（电气工程专业论文）电力设备状态检修系统的规划设计与技术研究.pdf

东南大学工程硕士学位论文 摘要 电力设备的可靠运行对经济和社会影响巨大。随着电力体制的改革以及电力设备故障诊断、在线 监测等相关技术的进步和普及，在我国推行电力设备的状态检修势在必行。 本文结合常州供电公司电力设备状态检修管理系统的规划和具体设计，阐述了状态检修管理体制 和状态检修策略的规划设计。 本文的主要内容如下 ( 1 ) 本文研究了国内外检修管理方式的发展和演变。分析了实行状态检修策略的要求，并阐 述了状态检修策略的规划与设计思路。 ( 2 ) 详细研究了支持状态检修的各种在线监测技术和故障诊断技术及应用，对专家系统、神 经网络和模糊数学的状态分析等一些理论的运用，为电力设备状态检修提供决策支持。 ( 3 )本文还简单介绍了常州供电公司状态检修管理系统的设计和构建。 ( 4 ) 本文最后结合对电力设备状态检修工作的探索，介绍了在逐步开展状态检修工作中所遇 到的困难和问题，及采取的卡同应对策和措施。i 刷时，简要阐述了近些年来在研究与实践 过程中的一些认识和体会。 关键词：电力设备状态检修管理制度r c m 东南大学工程硕士学位论文 a b s t ra c t t h er e l i a b i l i t yo fp o w e re q u i p m e n t sh a sg r e a ti m p a c to nt h ep o w e rs y s t e ma st h er e f o r mo fp o w e r i n d u s t a 3 , g o e sa n dt h ei m p r o v e m e n ta n dp o p u l a r i z a t i o no ft h et e c h n o l o g ys u c ha sf a u l td i a g n o s i sa n do n - l i n e i n s p e c t i o na c h i e v e s ，t h ei n t r o d u c t i o no fc o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ( c b m ) m c h n o l o g yo fp o w e re q u i p m e n t i n t op o w e rs y s t e mb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p e r a t i v e t h ep a p e rp r e s e n t st h ea r c h i t e c t u r eo fac b ms y s t e mi nc h a n g z o up o w e rs u p p l yc o m p a n yo fj i a n g s ua n d h o wt od e s i g nac b m s y s t e ma n dc b mp o l i c y t h em a i nc o n t e n to ft h ep a p e ra sf o l l o w s t h ep a p e ri n s t r u c t e di n t e r n a l e x t e r n a ld e v e l o p i n gt r e n da sw e l la sc u r r e n ts i t u a t i o no fc b m ，a n dm a k e s a l la n a l y s i so nt h ed e s i g no fc b m p o h e y t h i sp a p e rm a k e sas t r i c ta n a l y s i so ft h eo n l i n em o n i t o r i n gt e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o no fv a r i o u se l e c t r i c e q u i p m e n t ，a n do f f e r ss u p p o r to fd e c i s i o n m a k i n gt h r o u g ha p p l y i n gt h et h e o r yo fs t a t ea n a l y s i s o fe x p e r t s y s t e m a r t i f i c a ln e u r a ln e t w o r ka n df u z z ym a t h e m a t i c s t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g no fuc b m s y s t e mi nc h a n g z o up o w e rs u p p l yc o m p a n y o fj i a n g s u t h ep a p e ri n s t r u c t e dt h ed i f f