（电气工程专业论文）变电设备状态检修策略及应用研究.pdfVIP

华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 变电设备的检修，是保证设备可靠运行、减少设备事故的有效手段。传统检修 方式已不能适应发展的需要，开展状态检修势在必行。 本文结合衢州电力局的运行实际，以开关设备及继电保护设备为例，深入分析 变电设备的故障规律，提出了设备状态检修的整体策略，并依此制定状态检修应用 导则，在实际中得到很好的应用，指导了状态检修工作的开展。 结合工程实际，阐述变电设备状态检修分析系统的设计方案。该系统能综合各 种在线、离线数据判断设备健康情况，给池检修建议，在实际应用中取得良好的效 果。 进行了神经网络算法在变压器状态分析中的应用研究，通过应用实例，证明了 神经网络算法具备较强的识别能力，故障诊断的精度高于传统分析方法。 关键词：变电设备；状态检修：策路；应用 a b s t r a c t i 。h et r a n s f o r m e re q u i p m e n t sc h e c ki st h ev a l i dm e a n st h a tp r o m i s et h ee q u i p m e n t s c r e d i b i l i t yc i r c u l a t er e d u c et h ee q u i p m e n t st r o u b l e t h et r a d i t i o nc h e c kh a sa l r e a d yc a n ta d a p t t h ed e m a n do ft h ed e v e l o p m e n t ，o p e n i n gt h ee x h i b i t i o na p p e a r a n c ec h e c kt of i xp o w e rb e g o i n gn e c e s s a r i l y t h i sp a p e rc o m b i n e st h et n o v e m e n to f t h eq u z h o ue l e c t r i cp o w e rb u r e a u sa c t u a lw i t ht h e s w i t c he q u i p m e m sa n dt a k et h ee l e c t r i c i t yp r o t e c t i o ne q u i p m e n t sa se x a m p l e ，t h o r o u g h a n a l y s i st h ef a u l tr e g u l a t i o no ft r a n s f o r m e re q u i p m e n t s ，p u t t i n gf o r w a r dt h ee q u i p m e n t s a p p e a r a n c ec h e c kt of i xo fw h o l es t r a t e g y ，a n df i xa l la p p l i c a t i o nt ol e a da c c o r d i n gt ot h i s e s t a b l i s h m e n ta p p e a r a n c ec h e c kt h e n , g e ti n p h y s i c a l l yg o o da p p l i c a t i o n ，g u i d e d t h e a p p e a r a n c ec h e c k t of i xt ow o r ko f o p e na ne x h i b i t i o n c o m b i n ee n g i n e e r i n ga c t u a l ，e l a b o r a t ec h a n g et h ee l e c t r i c i t ye q u i p m e n t sa p p e a r a n c e c h e c kad e s i g np r o j e c to ff i xt h ea n a l y t i c a ls y s t e m t h a ts y s t e mc a nc o m b i n ev a r i o u so n l i n e a n do f f - l i n ed a t aj u d g m e n te q u i p m e n t sh e a l t hc i r c u m s t a n c e ，g i v et h ec h e c kt ob u i l da n a r g u m e n t ，o b t a i ng o o dr e s u l ti np h y s i c a l l ya p p l i c a t i o n a p p l i c a t i o ns t u d yc a r r i e do nt h en e u r a ln e t w o r kc a l c u l a t ew a yi nt h et r a