 数据、历史数据、家族数据、 当前数据）；综合的状态诊断 （含规程、导则、专家系统、 智能系统）；检修管理（软件 系统、规程、结果反馈）。 5 现阶段我国实施状态检修的基本规则 5.1 将各类设备的检修统筹考虑 电气设备的维护一般要求退出运行，不论是全面的预防性试验，或是拆装性检修 。考虑到各种电气设备的维护是相互关联和相互影响的，为了尽可有保证设备的可 用性和减少停电时间，必须统筹安排电气设备的检修工作。如果我们把检修的周期 及项目上升为一种管理策略，就必须将各类设备统筹考虑。 5.2 采用量化的设备状态评价体系（百分制） 目前，我国还没有建立严格的设备状态评价体制，例如，现行电气设备预防性 试验规程，设备要么合格、要么超标（不合格），显然仅仅把设备分为合格与不 合格两种状态时，状态分析便无从谈起，所以应该建立量化的设备状态评价指标体 系，地设备状态评分，从需立即退出运行到设备最优状态分成0到100分。设备的评 分基于与设备状态相关的信息，包括各个试验项目、家族缺陷事故纪录、不良运行 工况记录等。对设备状态信息也引入评分制，如依据接近阈值的程度以及劣化的速 度等对试验项目进行评分。 5 现阶段我国实施状态检修的基本规则 5.3 采用综合的设备状态信息获取方法 反映设备的状态信息应来自于，在线监测获取信息，各项试验获取信息（含现行 预防性试验），设备家族缺陷事故记录信息，不良运行工况记录信息。这是一个综 合的信息来源，各项信息依其对设备状态的准确反映以权重反映，信息也应考虑折 旧，越新的设备折旧越小。 5.4 建立数字化管理体系 状态检修主要包括设备信息获取、综合诊断、检修管理。建立数字化管理体系才 能引入智能综合诊断和检修管理系统，才能适于未来发展的需要，前述的量化的设 备状态评价体系就是为建立数字化管理体系奠定基础，实际上，建立数字化管理体 系就是建立数字化综合诊断，数字化检修管理系统。 6 现阶段实施状态检修的基本策略 6.1 状态信息的构成 状态检修的基础在于状态分析，而状态分析的基础是状态信息。状态信息包括预 防性试验、不良运行工况记录、缺陷记录、检修记录、家族质量记录、在线监测等 几个方面。 预防性试验以预防性试验规程为主，但应考虑近年来发展的新的试验技术， 如变压器绕组变形、红外和紫检测等。不良运行工况因设备不同而异，如变压器， 可以考虑过负荷（过负荷程度和持续时间）、侵入波（幅值和陡度）、出口（近区 ）短路等；对于断路包括开断短路以及负荷电流的幅值、时间，操作次数等等。缺 陷记录指从出厂试验、交接试验和运行过程中发现的各种异常和缺陷，包括非绝缘 性缺陷，如漏油、漏气等。检修记录主要反映设备的检修历史，如何种原因检修、 何种性质的检修、检修中发现的问题与检修前评估的一致怀、检修的效果等。家族 质量记录主要基于这样一个概念，同一型号、特别是同一制造商同一型号的设备。 往往有共同的质量弱点，家庭质量记录对其他设备有警示作用。并不是所有的设备 都能在线监测，但已有在线监测的设备，其在线监测的信息，应作为设备状态信息 的主要一部分，进行综合分析。 6 现阶段实施状态检修的基本策略 6.2 状态分析和检修策略 状态分析的目的不在于准确诊断设备究竟存在何种缺陷，这在目前或许是不现实 的。这里状态分析的目的是基于设备的状态信息，对设备状态做出一个初步的评价 ，作为安排检修的一个依据。至于不良状态的设备的缺陷原因、性质，需在检修前 后针对个案进行深入分析。基于这样一种认知，设备状态不列出具体缺陷，而是对 设备状态进行评分，分值从0到100，这里0分表示需要立即检修的严重缺陷状态，如 变压器轻重瓦斯或红外检测套管头严重过热等；100则表示所有状态信息均远离超标 值，且既没有经历不良运行工况，又没有家族质量缺陷纪录；其他状态介于0-100分 之间。 为了使各类设备有一个相近的标准，设备状态与评分应进行必要的规范，比如表 4的推荐值： 表4 设备状态与评分推荐表（示意性） 评评分0-3031-5556-7576-8586-100 状态态立即安排检检修 尽快（3个月内）检检 修 计计划优优先计计划/延期延期 设备状态评分立足于设备状态信息，状态信息分以下三个方面：状态试验数据（ 如在线监测、预防性试验、交接试验等）、不良运行工况记录和家庭质量缺陷记录 。 6 现阶段实施状态检修的基本策略 （1）综合试验评分值 进行若干个试验，若对每一个试验进行评分，并按项目的重要性进行加权处理， 参见式(1)，可以得到一个设备的综合试验分值： (1) 式(1)中n1i，w1i分别表示试验项目评分及权重。推荐的试验项目评分值如表5所示。 