i c u l t ya n dp r o b l e mi nc b m a n dp r e s e n tt h ec o u n t e r m e a s u r ef o ri ta n ds o m e e x p e r i e n c eb ym y s e l f - k e y w o r d s ：e l e c t r i ce q u i p m e n t ，c o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ( c b m ) ，m a n a g e m e n ts y s t e m 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 ( r c m ) i i 东南大学工程硕士学位论文 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它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。 研究生签名：隧坠 日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息 纠：究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存沦文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办 理。 研究生虢牡翩躲社日期：幻 东南大学工程硕士学位论文 第一章绪论 电力系统的可靠性在很大程度上取决于电力设备的可靠性。随着电网容量的增大和 用户对供电可靠性要求的提高，检修管理的重要性日益显现出来，检修费用占电力成本 的比例也不断提高。如何采取合理的检修策略和正确制定检修计划，以保证在不降低可 靠性的前提下节省检修费用，便成为电力企业面临的重要课题。 当今世界的电力设备检修管理方式主要有两种，即定期检修和状态检修。前者以时 间周期为标准，其主要缺点是检修具有一定的盲目性，而后者以设备的实际运行状态为 标准，其主要优点是可以克服检修的过剩与不足，减少浪费，提高效率。 国内外一些电力企业应用电力设备状态检修的实践都能证明，电力设锫状态检修管 理方式改变了长期以来定期检修制度中存在的“检修不足”或“检修过剩”所带来的设 备运行效率差和经济效益低下等问题，不仅可以节约大量的设备维修费用和资源，而且 能够有效的提高设备安全运行的可靠性和稳定性，具有明显的社会效益和经济效益。据 有关统计，实施状态维修后，设备故障率可降低7 5 ，综合维修费用可减少3 0 5 0 。 1 1 检修管理方式的发展 设备检修体制是随着社会生产力的发展和科学技术的进步而不断演变的，设备检修 管理方式的发展大致可分3 个阶段： 第一阶段：二十世纪5 0 年代以前，设备检修方式基本上是事后检修，即在设备发生 了故障后才进行检修，通常称为故障检修方式。因为那时大部分设备都比较简单，设计 裕量也较大，设备比较可靠而且容易修复，且停机时间对企业的经营活动影响不大。所 以只进行简单的日常维护和检修，没有开展系统的维修。 第二阶段：二十世纪6 0 7 0 年代，由于设备的生产效率越来越高，突发故障而造成 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，于是逐步形成了 预防维修系统。在前苏联，主要发展了定期计划检修，这类检修方式曾在东欧各国和我 国推广应用；日本发展形成了全员生产维修；在美国发展起来的预防性维修系统的主要 特点，在于根据故障的不同模式采用不同的维修对策。6 0 年代，以可靠性为中心的检修 ( r c m ) 开始在美国的航空工业中出现，7 8 年起广泛应用于美国海军，8 0 年代开始应用 东南大学工程硕士学位论文 于核电工业，后又推行至火电设备和输变电设备的检修。 第三阶段：二十世纪8 0 年代以来，由于设备监测技术得到广泛应用，人们对故障模 式及其影响进行了较深入的分析；企业对设备的可靠性、对检修的成本效益比的要求也 越来越高。随之产生了尽量掌握设备状态，在设备发生实质性故障之前及时进行检修的 新方式，这就是状态检修。近年又出现了一种更积极的检修方式主动检修( p a m ) ， 将对设备状态的监测更往前推了一步。在这时期，计算机开始广泛应用于设备状态的监 控和检修管理，例如计算机检修管理系统( c 删s ) 。随着信息处理技术的发展，出现了各 种诊断系统，而且其发展趋势是将几个不同监测技术的诊断系统综合到一个系统中，对 设备的状态进行综合分析和判断，同时把诊断和检修管理结合起来，对检修工作进行成 本效益分析，在此基础上安排合理的检修方式和检修时机。 1 2 目前检修管理方式与策略 1 2 1 故障检修 故障检修即c m ( c o r r e c t i v em a i n t e n a n c e ) ，又称为纠正性检修或事后检修r t f ( r u n t i l lf a i l u r e ) 。是指在故障己出现后，为把设备恢复到能完成所要求功能的状态而进行 的检修。简言之，故障发生后进行的检修。 