n s f o r m e r a p p e a r a n c et h ea n a l y s i s ，p a s sa na p p l i e ds o l i de x a m p l e ，p r o v et h en e r v en e t w o r kc a l c u l a t e w a y t oh a v es t r o n g e ri d e n t i f ya na b i l i t y b r e a kd o w nt oe x a m i n ea p a t i e n to ft h ea c c u r a c yi s h i 曲i nt r a d i t i o n a la n a l y s i sm e t h o d z h o uj u n ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l i uj i a n f e i k e yw o r d ：t r a n s f o r m e re q u i p m e n t ，c b m ，s t r a t e g y ，a p p l i a n c e 声明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文变电设备状态检修策略及应 用研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 氢丝日 期：圭! ：! ：! ： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阋；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：塑 日期：胛、；、，f 导师签名：邋飞 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第一章引言 1 1 变电设备状态检修的意义 随着电网快速发展，对系统的安全、稳定、经济运行提出了越来越高的要求。 电力系统设备一旦发生故障，不但设备遭受重大破坏，也给各行各业的正常生产和 人们的生活造成极大威胁。 变电站作为电力能源变送及分配的枢纽载体，是电力网络系统的主要环节，因 而变电设备的安全稳定运行至关重要。变电设备的检修，是保证设备可靠运行、减 少设备事故的有效手段。传统检修方式采取周期性检修和修正性检修的方式。 周期性检修( t b m ，即t i m e b a s e dm a i n t e n a n c e ) 是对电力设备推行以预防性试验 为基础的计划检修制度。长期以来，在停电情况下进行定期的预防性试验和计划维 修，对于发现设备隐患、防止事故、保证电力系统的安全运行起到了很大的作用， 但随着电力系统的发展。这种传统的设备检测方法己越来越不适应形势的发展要 求，主要表现在：( 1 ) 需要停电进行试验，设备可用率降低；( 2 ) 强调“到期必修”， 并不是按设备的实际状态检修，周期- n 就要进行检查、试验、修理，造成检修人 员、材料等浪费；( 3 ) 设备健康状态不可控。由于坚持周期检修，在设备下一个检 修周期到来之前，设备健康水平处于不确定状态，由于未到周期，不及时开展检修， 使设备健康状况日益下降，缩短使用寿命。可见t b m 因缺乏科学性和经济性，己不 能适应电力系统的改革发展和用户对供电可靠性的要求。 修正性检修( c m ，即c o r r e c t i v em a i n t e n a n c e ) 也就是故障检修，是指对功能失 效后的作业，即修理、拆修设备的部分或全部更换。其不足表现在不能实现预防为 主的要求，不能实现设备状态的“在控”，故障后果一般比较严重，造成电力系统 和用电客户巨大损失。 针对传统检修方式中存在的这些问题，有些电力公司已开始将部分状况较好变 电设备的检修间隔延长，但缺乏系统性、科学性，增加了设备的安全隐患。因此， 电力系统已迫切需要一种新的检修方式来替代原有的检修方式，状态检修应运而 生。目前我们普遍认可的状态检修( c b m ，即c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c e ) 定义 为：在设备状态评价的基础上，根据设备状态和分析诊断结果安排检修时间和项目， 并主动实施的检修方式称为状态检修。 研究及实践证明，实行以状态检修有以下优点： ( 1 ) 合理安排生产和检修，做到该修必修，从而节约大量的人力物力，减少停电 检修时间，使现有的运行设备创造更大的安全和经济效益； 华北电力大学工程硕士专业学位论文 ( 2 ) 减少设备停电试验和维修的盲目性，减少设备因检修而引发故障的可能性， 延长设备运行寿命，使设备维护更加科学； ( 3 ) 减少停电时间和开关操作量，提高电力系统供电可靠性、经济性和安全性； ( 4 ) 及时发现设备运行中的发展性绝缘缺陷，防止突发性绝缘事故发生，降低设 备事故率。 美国电力研究院( e p r i ) 和工业设备维护公司( c s i ) 的统计数据表明：在电力 系统实旖状态检修可以提高设备可用率2 一1 0 ，节约检修费用2 5 一3 0 ，延 长设备寿命l o 一1 5 。