评分 0-3031-5556-7576-8586-100 状态 超过注意值， 或劣化趋势非 常明显，已基 本判定设备有 问题 超过注意值， 但劣化趋势一 般，不足以判 定设备有问题 接近注意值， 且预报下一次 维护时将超过 注意值 远未达到注意 值，没有明显 的劣化趋势 接近出厂值或 交接试验值， 或连续数次试 验数据稳定 表5 试验项目评分n1i推荐表（示意性） 在项目评分的具体操作中，要考虑以下几个方面的因素：(1) 注意值；(2) 劣化评 价； (3) 状态量预报。 6 现阶段实施状态检修的基本策略 （2）家族质量缺陷因子k1： 家庭质量缺陷记录是影响设备维护策略的重要方面。但缺陷的性质、家族的亲疏 关系等不同，影响的程度也不同，类似地，这一影响可以表达为： （2） 式(2)中w2j，n2j分别表示家族质量缺陷记录评分及权重，m2表示家族缺陷总台次数， 若设备无缺陷，缺陷评分为100。参见表6和表7。 表6 家族质量缺陷记录评分n2j 评分100-8079-5554-3029-0 缺陷 描述 没有或基本不影响设 备的安全运行 对设备 安全运行有 潜在威胁，需安排处 理 对设备 安全运行有 现实 威胁，应尽快 安排处理 对设备 安全运行有 严重现实 威胁，应 马上处理 家族的亲疏关系 同制造商同型号批次 同制造商同型 同制造厂同电压 等级 权重3n 2n 1.5n n为重复性缺陷重台数（不包括同一台的重复） 表7 家族质量缺陷权重w2j 6 现阶段实施状态检修的基本策略 （3）不良运行工况影响因子k2 不良运行工况会对设备状态造成威胁，在考虑设备维护策略时，必须考虑设备是 否有不良运行工况记录。不良运行工况的影响可按式（3）给出一个综合影响因子k2 。 （3） 式(3)中，n3k表示不良工况记录评分，根据不良工况对设备状态潜在影响的大小(性质 和程度)，n3k取值从0到1；m3表示不良运行工况发生次数。考虑不良运行工况记录时 ，暂不考虑是否实际对设备造成损害，只要发生这样的情况而且在程度上已有可能对 设备状态造成损害，便记录并参与式(3)的评分。若无法得到不良运行工况记录，忽略 此项(k2=1)。或取统计平均值。 （4）设备维护策略因子r的确定 r1、k1、k2决定设备的维护策略。由于r1、k1、k2是独立的，且均为决定维护策略 的重要因素，故此，总的设备维护策略因子r可以表达为： （4） 上式中，we表示设备岗位权重，按岗位的重要性依次分为0.82、0.91、1.0。对于 不同类型的设备上列各式可以有不同的形式，但为了对设备统一处理，r的取值约定 在0-100之间，并大致符合表4的要求。 6 现阶段实施状态检修的基本策略 这一检修策略中，许多地方仍采用了一些经典的处理方式，这些经 典的方式不一定全面反映客观实在，因此，引人工智能是十分重要的。 比如：在设备状态评估中引入神经网络或专家系统，其评分应该更反映 设备真实状态。在综合诊断中可以有多种人工智能方式帮助决策，不但 可诊断出是否检修，并可能给出故障类型程度。在检修管理系统中引入 智能技术，可以更准确、科学排定检修计划，总结历史经验，优化配置 人力、物力，提高管理水平等。 7 在线监测在状态检修中的 作用及融合方法 7.1 在线监测在状态检修中的作用 状态信息的获取是实施状态检修的关键，否则，不可能实施状态检修，在 线监测在状态检修中主要提供在线的状态信息，因而其信息更准确、更及时、 更能反映设备的真实健康状态，这是其它信息获取方法所不可替代的。随着在 线监测技术的进步，状态检修技术的水平将不断发展和提高，为提高设备和系 统运行水平作出更大、更直接的贡献。 7.2 在线监测数据与状态检修的融合 （1）单一数据在线监测的数据融合 对单一变电站实施在线监测，一般应将数据传送到如图6所示的局内MIS系 统，可以通过MIS将在线监测数据与状态检修系统融合在一起。 （2）多个变电站在线监测的数据融合 对于具有多个变电站监测的情况，如图7所示，前置站1n表示监测变电站 ，这时可以在局内建立监测中心，由监控中心实施对全部前端站的控制，由监 控中心的监测工作站实施在线监测数据与状态检修的融合。 7 在线监测在状态检修中的 作用及融合方法 图6 集中控制式变电站发电厂电气设备多参量多功能综合在线监测系统原理图 7 在线监测在状态检修中的 作用及融合方法 图7 监控中心结构图 8 实施状态检修中的其它问题 状态检修不单是技术方面的问题，更是观念的更新，体制的创新和管 理的改革及高素质人员的要求，下面对这几个问题简述如下。 8.1 开展状态检修需要观念更新 实施状态检修需要改变人们传统的预防性检修思维方式，同时又要逐步 地用变化的观念去解决技术及管理问题。应该认识到在实施状态检修及管理 工作中，不可能寻得一种快速的、一次性解决所有问题的方法，这样的系统 工程不可能在短期内完成。实践证明，观念更新和脚踏实地的从基础工作做 起是实施状态检修的关键之一。 8.2 开展状态检修需要体制创新 电气设备的定期检修制度及方法一般都是通过相关规程、条例得以体现的 。而实施状态检修首先在剖析现行各专业规程的基础上，结合设备现状制定 出一个可靠、有效、