1 2 2 预防性检修 预防性检修即p m ( p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ) 。是在预定的停运时间、或按照规定进 行的、旨在降低故障可能性或功能劣化的检修。即在故障发生之前、功能明显劣化之前 进行检修，以预防故障的发生。 1 2 3 定期计划检修 定期检修即t b m ( t i m eb a s e dm a i n t e n a n c e ) 。是指定期计划检修又称为基于时间的 检修。其理论依据是：设备能通过定期检修，周期性地恢复至接近新设备的状态。检修 工作的内容与周期都是预先设定的，到时间就修，目的是防止或延迟故障的发生。我国 目前的检修模式基本上就是这样，这是预防性检修的一种。 1 2 4 故障查找 故障查找即f f ( f a u l tf i n d i n g ) 。是指对一些紧急备用设备采取的预防措旌，如备 用油泵、事故照明、事故直流电源等。由于这些设备平时不用，不会显示故障症状，但 如果启动时一旦发生故障，后果严重，所以要定期启动这些设备，查找故障，发现问题 2 东南大学工程硕士学位论文 及时解决。 1 2 5 状态检修 状态检修又称为预知性检修、预测检修、视情维修，即c b m ( c o n d i t i o nb a s e d m a i n t e l 9 a n c e ) p d m ( p r e d i c t i v em a i n t e n a n c e ) 。状态检修是指根据状态监测所提示的 检修需求进行检修。也就是说对设备状态进行监测，按设备的健康状态来安排检修。这 种检修方式解决了多年来在预防性检修中存在检修过剩或检修不足的问题，可以节约大 量的维修费用和资源，并提高设备运行的可靠性。 1 2 6 主动检修 主动检修即p a m ( p r o a c t i v em a i n t e n a n c e ) 。是指通过分析故障的根本原因，修改设 计或对设备进行改造，消除故障再次发生的可能。这是一种非常主动的、积极的方式。 对于设备的频发性故障，要改变设计进行改造，这并非什么新见解。但作为一种检修方 式，却是提出不久。 状态检修和主动检修都要对一些参数进行监测，区别在于：主动检修监测的是参数 的异常，这些异常出现时，设备尚未发生实质性故障，但若这些异常不得到及时纠正， 则会引发实质性故障，即会发生材料的劣化或设备性能的下降；而状态检修中所监测的 是实质性故障的征兆，这时发备已处于仞始故障阶段。 1 2 7 以可靠性为中心的检修 以可靠性为中心的检修即r c m ( 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 ) 。r c m 是通过 一套特殊的程序来为设备和零件确定有效的、经济的预防维修任务，并规定维修或监测 间隔的一种系统方法。所谓的“特殊的程序”是一套工作方法或是分析方法：先选择要 进行分析的系统，明确系统的边界、功能，进行故障模式和后果分析，逻辑树分析，最 后选择合适的检修方式。 1 2 8 全员生产维修 全员生产维修即t p m ( t o t a lp r o d u c t i v em a i n t e n a n c e ) 。是指以最高的设备综合效 率为目标，确立全系统的全员参与的预防维修体系。主要特点是一个“全”字：全效率、 全系统、全员参与。“点检制”也属于这种方式，点检强调的是人在设备管理和状态监测 中的作用。设备点检分运行点检和检修点检两种方式 严格地说，r c m 、t p m 都不是一种简单的检修方式，而是一种改进原有的检修方式， 3 东南大学工程硕士学位论文 确定合理的检修策略，进行检修优化的一种思路和方法。 综上所述，从事后检修逐步发展到定期检修、状态检修，再向以可靠性为中心的检 修管理机制r c m 发展，充分说明机制的变化要适应形势的发展，做到与时俱进，才能满 足客观现实发展的要求。随着电力设备在线检测技术的不断发展，对电力设备的状态检 修也成为一个可行，可靠的检修方式，有步骤的对不同设备实施r c m 已经是成为今后检 修管理发展的必然方向。 1 3 本课题的目标和主要内容 本文在分析、规划、实施状态检修策略方面作了深入的研究，对实施状态检修策略 和运用设备状态检修管理系统有借鉴和指导意义。 本论文第二章研究了国内外检修管理方式的发展和演变，分析了实行状态检修策略 的要求；第三章主要分析阐述了状态检修策略的规划与设计思路；第四章详细研究了支 持状态检修的各种在线监测技术和故障诊断技术及应用，对专家系统、神经网络和模糊 数学的状态分析等一些理论的运用，为电力设备状态检修提供决策支持；第五章介绍了 常州供电公司状态检修管理系统及检修策略的规划、设计和构建过程；结合对电力设备 状态检修工作的探索，介绍了在逐步开展状态检修工作中所遇到的困难和问题，及采取 的相应对策和措施。同时，简要阐述了近些年来在研究与实践过程中的一些认识和体会。 4 东南大学工程硕士学位论文 第二章电力设备检修策略分析 2 1 电力设备检修策略的选择 各国不同的维修体系或维修制度均是在总的发展趋势下，结合本国的实际情况形成 的。在改进我们现行的检修方式，选择合理的检修策略时，不必受哪一种特定的维修体 系的约束，也不要简单地用某一种方式来完全取代现行方式。