综上所述，开展状态检修将为电力企业带来巨大的经济效 益和社会效益，是设备检修的必然发展方向。 1 2 国内外电力设备状态检修开展情况 1 2 1 国外电力设备状态检修开展情况 国外的设备状态检修发展较早。七十年代末，美国电力科学院( e p r ) 就对电力 设备的状态检修开始研究，八十年代中期进入实用性阶段，目前己向r c m ( 可靠性 为中心的维修，即r e l i a b i l i t yc e n t e r e dm a i n t e n a n c e ) 发展。日本从八十年代开 始对电力设备实施以状态分析和在线监测为基础的状态检修。日本的诊断技术在钢 铁、化工、铁路等领域发展较快，它在努力发展自己的诊断技术的同时，特别注重 分析诊断仪器的开发研制，处于国际领先水平。而欧洲大多数国家也正在进行检修 体制的改革，近年来在状态检修的基础上，提出基于可靠性的检修策略( r c m ) ，更明 确了必须兼顾两方面，不仅要通过各种检测手段及时掌握设备的真实情况，而且要 考虑该设备在系统中的重要性、该设备的故障对照电网可靠性的影响程度。到目前 为止，基于计算机网络技术的设备管理、事故分析和预警系统在上述国家已普遍应 用，且已发展了几个版本，如i n t e g r a t e dm a i n t e n a n c es y s t e m 等。这些软件系统 应用i n t e r n e t 及g i s ( 地理信息系统) 等最新的计算机技术，将状态管理、事故预警 和事故处理进行有机的集成，大大改善了其设备监督管理环境，提高监督管理水平。 随着设备状态检修发展，国外也出现了一批从事状态检修技术研究应用的科研 机构和技术服务公司，如美国c s i 公司、德国申克公司等。到目前为止， c s i 已经 成功地为美国国内外六十多家大型电力公司提供了优化检修的服务，并已进入国内 市场。 1 2 2 国内电力设备状态检修开展情况 在我国，电力设备状态检修方面的工作开展还处于初步阶段。开展较早的有大 华北电力大学工程硕士专业学位论文 连电业局、山东电力公司，大连电业局在6 6 k v 及以下配电网上、山东电力公司在 2 2 0 k v 主网上都开展了不少试点工作，通过立足加强设备基础资料分析及对设备失 效性模型的长期跟踪研究，并适当采用在线监测等新兴技术，取得了一定的成绩和 经验。1 9 9 7 年1 1 月国家电力公司安运部在上海组织召开了全国发、供电企业电力设 备实施状态检修研讨会，这对电力设备状态检修起到了巨大的推动作用。近两年多 来的实践表明，国内电力设备的状态检修正在积极稳步推进，许多电力公司与发电 厂迈出了大胆尝试的步伐。 浙江省电力公司也于近年开始进行输变电设备状态检修的应用研究，并在绍兴、 衢州等地区进行试点探索，取得了较为显著的经济效益和社会效益。 1 3 当前存在不足及课题主要研究内容 目前，国内状态检修虽在积极推进，但就如何开展变电设备状态检修工作，仍 存在不同的理解与不足。一是缺乏对状态检修总体策略的研究，过分依赖在线监测 技术，以在线监测装置的应用多少衡量状态检修应用研究的深度；二是缺乏科学把 握设备当前健康状况和未来发展趋势的评估方法，对设备的健康评估仍局限在原有 预防性试验标准的简单合格与否判别上；三是缺乏对状态检修各类数据的综合统计 分析软件。针对上述不足，本文将结合企业开展状态检修的实际情况，作如下研究： 第二章：在讨论设备状态信息的分类与采集、在线监测原理与现状的基础上 分析了在线监测与状态检修的关系，提出当前开展状态检修的模式。 第三章：对状态检修的策略进行研究。结合衢州局设备的实际情况，对开关设 备与继电保护设备的缺陷与故障进行了深入分析，研究设备的故障规律，确定了检 修整体策略，并依此制定状态检修应用导则。 第四章：结合工程实际，阐述变电设备状态检修分析系统的设计方案。 第五章：人工神经网络在变压器状态分析中的应用研究。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第二章在线监测与状态检修的关系 2 1 设备状态信息的采集手段 设备状态信息分为静态数据、动态数据两类。 设备的静态数据是指运行前数据，它与设计、材料、制造工艺、旖工安装等因 素有关，主要由厂家和运输、安装等质量决定。该数据是为判断设备状态所提供的 原始“指纹”信息，也是状态检修的基础数据。一般情况下静态数据与动态数据组 合分析，可以描述设备的变化趋势，对状态判断与检修决策具有重要意义。静态数 据主要包括设计、材料、配件、制造工艺、出厂前各类试验、运输、安装、调试、 交接试验、验收、技术参数等信息。 动态数据来源于设备运行和检修等各环节的信息，该数据是判断设备状态和检 修决策的直接依据。动态数据一般包括缺陷、故障和事故、检修、更新改造、巡视 检查等方面的信息，以及用各种方法所获得的设备状态检测数据。还包括同类设备 的运行、检修试验、缺陷和故障等相关信息。 对于设备动态数据的采集手段或者说是状态检测方法可分为停电和不停电两 种，其中状态信息的不停电采集对开展设备状态检修有着十分重要的意义，首先不 停电采集不影响设备正常运行，提高了供电可靠性，更好地满足企业供电承诺的服 务要求；其次大电流、强电场下的实际运行状态理论上能够更加实时准确地反映设 备的状态特征。下面对运行条件下的状态量采集作一介绍。 2 1 1 部分不停电试验项目 目前我们常规预防性检修试验中可以实施或者经过改造后可以实施不停电信息 采集的状态量有： ( 1 ) 主变压器油色谱、微水含量、油化学、油介损等试验。它作为主变压器最重 要的诊断手段之一可早期反映设备可能发生的固体或金属性过热、放电，设备受潮、 油质劣化以及主绝缘老化等相关问题。 ( 2 ) 1 1 0 k v 及以上互感器带电取油样进行色谱、油化学试验。 ( 3 ) s f 6 开关带电检测气体微水含量试验。 ( 4 ) 1 l o k v 氧化锌避雷器带电测试阻性电流、全电流、介质损耗角及电容量等。 2 1 2 红外、紫外等装置应用 红外成像及诊断技术的应用。近年来，便携式远红外热像仪的应用取得了良好 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 的效果。尤其是对导体连接部位接触是否良好的判断十分有效。图2 1 为我局在 1 1 0 k v 杜泽变巡检时发现群1 主变1 1 0 k v 套管b 相接头过热所摄图像a 图2 1 远红外热像仪在变电设备状态检测中的应用 紫外电子光学探伤仪的应用。紫外电子光学探伤仪能记录因绝缘子性能变化而 引起的电晕和表面放电过程中辐射的紫外线，再加以处理、分析，然后在显示器屏 幕上给出直观的图像，从而达到评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺 陷的目的。近几年，其在国内也逐步得到应用。 图2 2 紫外电子光学探伤仪在变电设备状态检测中的应用 2 1 3 巡视检查 电力设备巡视检查是在每天进行的外观表象的巡视检查，这可以看出电力设备 华北电力大学工程硕士专业学位论文 异常的体外表，若定期检查中发现设备具有某些方面有缺陷就需要加强巡视检查。 这如同一个人在每年体检中发现某项指标不好就需要缩短时间加强体检或异常加 重就应该医治一样。 2 1 4 在线监测 在线监测是典型的不停电采集分析手段，近年来在线监测技术作为状态检修应 用研究的一个重要组成部分近年来得到不断的推广和应用，它为急需获取而无法不 停电获取的重要设备状态量提供了运行中采集手段。充分利用实时在线监测信息， 使其融合到变电设备综合状态分析体系之中，对于指导状态检修的深入开展具有及 其重要的意义。根据本单位状态检修应用实践，目前我们主要对主变压器、l l o k v 及以上互感器及氧化锌避雷器、s f 6 开关部分加装了在线监铡装置。在本文中，并 不就某在线监测装置的应用作介绍，而仅仅是通过对在线监测系统的原理及目前存 在问题进行探讨，分析在线监测技术与状态检修的关系，提出当前开展状态检修的 模式。 2 2 在线监测系统的原理 2 2 1 在线监测系统的基本框架 输变电设备的在线监测与诊断系统有面向对象的分布式和集控式等原理方案， 从目前的发展趋势和技术经济比较看，集成分布式系统( 见图2 3 ) 是发展的主流。 系统中通常包含信息检测及传输、数据处理、状态识别、预报决策等多个单元。 ( 1 ) 信息检测及传输。按不同的检测对象和诊断目的，选择相应的传感器检测 出反映设备运行状态的特征量信息。对于集中在控制室监测或需具有远程诊断功能 的在线监测系统，需要将采集信息通过信号电缆或光纤等信息传输单元传送到数据 处理单元。( 2 ) 数据处理。数据处理包括前台机预处理和后台机综合处理及分析， 如电磁场干扰抑制、维数压缩等，最终提取能真实反映设备故障的特征量。( 3 ) 状态识别( 即诊断) 。对经数据处理单元的有效数据与规程( 导则) 、历史数据、运 行经验及专家知识等进行分析比较，对设备故障分类、故障部位定位、严重程度判 定等。( 4 ) 预报决策( 或在线评估) 。对状态识别诊断出的故障，由决策支持系统 根据预置的阈值进行报警或由预测分析软件对故障的发展趋势和设备绝缘安全运 行时间( 或称剩余寿命) 等进行评估推测，为状态维修决策提供依据。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 皿 程 通 信 网 络 图2 3 变电站电气设备在线监测与诊断的集成分布式系统原理 2 2 2 可实现在线监测的输变电设备及其特征量 ( 1 ) 变压器：主要有充油的电力变压器，其次是s f 6 气体绝缘和环氧树脂浇注 绝缘的变压器。主要的监测特征量有：油中溶解气体( 单一或多种) 分析，局部放电， 绕组变形，铁芯接地电流，高压套管的介损、油中微水质量分数等。( 2 ) 电容型设 备：包括电流互感器、电容式电压互感器、电容器、电缆等。主要的监测特征量有： 介损，泄漏电流、等值电容( 也可监测局部放电) 等。( 3 ) 氧化锌避雷器：主要监测 阻性电流，也有的监测总泄漏电流。( 4 ) 高压断路器：包括油断路器、s f 6 断路器 ( 含g i s 内的断路器) 、真空断路器。目前国内外可监测的特征量有：合、分闸线圈 电流，操作机构的行程、速度和机械振动，动态回路电阻等。此外，还可通过变压 器的电容式高压套管( 配置专门的测量小套管) 或母线( 分压的传感器) 监测电网的 内外过电压、谐波、线路及支柱绝缘子的泄漏电流等。 各种输变电设备状态在线监测与诊断单元可构成集中控制式系统，也可以是便 携式装置( 即可单独监测运行部门认为是重要的某一特征量或某一种设备的多种特 征量) 。