而应分析各种维修方式的 具体内容，结合自身的特点和需要，使综合效果最好。 电力设备实施状态检修，其对象并不是所有设备。有些设备根本不需要进行状态检 修，有些设备的状态用现有技术还无法及时检测和诊断。应根据设备的重要性、故障类 型、可诊断性以及对可靠性的要求，并通过技术经济比较来选择合适的检修方式，逐步 地在现在的基础上加大状态检修的比例。 2 1 1 采用定期检修方式 一股来说，对于那些可以确定寿命剧期，或能找出故障率会显著增加的那个工龄点 的故障模型，也就是说故障的发生与时问有比较确定的关系的情况下，可以采用定期检 修。 2 1 2 采用状态检修方式 对于随机故障，同时设备的状态又是可以监测得到的情况，可采用状态检修。在状 态检修中，监测的频度不仅要考虑故障的p - f 间隔( 能发现潜在故障到发生功能性故障 的时间) ，还应考虑故障后果的严重性。如果故障会对安全或全厂生产产生严重影响，应 考虑加大监测频度。 2 1 3 采用主动检修方式 对于故障既不和时间有比较确定的关系，又不容易用常规手段监测的情况，那只能 进行周期性的检查工作。对于比较重要的设备的频发性或后果严重的故障，应采用主动 检修的方式，进行重新设计或改造。 2 1 4 采用故障检修方式 如果故障的后果不严重，那就干脆用坏为止，采用故障检修即事后检修的方式。 东南大学工程硕士学位论文 2 1 5 采用定期检修和状态检修相结合的方式 对于重要的关键设备，可同时采用定期检修和状态检修两种方式，根据状态监测结 果及对故障机理的不断深入了解，调整定期检修的间隔。 电力设备合理的检修策略应融故障检修、定期检修、状态检修和主动检修为一体， 将各种检修方式优化组合。在保证合理的可靠性的前提下，降低检修成本。也就是说， 推行状态检修，不能局限于状态检修本身，而应有全面的优化检修的思想。而r c m 正是 一种制定合理检修策略的有效方法。 图2 1 是大连电业局在6 6 k v 及以下配电网e 开展状态检修工作中提出的检修分类原 则，这其实就是多种检修方式的结合。 图2 1 电力设备检修的分类原则 我国长期以来执行的电力设备定期检修管理制度曾发挥过重要的作用，取得过很大 的成效。但随着改革开放形势的日趋深入和电力工业的飞速发展及电力设备技术性、先 进性、可靠性的不断提高，定期检修的弊端已逐步明显暴露出来。同时，随着电力体制 的改革和经营机制发生的变化，以及减人增效和对供电可靠性的要求进一步提高，定期 检修制度已越来越显得不太适应形势发展的需求。因此，迫切希望能实现对电力设备检 6 东南大学工程硕士学位论文 修管理由“到期必修、修必修好”的方针向“应修必修、修必修好”的观念转移，并对 传统的设备检修制度进行改革。电力设备的状态检修是当前先进的工业国家普遍推行的 一种科学的设备检修管理策略。 2 2 设备状态检修管理的必要性 目前，国家电力公司已将电力设备状态检修工作作为抖教兴电的一项重要的发展战略 和科技进步项目组织实施。实旎状态检修的必要性主要体现在以下几个方面： 1 、市场经济运营的要求 电力企业平在由计划绎济向市场绎济转移，经济效益和社会效益都是其重要的追求只 标，而提高供电可靠性和降低生产成本是实现目标的基本途径和提高经济效益的关键。 由于状态检修是提高供电可靠性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，因此定期检修己不能满足形势发展的要求。 2 、设备技术进步的要求 运行电力设备的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，往往不是检修不足就是检修过剩，从而造成大量人、 蚓、物的浪费，甚至产生负效应。如，某些不必要的频繁枪修可能会增加误操作、人员 伤亡和事故发生的机率。而另一方面是设备在运行中发生异常急需检修n 寸，往往又因未 到期而可能延搁了及时检修的时间，导致设备事故的发生。同时，目前电力设备的生产 制造技术、工艺质量水平、工作环境标准已越来越高，而目前检修的技术和条件尚不能 满足相应的要求，检修现场发生先进设备本身不坏而修坏掉的事故屡有发生。如，某供 电局经统计修坏掉的进口设备竟占7 0 以上，因此很难实现“修必修好”的目标，往往 事与愿违。 3 、检修管理科学性的要求 定期检修制度的主要技术手段是电力设备的定期预防性试验，但定期预防性试验的试 验电压远低于设备的运行电压，停电试验时，一般都是用最高l o 千伏试验电压得出的绪 论去考核鉴定2 2 0 千伏甚至5 0 0 千伏运行电压下的设备状态和可靠性，这是不科学的。 因此，有人戏称这种试验为“安慰性试验”。如，江苏某供电局所辖2 2 0 千伏变电站，近两 年就曾发生过电流互感器和电压互感器在停电预防性试验结论合格后不久即发生相继爆 炸的重大设备事故。在线检测是通过运行电压对设备状态的监测，能比较准确地反映设 备的客观状态，不仅技术上合理，而且方法上科学。因此它是状态检修重要的技术手段 7 东南大学工程硕士学位论文 和有效的技术措施。 4 、提高供电可靠性的要求 定期检修造成的计划停电往往影响了供电可靠性和售电量。目前，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也越来越难。