目前所用的特征量基本是沿用预防性试验的一些特征参量，为提高在线评 估及预测的可信度，需要深入研究并发现一些更贴近和更能准确反映故障种类、严 重程度、位置、发展趋势等新的在线监测特征量。 2 2 3 诊断技术与系统 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 2 3 1 检测信号的处理与诊断 对传感器采集到的信号进行处理的目的是抑制干扰和提取信号特征，其方法可 分为时域分析、频域分析和时频分析等。诊断技术的发展趋势是传感器的精密化与 多维化，诊断理论与诊断模型的多元化，诊断技术的智能化，其中数学诊断方法有： 模糊诊断、灰色系统诊断、故障树诊断、小波分析、混沌分析与分形特征提取等； 智能诊断方法有：模糊逻辑、神经网络、进化计算和专家系统等；以特征量性质的 诊断方法有：阈值诊断、时域波形诊断、频域特征诊断和指纹诊断等。 虽然目前对提取信号特征和诊断方法研究甚多，但对适用范围和对剔除不同干 扰信号的敏感度等尚处于孤立式研究阶段，特别是离希望形成对混合信号进行处理 及诊断都具有高度智能化功能的集成软件包的目标还相差甚远。 2 2 3 2 集成式专家系统 目前的专家系统是知识基或规划基产生式系统。尽管专家系统可采纳设备研制、 应用、运行、维护等方面专家的知识和应用计算机的推理功能，但诊断技术复杂， 对经验知识依赖性强，单独采用专家系统诊断的结果往往也存在明显的不足。应将 专家系统与上述数学或智能化诊断方法有机的融合为一体，建立一个专家系统与 数学及智能化诊断结合的集成式专家系统，才能真正实现专家系统在输变电设备 状态在线诊断领域内的工程应用价值。 2 2 3 3 集成分布式远程诊断系统 如图2 3 所示，可面向整个变电站的若干台被监测的输变电设备，由前台机分别 承担每台设备的数据采集、预处理及诊断、后台机负责整个系统的管理、识别和诊 断；同时还可通过信息管理系统( m i s ) 或互联网，将电网所有变电站的诊断子系 统局域网与电力管理部门的调度或信息分析中心相连，甚至建立起虚拟医院，最 终形成集成分布式远程诊断系统。 2 3 在线监测装置存在的问题 随着状态检修的深入开展，在线监测装置的应用也越来越广泛，但从目前的现 状来看并不乐观，仍存在些问题。以应用较早、且从技术上相对发展较为成熟的 主变油在线监测系统在我局应用的情况为例。 我局从2 0 0 1 年开始，陆续在2 2 0 k v 衢州变、1 1 0 k v 天宁变、梅花变等变电所安装 了国产t r a n b 型变压器故障在线监测仪，监测主变油中的氢气含量。在线监测系 统在运行期间均经常出现后台工控机死机，数据无法正常接收的故障，还出现了2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 次数据误报超标告警及几次其他原因引起的故障，导致了专业技术人员对数据不能 实时上传已习以为常，对上传数据的真实性心存疑虑。据了解，浙江省的其他地区 局存在同样的问题。目前其他类型的在线监测装置也存在类似问题，主要表现在： ( 1 ) 稳定性不高。从现场应用的在线监测装置中表现出最多的缺陷主要有两 方面的问题，一是现场元器件损坏，二是后台工控机死机。在线监测装置所用的元 器件种类多，特别是电子元器件在现场恶劣环境下运行和电力系统过电压、短路 故障等冲击作用下易于损坏。前台机( 含传感器及辅助电路元器件) 直接安装在设 备上或附近，不仅环境因素复杂。而且连续高温和大范围的温度变化对元器件的寿 命和稳定性影响很大。后台工控机质量不高，冲击负荷对主板电路和控制器件的危 害很强，死机现象时有发生。 ( 2 ) 抗电磁干扰不强。运行中的在线监测装置经常会误发告警信号，或是上 传的数据与现场实测不相符，严重影响了装置所采集数据的可信度。应该说研究者 和制造商们花了很大的力气研究防电磁干扰的问题，但从目前的技术水平看在现场 强电磁场干扰环境中要使输变电设备状态在线监测与诊断系统达到工程应用的水 平确有一定的技术难度，还需要进一步深入研究及开发。 ( 3 ) 特征量不充足，诊断标准未形成。在线监测技术及装置还处于研发阶段， 监测的新技术、新方法和诊断软件都在不断完善和改进，加之市场竞争导致相互沟 通少， 因此在线监测装置与诊断闽值的标准化问题都不可能很快建立。 2 4 在线监测技术与状态检修的关系 从状态检修的定义我们可以知道，状态检修是以分析设备状态信息，掌握设备 状态为基础的，而在线监测采集的信息是设备状态信息中的重要组成，因而在在线 监测技术水平发展至高可靠性和高智能化时，将大大推动状态检修的发展。但同样 要认识到，并非未安装在线监测装置就不能开展状态检修工作，状态检修其实质是 主动掌握设备动态，观察增量趋势，重视历史资料，防止设备发生故障。一部分电 气设备自身具备进行数据的监测与分析能力，尤其是微机型继电保护。此外许多离 线监测的数据、试验数据等均可用于分析。我们可以把开展状态检修基本上归纳为两 个层次的工作，一个是设备基础管理工作，另一个是监测技术。根据美国电力科学研究 院m & d 中心的维修工作评估“蜘蛛图”，可以发现我们与国外的差距主要是在设备基础 管理上，而不是在监测技术上。因此加强设备基础管理是根本，而监测技术是更高要求 的工作。 