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，这些都给定期检修制度带 来了不可避免的冲击。 5 、电力体制改革和减人增效的要求 我国的电力工业发展很快，但电力企业从业人员的增长远跟不上电力系统的发展和设 备的增长，有些专业的检修人员还出现了负增长。而定期检修需要投入大量的人力和物 力。因此，满足不了电力体制改革和减人增效的要求。 6 、检修技术合理性的要求 从技术合理性的角度来看，电力设备的状态分为正常状态和故障状态，电力设备的故 障模式对状态检修有重大影响。用科学的态度开展状态检修，就必须要对故障的形成规 律，尤其是发生故障的原因、机理及运行周期的故障特点仃所认识和理解。 ( 1 ) 电力设备故障和缺陷的浴盆曲线 一般情况下，电力设备的故障或缺陷在新安装投运期间由于安装质量方面的问题、设 备本身存在的薄弱环节、设计和工艺等方面的缺陷等，在开始投运的一段时问内暴露的 问题比较多，随着消缺后运行时间的增长而近于平缓，运行一定时间后，随着设备的陈 旧老化，逐步暴露缺陷的几率又开始增加，它和电力设备的绝缘性能一样，是时间的增 函数，趋近于一条浴盆曲线，见图2 2 。经常性的定期检修，可能使常规的设备运行浴盆 曲线规律发生变化，一般情况下反而会增加设备发生故障的几率。其运行的故障变化曲 线见图2 3 。 世 轻 翟 描 妇 魁 设备投运时间 图2 2 随运行时间变化的故障缺陷率曲线 世 辎 翟 瘩 斑 魁 设备投运时间 图2 3 定期检修可能形成的故障缺陷率曲线 8 东南大学工程硕士学位论文 目前，存在一种片面的认识，有些人认为检修不可能会引发故障，在两次定期检修之 间不应有故障发生，即使发生了故障也不是检修的问题。这种看法完全忽略了检修本身 可能引发设备故障或缺陷的各种原因。如工作人员的责任心、技术水平、工艺质量控制、 零配件的替换特性等等。经验及统计表明，往往即使严把检修质量关，设备的故障率仍 会上升。因此，需要尽量减少没有必要的计划检修安排。 ( 2 ) 电力设备功能退化的规律( p f 曲线) 电力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，若潜在故障没有被检测到和没有采取相应的措施，通常将会 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，见图2 4 。 确 墨 缱 魁 2 ：毋 甜同t 图2 4 电力设备功能退化的p f 曲线 如果在功能放障前检测到运行设备潜在的问题，对故障的处理就必须在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，因此定期检测和检修一股情 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 取措施进行检修或故障处理。 ( 3 ) 检修的传统观点和现代设备的故障特征 长期以来，传统的观点认为定期检修已形成一套固定的模式和经验。这种观点的前提 条件是：设备运行和发生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。这种传统的想法认为可以从设备故障的历史数据 9 东南大学工程硕士学位论文 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。设备 运行时间和故障之间可预料的关系对有些故障模式来说是客观存在的，但它一般大多发 生在比较简单的附件或零部件上，如：风扇、阀门座、潜油泵、冷却器等，这类与设备 运行时间相关的故障常与设备长时间连续工作的疲劳和腐蚀有关。然而，现代先进的电 力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间总是存在某种固 定的联系，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。实践证明，除非 与运行时间有关的故障模式占主导地位以外，大多情况下定期检修只能增加发生故障或 缺陷的机率，降低运行设备的可靠性。 2 3 本章小结 目前，我国的电力设备维护体制实际上包括两个方面，一是定期预防性试验：一是定 期拆装性维修。其中定期预防性试验占整个维护工作量的5 0 以上，在因设备维护临时退 出运行的时间中，预防性试验也占主要部分。近年来，一方面电力系统的迅速扩展，另 一方面预防性试验项目有增无减，设备维护人员已感到穷于应付，预防性试验的执行和 分析质量受到r 制约。根据初步的调奁，目前预防性试验的缺陷检出率很低，这说明此 项工作过度盲目和保守。若加强设备状态分析，在适当保守的前提f ，依据设备状态， 对周期和项目进行调整，突出重点，提高质量，这不仅不会降低反而能提高没备的安全 运行指标。所以，对预防性试验周期和项目作出调整也是电力发展的必然要求。 预防性试验规程是目前我国电力行业设备维护的指导性文件，但实践证明，有以 下几个方面的不足：( 1 ) 绝大多数试验项目的判断标准是静态的，一般给出一个阈值( 或 称注意值) ，而没有劣化速率的具体指标。( 2 ) 设备状态分类过于简单化，要么合格、要 么超标( 不合格) 。无法依据设备状态的相对优劣指标，有针对地制订设备维护策略。( 3 ) 试验项目的试验周期均有较大的弹性范围，但没有给出相应的选择依据。( 4 ) 没有考虑 影响设备状态的不良运行工况对试验周期的影响，如断路器开断短路电流的幅值、次数； 变压器出口或近区短路等。( 5 ) 许多新的试验项目，如变压器绕组变形、红外、紫外以 及在线监测等没有考虑。尽管如此，但预防性试验规程是我国几十年来设备维护的 经验总结，其中的绝大部分阈值和对设备健康状况的判定方法仍然是状态维修实施的基 础，包括现有在线监测的阈值设置仍然大量采用了预防性试验规程数值。 目前，我国还没有建立严格的设备状态评价体制，例如，现行电力设备预防性试验 l o 东南大学工程硕士学位论文 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、状态检修便无从谈起，所以应该建立量化的设备状态评价指标体系， 对设备状态评分，从需立即退出运行到设备最优状态分成0 到1 0 0 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，如依据接近闽值的程度以及劣化的速度等对试验项目进 行评分。建立适于数字化的管理规则。 东南大学工程硕士学位论文 第三章状态检修策略的规划与设计思路 3 1 总体思路 电力设备实施状态检修的工作在总体上可分以下6 个部分。 i 、现状评估：通过评估了解客观现状，确定工作目标； 2 、r c m 分析及实施：采用r c m 分析方法来确定各种设备所应选用的检修方式； 3 、监测设备配置：根据需要合理配置监测设备，对设备状态进行监测： 4 、计算机管理系统c m m s ：通过c m m s 实现检修管理的现代化、规范化： 5 、设备状态专家诊断系统：建立状态诊断计算机专家系统，综合分析设各状态，提出检 修建议； 6 、检修结果评价：建立一套对检修结果进行评价，不断改进检修及管理方式的机制。电 力设备实施状态检修的工作框图见图3 1 所示。 图3 i电力设备实施状态检修的工作框图 东南大学工程硕士学位论文 3 2 状态检修工作的主要内容 3 2 1 状态评估 评估的目的是为了进一步弄清自己的客观现状、在同行业中所处的位置，明确自身 的强项和弱项，从而确定努力方向和工作目标。 评估的范围可覆盖策略、技术、管理、企业文化等等各个方面。可对企业各个领域 进行全面评估，也可限定在与检修有关的领域，找出在检修管理、检修策略、检修技术、 检修人员技能和培训等方面的差距，提出改革目标、改进建议，以保证优化检修工作的 顺利进行。 评估的方法有多种，可请专业咨询机构评估，也可自评估。 3 2 2 r c m 分析和实施 r c m 是一套建立合理的检修策略的方法。其分析过程是先根据对可靠性、经济性及环 境等的影响选择要进行分析的系统，明确系统的边界、功能，然后针对系统的功能进行 故障模式和后果分析、逻辑树分析，最后选择合适的检修方式，确定检修周期、监测技 术和监测频度。 r c m 分析结果是一整套的检修建议和监测建议。实施这些分析结果是r c m 最后的也是 最重要的一环。要对这些建议进行评估、审核，归并安排各种检修或监测的间隔和用期， 充分考虑状态监测及设备在系统中的重要程度，将任务、频率等输入c 删s 系统，从而将 分析结果纳入整个检修管理流程。 欧洲近年来在状态维修的基础上，提出基于可靠性的维修策略r c m ，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系统中的 重要性、该设备的故障对电网可靠性的影响程度，见图3 2 。 东南大学工程硕士学位论文 图3 2 兼顾状态检测与设备在系统中重要性的r c m 策略框图 美国也是实行以可靠性为中心的维修策略r c m ，并且实现了计算机程序管理，美国电 力研究院e p r i 新开发的优化检修系统的功能框图见图3 3 。 从国外实践看，要实现状态维修，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) ；维修管理( 软件系统、规程、结果反馈) 。 1 4 东南大学工程硕士学位论文 图3 3 美国优化检修系统的功能框图 能力 、叠告， r c m 是整个机构参与的检修管理上的改革。因此，在实施分析结果的过程中，要对原 来的一些规定和做法作某些修改，使之适应新的检修方式。r c m 的实施，不只是一项技术 工作，而是整个组织机构参与的检修管理上的一次改革。美国曾有一份调查报告称，r c m 未能成功实施的最大原因不是技术，而是人员和管理上的问题。 3 2 3 监测设备的选择和配置 经r c m 分析后，对决定采用状态检修方式的设备，选用合适的在线监测技术装置，对 东南大学工程硕士学位论文 设备状态进行监测。当然在实际工作中，并不是一定要在r c m 分析后才配置监测设备， 事实上，许多监测设备早已投入使用并正在发挥作用。但在经过r 例分析后i 在线监测 技术的应用会更准确、更有效。 监测设备的配置，应首先考虑充分利用现有的装备和资源。已有的在线监测装置，历 年预防性试验的常规技术监督测试项目和运行记录等，是状态检修的重要基础。