基于上述认识，加之目前在线监测技术发展的实际水平不能满足推广应用，且 投入大，我们认为在当前很长的一段时间内开展变电设备状态检修应注重对状态检 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 修总体策略的研究，慎重选用成熟在线监测系统，积极推广带电检测工作，加强基 础数据管理与综合分析，实施中可以采用以状态检修为主，融修正性检修、周期检 修、状态检修三种检修方式为一体的优化检修模式。 2 5 本章小结 正确认识在线监测与状态检修的关系能避免状态检修工作走入误区。本章在 讨论设备状态信息的分类与采集、在线监测原理与现状的基础上分析了在线监 测与状态检修的关系。在线监测技术水平发展至高可靠性和高智能化时，将大大推 动状态检修的发展，但并非未安装在线监测装置就不能开展状态检修工作。目前在 线监测技术发展的实际水平不能满足推广应用，且投入大，开展变电设备状态检修 应注重对状态检修总体策略的研究，加强基础数据管理与综合分析。 1 0 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 1 引言 第三章状态检修的整体策略研究 随着检修模式的改革与大量性能优良的新型设备的投入使用，变电设备原有的 检修依据与策略已经不能适应要求。如根据电力系统长期的运行维护经验和制造厂 的要求，开关设备的检修决策，主要由2 类指标来确定： ( 1 ) 根据空载操作次数、开断短路电流次数和累计开断电流数值； ( 2 ) 设备的运行时间包括带电运行和不带电运行，由此来决定设备的大小修周 期。另外，普遍采用的还有根据临时发现的缺陷而必须进行的所谓临时检修。 电力系统中绝大多数断路器的操作次数都比较少，开断短路故障的机会不多， 开断额定短路电流的机会非常少见。而操作和开断次数往往远低于断路器自身的寿 命指标，每次开断的短路电流不可能相同，要进行正确统计非常困难。过去，对于 油断路器规定短路电流允许开断次数只有2 3 次，正常负荷电流的允许开断次数约 2 0 0 次，检修周期较短，检修频繁。但是，对于可靠性大大提高的现代高压s f 6 断路 器，如果按照第1 类指标来决定检修周期，检修周期必然会相当长。因此，只能按 照第2 类指标来进行决策，即长期以来推行的周期性检修，执行所谓“到期必修”。 这种按运行时间制定的检修周期，只能根据长期的运行经验来决定，但会带有很大 的随机性和盲目性。按照这种决策，很多性能良好的开关设备增加了不必要的检修 次数，甚至可能因检修而留下隐患。 又如继电保护设备长期以来均根据1 9 8 8 年原电力部颁发的继电保护电网安全 自动装蔑检验条例要求，设备新投入运行后第一年内进行一次全部校验，以后每 3 - - 5 年进行一次全部校验，期间每年进行次部分校验。而此规定对当前已在电网 中占主导地位，且有十几年良好运行业绩，具有“智能”作用，通过自检能主诉“病 情”，具备完善的闭锁措施，很难直接误动出口，且动作的安全性也有保障的微机 型保护而言，明显存在过修。 因此，在当前开展状态检修工作中，迫切需要分析设备的故障规律，研究状态 检修的整体策略，来回答何时进行维护和检修，进行哪些维护检修项目，重点是哪 些项目等问题。 3 2 检修策略研究依据 分析设备状态时要借鉴和利用周期性检修多年来积累的经验，必须对设备的历 次检修、试验、缺陷记录和运行信息、在线信息等进行全面地综合分析。设备状态 华北电力大学工程硕士专业学位论文 分析必须坚持宏观和微观相结合，横向和纵向相结合。通过宏观分析，对设备进行 总体把握，掌握同类设备的一些共性质量问题；微观分析主要对单个具体设备进行 分析，通过同类设备横向和纵向对比，来评估某个具体设备的健康状态。对变电 次设备可以从绝缘性能、导电性能和机械性能三方面去评判该设备的状态，对保护 设备可以从装罴和回路两个方面去评判，掌握这几个方面的性能指标，我们基本可 以把握变电设备健康状况的发展趋势。 检修总体策略研究的基础是设备状态宏观分析，其核心是对设备的定性和半定 量的认识，并不是以理论计算结果为依据，其应用的关键为设备性能下降的评估、 事故分析两个部分。下面结合衢州局设备实际运行状况，以开关与保护专业为例， 重点分析设备的缺陷与故障以寻找规律，从而研究确定检修总体策略。 3 3 开关设备分析及策略研究 3 3 1 高压开关设备概况 我局开关设备经历了四个阶段。一是8 7 9 4 各等级均为油开关。二是9 5 一 一9 8 进行1 0 k v 无油化改造，将开关本体改造为真空开关，机构不变，新上设备全 为真空开关。三是9 9 2 0 0 3 进行3 5 k v 无油化改造，主要选用s f 6 和真空。四是 2 0 0 1 年开始在1 1 0 k v 及以上开关中大量使用a b b 、西门子产s f 6 开关。 截止2 0 0 4 年1 2 月3 1 日我局的开关装备水平见表3 1 表3 1 开关设备统计表 电压等级( k v )2 2 01 1 03 5 1 0 备注 总计( 1 6 5 ) 1 89 5 5 2 3 5 k v 以上以西门予、a b b 为主 s f 6 其 l w 6 ( g ) o25 2 3 5 k v 以l w 8 开关为主 中 g i s ( c o m p a s 鼬 2 油 总计( 4 9 ) 83 3 8 真空 总计( 4 2 9 )5 43 7 5 1 0 k v 中有三分之一为无油化改造 3 3 2 高压开关的缺陷分析 对本局近十年的高压开关缺陷进行统计，如表3 - - 2 。 