在设备 配置上一味追求高、精、全，有违开展状态检修的初衷。 监测设备的选用，应注意不仅要考虑技术上的可行性，还应考虑经济上的合理性。近 年监测技术的发展非常迅速，可供选用的在线监测设备种类繁多。目前最常用的是：电 容性设备的电容电流、介质损、电力变压器的局部放电、油色谱分析、红外热像、超声 定位。另外还有如电动机状态监测、设备寿命管理、运行优化、故障诊断等等。 3 2 4 计算机管理系统c 姗s 的应用 电力设备状态监测和检修所涉及的信息量非常大。所以需要有一套计算机管理系统， 来记录并管理设备历史及相关检修信息、检修工作从任务请求到完成验收的整个过程、 人员安排、物资管理、检修费用、安全措施等。这套系统就是c 删s 。这是检修管理的一 套基础工具，在发达国家的电力企业中已得到广泛应用，有些系统是自已开发的，但大 部分都是选购商品化软件再进行客户化。目前围绕c 删s 开发的产品很多，系统的结构和 功能也差别很大，加上管理水平的差异，因此应用效果良莠不齐。 c 删s 的应用过程，不仅是大量数据的收集整理和输入的过程，更重要的是对检修管 理方式进行检查和重塑，建立一套有效的现代化检修管理制度。 3 2 5 建立设备状态监测和专家诊断系统 设备状态专家诊断系统的作用是充分利用专家知识并积累经验处理监测设备监测到 的信息，进行设备状态判断，并通过对收集到的设备信息进行综合处理后，提出设备状 态报告和检修建议。 状态检修计算机管理系统将把几种被监测参数综合起来，通过专家诊断系统进行分析 评价。如将电力设备的绝缘性能参数、油色谱分析的变化趋势曲线同时显示出来，再加 上红外热像的变化，分析人员就不仅能够看到它们各自的变化情况，还能看到这些变化 之间的相互关系及变化规律，从而能够更准确地判断设备的状态。它能与别的诊断软件 联接，将其诊断结论作为参考。计算机管理系统还可以对监测工作进行管理，安排并监 东南大学工程硕士学位论文 督监测工作。但其只是一个帮助进行信息处理的工具，其本身并不具备诊断功能，最后 对设备作出的状态评价要有人来完成，检修建议也要由分析人员来提出。 计算机管理系统的工作成果是状态报告和检修建议，把它们送入c m m s 系统进行处理， 根据设备的状态和生产需要合理安排检修工作。 3 3 本章小结 按照规划设计和实施状态检修方式以后的效果如何，需要进行认真的分析和评估， 并根据实际情况考虑是否需要进一步改进和优化。如果一个设备在实施新的检修方式后 在降低检修成本、提高可靠性方面的效果并不好，那就有必要对其重新进行r c m 分析， 调整检修方式，或改变监测频度。另外，随着技术的进步和对故障机理的进一步认识， 随着新型监测诊断设备的开发应用，也要对原定的检修方式进行适当的调整。所以r c m 分析的结果并不是一旦实施就一成不变的，而是需要不断改进和完善。要建立起对检修 结果进行评价和不断改进检修及管理方式的设备检修管理机制。 东南大学工程硕士学位论文 第四章状态检修的监测技术与故障诊断系统 状态检修是一项复杂的系统工程，是对设备进行全员、全过程的动态管理。而设备 监测与诊断技术是状态检修的核心，直接关系状态检修这一检修体制的成败；运行电力 设备的在线监测技术、油色谱分析技术、油中气体浓度在线监测技术、远红外热像技术、 局部放电监测与超声波定位技术等先进科技的应用，为状态检修的实现提供了有效的技 术支撑，而设备监测和故障诊断的计算机专家系统的建立，更保证了状态检修的科学性、 先进性和合理性。 4 1 在线监测技术与应用 4 1 1 容性设备的在线监测 国内外开展较早和较多的在线监测工作便是电容型设备的在线监测。耦合电容器、 电容型电流互感器、电容型电压互感器及主变压器的电容型套管等电容型绝缘设备，通 过监测三棚不平衡电流、电容量及介质损耗因数，可及时掌握这些设备的绝缘状况，并 根据历史的、横向的、相问的比较以及绝缘特性的发展趋势，及早发现潜伏的故障， 提出预警，避免发生严重事故，对保证电力系统的安全运行具有重要f ：用。电容性设备 介损值在线监测，采用的测试方法主要有以下几种： 4 1 1 1 同步分离法 同步分离法是一种实部和虚部分离测量的方法，它源于电流一电压法测量元器件阻抗 的原理，通过矢量运算，再应用微处理机测量的方法。这种方法的抗干扰性能较好，但 由于是用运算放大器实现矢量比例运算，因此存在相位漂移、寄生导纳及电压稳定度的 影响问题，成本随精度的提高增长较大。 4 1 1 2 过零比较法( 硬件法) 过零比较法是在时域中通过脉冲计数来测量正弦电流、电压由负变正过零点的时差， 继而再换算为电流超前电压的相位差而得到介损值t g6 的一种方法。这种方法是将取得 的试品电压、电流信号分别经过零转换先转变为方波，然后相“与”得到新方波，即反 映这两个波形间的相位差，再用微机的时钟脉冲记数读出。这种方法电路简单、准确度 较高。但易受高次谐波的干扰，测量值波动较大，对电子电路的要求较高。 1 8 东南大学工程硕士学位论文 4 1 1 3 傅立叶谐波分析法( 软件法) 这种谐波分析技术是一种波形采集、存储和分析的智能化系统，。有测量、计算、分析、 诊断等功能，对电流、电压信号采用数字化采样，并进行快速傅立叶变换( f f t ) ，求出 信号基波分量的幅值和相位，最后得到试品的介损值t g6 和电容值。