1 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 年份开关本体故障 开关机构故障 控制回柜附件 油开关s f 6 开关真空开关液压机弹簧 电磁 路故障敬障 构 油电跳低气压电微电烧跳轻打部 机部 机 兀接不影 异气闸报警气水气毁 闸微压件械件械 件点影响 常 不 达 不 不不故达渗暴损故损 故损故响 、 合限合 合 a 障限油压 坏 障 坏 障 坏障 ，一 垤 口 逛行 格格格格 行 9 4 - 9 71 6 052 3 4 2 22 2851 1 2 4 1 51 0 1 68 9 81 5 2 1 4 1993125 441 04 9 91 01 7 1 3 22 835 4 3 1 0l 0 01 01 7 351 13l l4 6 3 0 11 01 38l1 31 2314 7741 1 0 21 52628 1 1221635 0 3731 16l3l46 7 57 351 3l o78 0 4761 34 2581 51 35 2 合计 2 = ；4l o3 0 03 46 1 361 25 51 0 22 92 42 6 4 86 8 5 36 72 3 从上述统计数据中，可以得出以下初步结论： ( 1 ) 油开关缺陷所占比例较高，主要集中在油异常与跳闸达限两方面。 ( 2 ) 开关机构缺陷比例较高，且主要集中在液压机构。 ( 3 ) s f 6 开关运行整体稳定，但气压低报警缺陷较频繁。 ( 4 ) 真空开关运行整体稳定，缺陷主要集中在开关机构部分。 3 3 3 开关设备典型事故分析 对本局的开关设备事故进行初步统计分析，以下几起事故在开关设备中具有较 强的代表性： 1 、1 1 0k v 华埠l 拌主变1 1 0 k v 开关c 相s f 6 气体泄漏事故。该开关l w 6 a 一1 1 0 i w 型s f 6 开关，1 9 9 6 年投产。运行中发生连续气体泄漏，经检查为开关灭弧室下法兰 密封不良引起。 s f 6 开关漏气故障较多，但一般故障发展缓慢，监控气体状态，可以控制发展。 2 、1 1 0 k v 花园岗变1 0 k v 华鑫2 l o 开关烧毁。该开关为9 7 年无油化改造( 操 作机构未改9 5 年9 月生产) 的z n 2 8 a - - 1 0 、机构型号为c d l 0 一i i 。事故经过：华 鑫2 1 0 发生线路故障，过流i 段动作，开关跳闸，重合闸成功后过1 9 4 秒线路再次 故障，过流保护动作切除、开关跳闸。检查华鑫2 1 0 开关真空玻璃泡炸碎，b 、c 相动、静触头平表面上有约3 c m 2 放电灼伤痕迹，其它绝缘件外观被烧，绝缘测试 良好。可以认定为开关在连续动作过程中真空泡受震漏气，开断起弧引起故障。 g g l a 无油化改造的开关在我局也多次发生连续动作不成功现象，属于突发性 华北电力大学工程硕士专业学位论文 故障。 3 、1 1 0 k v 虹桥变3 5 k v 开虹3 4 0 3 开关烧毁。该开关为z n 2 3 4 0 5 真空开关， 2 0 0 2 年投产。当时开关热备用开口运行，线路连续遭受雷击侵害，对事故真空泡进 行解剖，三相断口的内触头没有电弧损伤痕迹，可以认定烧毁是雷电过电压造成开 关断口外绝缘击穿，引起工频电弧。 是外部侵入故障，无法在开关本身解决，属于突发性故障。 3 3 4 开关设备故障规律分析 根据我局开关设备经过的几个不同阶段，结合近五年开关设备缺陷分类统计和 典型故障分析结果看： 1 、由于油断路器的开断能力的限制和其密封性能的不足，使得其开关本体的 渗油、不检修开断次数达限等规律性故障占据了主导，达到此类开关故障总数的9 6 左右。 2 、s f 6 开关总体性能稳定，故障少。特别是以a b b 、西门子、阿尔斯通为主 的1 1 0 k vs f 6 开关设备，其科技含量高，开断能力和防污闪能力明显提高，同时灭 弧自能化使得机构功小故障少，设备相对稳定。而仅有的两台l w 6 1 1 0 型和3 5 k v 部分的l w 8 3 5 型国产s f 6 开关相对故障率较高，主要表现在s f 6 低气压报警。 但从缺陷与典型事故可以看出s f 6 低气压报警是一个渐变的过程，且开关自身能检 测，可以控制发展。 3 、真空开关设备的总体运行状况良好，开关本体故障较少，相对在机械引起 的附件故障较多，特别是在无油化改造中采取机构沿用的做法，使z n 一1 0 系列真 空开关与c d l 0 电磁机构之间出现配合未达到最佳状态，使得其机械故障发生率有 所提高，主要表现在动作频繁或连续动作的开关其传动机械易出现变形、脱销，辅 助开关出现变换不到位等故障。这也是使得统计表中电磁机构故障率和二次回路故 障率高的主要原因之。机构性能不稳定，也主要是一些连续动作中突发性的过程。 4 、国产液压机构( c y ) 的渗油、打压、暴压故障率较高。总体上看应该说s f 6 开关、真空开关的本体性能稳定，故障极少，即使国产l w 8 系列有一些问题，主要 也是年泄漏率超标，其具备发展缓慢、运行中可以得到有效控制的条件。油开关本 体的故障则具备明显的规律性和发展缓慢的特性。