这种方法抗干扰能 力强，硬件电路简单。但不能消除电压信号源p t 的角差和传感器相位差的影响。 各地区应用较多的在线监测技术装置是变电站集中在线监测系统，实际上主要是对容 性设备为主的在线监测，往往也包括m o a 及主变压器的套管、铁心接地等一些监测内容。 主要功能是测量容性试品的电容值、电容电流、介质损耗t g6 、不平衡电压、阻性电流、 功耗等参量。 4 1 2 电力变压器的在线检测技术 4 1 2 1 油色谱在线检测技术 油色谱在线监测技术是实施主变压器状态监测的重要手段，其技术关键是根据气相 色谱技术分析油中特征气体成分的变化，根掘监测结果朱分析判断电力变压器内部的异 常和故障发展趋势，以保证电力变压器的安全可靠运行。其分析判断的方法常包括： 1 ) 根据气体含量的变化判断； 2 ) 根据气体含量比值的变化判断； 3 ) 根据总烃与产气速率的变化判断； 4 ) 根据t ( 过热) d ( 放电) 图列故障发展趋势的判断； 5 ) 根据气体变化对故障热点温度的判断； 6 ) 根据气体变化的总烃安伏法对故障回路的判断等等。 其中，根据电力变压器油中特征气体的变化来判断变压器的内部故障是气相色谱分 析的一项基本方法和重要内容。 油中特征气体产生的原因见表4 1 ，故障形式产生的特征气体见表4 2 。 表4 1特征气体产生的原因 气体产生的原因烃类气体产生的原因 飓 水分，电晕、绝缘热分解 c i 油和固体绝缘热分解，放电 c o 固体绝缘受热及热分解g 地固体绝缘热分解、放电 c 啦 固体绝缘受热及热分解g i i 高温热点下绝缘热分解、放电 g 电弧放电，油和固体绝缘热分解 1 9 东南大学工程硕士学位论文 表4 2 故障形式产生的特征气体 故障特征主要产生的气体 油过热g i c h ,及g 1 啦 纤维素过热 c 0c o , c o c t h 的比值越高热点温度越高 纤维素热解c m c 0 温度高于2 5 0 ( 2 时产生的c 0 高于c 鸥 油中电晕地及c 风岛 i 油中电弧地( 6 0 8 0 ) ， g 心( 1 0 一2 5 ) ，c i ( 1 5 3 5 ) g i b ( 1 2 9 ) 目前变压器油色谱在线监测装置主要有采用薄膜透析气敏传感器的技术装置和采取 实验室油色谱检测装置原理经技术改进后用于变压器运行现场的监测装置。我们通过对 变压器油色谱在线监测技术应用情况的专题调研，感到采用薄膜透析气敏传感器的方法 设计思想比较新，结构简单、灵巧，投资也比较少。但存在的问题是：在一段时间内仪 器的测试情况和稳定性都比较好，但时间一长数据波动很大且无舰律，甚至有时还会发 生突变。据分析认为，一是分子薄膜和气敏传感器受到污染；二是可能薄膜长期使用后 发生“中毒”现象，影响了在线监测的准确性和可靠性。将实验室油色谱检测技术改进 后用到变压器运行现场在线监测的方法，一是气路复杂；二是检测器用氢气作燃气，易 燃、易爆不太安全；三是成本高，可靠惟低。还有一种超声脱气技术的油色谱在线监测， 其原理是由计算机设定工作频率，c p u 按此频率发出调制脉冲去激励主振电路，从而在晶 振片上产生频率相同的超声波偶合到液体介质之中。超声波引起液体分子的高速振动， 使液相与气相交界面的气体分子快速交换，以实现加速气液平衡。该产品目前因成本太 高也较难普及推广。 4 1 2 2 主变气体浓度在线监测 通过主变油中气体浓度的变化监测变压器的运行状态，目前是一项简单、经济、有 效的技术手段。过去氢气浓度在线监测大多采用钯栅场效应管，利用其开路电压随氢气 含量的不同而变化的特点进行在线监测。采用半导体元件或燃烧测氢技术，尽管价格较 低但准确度或长期运行的时效性等往往不够满意。国外一般采用燃料电池或半导体氢敏 元件。这一装置的关键技术主要是油气分离的分子膜和氢敏传感器。目前，在国内电力 企业应用较多的是电力变压器早期故障监测装置，它实际上也是一种以氢气为主的混合 气体在线检测仪器，由于结构简单、性能可靠、使用寿命长，很快得到了推广应用。据 2 0 东南大学工程硕士学位论文 不完全统计，应用于各地大型变压器上的这类装置在一千台以上。其中尤以应用加拿大 s y p r t e c 公司生产的h y d r a n 系列模拟型h 2 0 1 r 和数字智能型h 2 0 1 is y s t e m 变压器早期故 障监测装置为最多，并占据主导地位。据统计，江苏地区的发电厂和供电局目前已在各 地所辖变电站的一些大型变压器上安装运行了近百台，其中仅苏州地区就应用了四十余 台。该装置由于提供了远程监测通信的2 3 2 和4 8 5 通讯接口，可作远方监测和集中管理。 同时该装置还提供了模拟量输出，可接入s c a d a 系统。但对要求接入企业现有的m i s 系 统或状态检修管理系统时，需另行开发符合相关要求的接口软件。 4 1 2 3 变压器绕组变形在线监测 变压器绕组变形的测量很多地区都在积极开展，但大多离线试验，基本上采用规程 推荐的低压频响法。例如，浙江中试截止到1 9 9 8 年8 月，共对全省1 0 8 台变压器进行了 绕组变形测试，发现有变形的4 台次，l 台异常。目前，已将此列为变压器的反措项目； 福建中试规定，新安装的主变和故障大修及出口短路的主变一定要进行绕组变形的测试： 国电南