国产液压机构运行极不稳定，既 具有明显的规律性的渗油，又具有突发性的暴压故障，国产弹簧操动机构则相对稳 定。断路器的关合与开断故障、绝缘故障、载流故障远少于二次、机构故障。 3 3 5 开关设备状态检修策略的确定 根据上面的综合分析，提出采取的开关设备开展状态检修的总体策略是： ( 1 ) s f 6 断路器由于其技术较先进、性能稳定、开断能力强、防污闪能力高。为 1 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 此，其应完全依据：开关触头的电寿命，既开关开断故障电流次数达到产品技术 要求时进行大修；开关机械动作次数达到产品的机械寿命时进行机构的大修； 当开关存在影响正常运行的缺陷时进行针对性消缺检修；当开关防污能力不满足 所在地的要求时进行清扫性检修或外施防污措施；每三年进行一次回路电阻和微 水测试。同时在技术监督方面，要严把设备选型关，提高产品的基本性能。加强设 备运行环境的监管，及时根据系统和环境变化控制开关开断能力与防污闪能力。 ( 2 ) 6 3 5 k v 真空断路器由于其故障基本上是由机械引起，特别是国产和无油化改 造的真空开关的机构故障大多数是发生在连续动作过程中，小修对它的控制能力并 不强。为此，其应完全依据：严格控制机械动作次数，动作达限时必须及时进行 检修、测试、调整；加强对发生过连续动作开关的管理( 如出现后加速动作的开 关) ，及时进行机械状况的检查：加强控制回路器件的检查和调整：加强对真 空泡真空度的测试；不论试验与否至少每三年应进行一次机构的检查调试，每年 雷雨前有选择性的进行转动模拟试验；每三年进行一次绝缘电阻、回路电阻、交 流耐压测试。同时在技术监督方面，加快设备的技术更新，逐步淘汰分体式真空断 路器，特别是无油化改造的g g l a 柜。 ( 3 ) 油断路器由于其故障有明显的规律性、普遍性和渐变性。为此，应采用周 期性小修和维护方式；控制开关本体的开断次数，及时进行解体检查；控制大 修周期确保开关油密封性能和电气性能；运行中每三年进行次绝缘电阻、回路 电阻、泄漏电流测试，每年进行一次绝缘油耐压试验。同时在技术监督方面，要加 强设备运行环境的监管，特别是对设备开关灭弧室油位及渗漏油问题的监督。加强 设备技术更新和改造，逐步使其退出运行。 ( 4 ) 对于配国产液压机构，由于液压机构性能不稳定渗漏油严重维护工作量大， 我们建议仍延续一年一次的小修制度和二年一次的解体检修。同时在技术监督方 面，加强机构密封圈和控制阀的管理，密封圈实行二年报废制，确保材料质量。 ( 5 ) 加强巡检及开关传动模拟试验，强化检修人员的设备状态巡检和消缺工作。 首先工作重点做了调整，特别强调开关的实际动作模拟、控制回路的检查、转动部 件的检查、设备附件的维护。通过每年的春季、夏季两次针对性巡检，一方面更全 面掌握了设备的真实状态，做到心中有底，另一方面通过检查、维护，控制回路、 转动部件的缺陷检出率明显提高，起到了提高整体状况的作用。 ( 6 ) 由于开展状态检修的根本目的是降低成本、提高供电可靠性。所以，我们在 进行设备个体状态评估的同时结合设备组结构、电网结构进行间隔综合评估，以实 现成本最低化、供电效益最大化的目的。具体原则是：加强户内母线设备的防污 能力( 加绝缘热缩) ；逐步提高电缆的绝缘等级( 由8 7 k v 提高到1 2 k v ) ；间隔 工作坚持“以小靠大”原则，统时间减少重复停电；对变电站一、二次设备进 行综合评估，根据评估结果制定检修策略。 l5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 3 6s f 6 断路器状态检修应用导则 根据上述的策略研究，为进一步指导现场具体工作，研究编制了各种类型开关 的状态检修应用导则。本文以s f 6 断路器为例作介绍，因实际导则中内容较多，仅 就检修周期与检修项目的相关规定作一说明。 3 3 6 1 检修周期 每年不少于二次巡检，在“双夏”前、设备检修前及必要时进行。 新断路器投运后第一年，应进行一次维护、检查及预防性试验。 每三年进行检修及预防性试验，期间取消每年的定期检修，根据状态评估情况 安排检修。 根据设备评估情况，每6 至9 年进行1 次综合性试验检查。该检查需停电进行，但 不需解体。 必要时进行局部性大修以及解体大修，包括局部性缺陷的消除、短路电流开断 次数达到厂方规定值( 如等值于额定短路电流的开断次数) 、机械操作次数达到 断路器规定的机械寿命次数等。( 考虑现场条件，解体大修尽量考虑返厂大修) 3 3 6 2 检修项目 对s f 6 断路器的运行工况定期巡检的主要项目如下： 夺设备的外观、污秽情况检查 夺核对断路器操作次数 夺核对电气操作循环 夺核对绝缘气体的压力 审核对液压机构油位 夺导电连接部位红外测温 每3 年预防性试验项目： 冷s f 6 气体微水 令导电回路电阻 每6 至9 年的维修项目 夺绝缘系统 结合长期运行中s f 6 气体压力的变化和补气处理情况，检查确定实际的泄漏情 况。 总结密度继电器的动作情况，对密度继电器的整定值进行一次核验。也可在充 气过程中核对，并记录密度继电器的闭锁值。 夺导电回路 1 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 导电回路