电力变压器状态检修问题研究论文.pdf

r；孽_弋p 声明尸明 l l | i i i i i i i | | 删 y 17 8 5 9 4 6 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文 电力变压器状态检修问题研究，是 本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，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： 日期： 溯d 、；、f - o 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，r p - 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阅；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： 导师签名： d 一 一 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文在分析变压器维修方式的发展历史以及变压器缺陷特性的基础上，研究变压器 状态维修的主要技术内容；分析了变压器故障类型及主要原因，对几项离线或在线检测 方法进行了具体分析，指出其有效性；建立了变压器管理信息的数值化体系，将目前实 行的各项变压器管理和维护体制进行系统的分析和规划，形成了一套适宜计算机网络化 管理的数值化模型和运作方案；针对某电力公司的具体情况，通过g d 3 0 e 系统的成功 应用，制定了变压器状态检修导则，在某供电司初步实现了变压器的状态检修。 关键词：电力变压器，状态检修，在线监测，故障诊断 a b s t r a c t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft r a n s f o r m e rr e p a i rh i s t o r yo ft h ed e v e l o p m e n to fm e t h o d sa n d c h a r a c t e r i s t i c so ft r a n s f o r m e rd e f e c t s ，b a s e do nt h es t u d yo ft r a n s f o r m e rr e p a i rs t a t u so ft h e m a i nt e c h n i c a lc o n t e n t ；a n a l y s i so ft r a n s f o r m e rf a u l tt y p e sa n dt h em a i nr e a s o nf o ro f f l i n eo r o n l i n eo n an u m b e ro fd e t e c t i o nm e t h o d ss p e c i f i ca n a l y s i s ，p o i n t i n go u tt h a tt h e i r e f f e c t i v e n e s s ：s e tu pt h et r a n s f o r m e rm a n a g e m e n ts y s t e mo fn u m e r i c a li n f o r m a t i o n ，w i l lb e i n t r o d u c e da tt h ec u r r e n ts t a g eo ft h et r a n s f o r m e rs y s t e mt om a n a g ea n dm a i n t a i nas y s t e m a t i c a n a l y s i sa n dp l a n n i n g ，t h ef o r m a t i o no fas u i t a b l ec o m p u t e rn e t w o r km a n a g e m e n ta n d o p e r a t i o no fn u m e r i c a lm o d e lp r o g r a m s ；a g a l n s tap o w e rc o m p a n y ss p e c i f i cc i r c u m s t a n c e s ， b yg d - 3 0 es u c c e s s f u la p p l i c a t i o no ft h es y s t e m t o d e v e l o pg u i d e l i n e s f o rt r a n s f o r m e r c o n d i t i o n - b a s e dm a i n t e n a n c e ，i nap o w e rc o m p a n yt oi n i t i a l l ya c h i e v et h es t a t u so ft h e t r a n s f o r m e rm a i n t e n a n c e lij i a nh u i ( 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 c h a n gx i a nr o n g ，z h uy o n gz h i k e y w o r d s ：p o w e rt r a n s f o r m e r ，c o n d i t i o n b a s e dm a i n t e n a n c e ，o n l i n ed e t e c t e d ，f a u l t d i a g n o s i s 华北电力大学工程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论l 1 1 选题背景及研究意义1 1 2 实施电力变压器状态检修的必要性2 1 3 电力变压器状态检修国内外发展现状3 1 4 本文主要研究内容4 第二章状态检修的原理6 2 1 状态检修的概述6 2 2 状态检修的基本模型? 一7 2 3 状态检修的主要技术内容和需注意的问题1 1 第三章电力变压器状态监测和故障诊断与状态检修。1 5 3 1 电力变压器状态监测和故障诊断与状态检修的关系1 5 3 2 电力变压器故障类型及原因1 5 3 3 电力变压器状态监测技术1 6 3 4 电力变压器状态分析和状态评分2 3 3 5 电力变压器故障诊断技术2 3 3 6 电力变压器状态检修信息管理系统2 8 第四章新型电力变压器在线监测与诊断装置g d - 3 0 e 系统3 4 4 1g d 3 0 e 系统的主要特点3 4 4 2g d 3 0 e 系统的结构3 5 4 3g d 3 0 e 系统的组成3 5 4 4g d 3 0 e 系统的功能3 6 第五章状态检修在某供电公司的应用3 8 5 1 某电力公司变压器设备运行基本状况3 8 5 2g d 3 0 e 系统故障捕捉实例3 8 5 3 某供电公司变压器状态检修导则制定。4 1 i 华北电力大学工程硕士学位论文目录 5 4 某供电公司实施状态检修的效果4 2 第六章结论与展望4 4 6 1 结论”一：”? ”“。4 4 6 2 展望。4 5 参考文献“4 6 致谢m 4 8 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 9 ， 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景及研究意义 电力变压器是电力系统中的关键设备之一，它承担着电压变换、电能分配和传 输等功能，是输变电系统中最为关键的环节。变压器的正常运行是电力系统安全、 可靠、优质、经济运行的重要保证，其健康水平和运行状况的好坏直接影响着整个 电力系统的安全运行，变压器的故障不仅影响电力系统的输电能力，甚至可能造成 电力系统的大规模停电，给电力系统和国民经济带来重大损失。因此努力提高变压 器运行维护和技术管理水平，降低变压器故障的发生几率，是电力系统迫切需要解 决的课题。 当今电力设备在向大机组、大容量、高电压和高自动化方向不断发展，电网管 理的最基本的任务是维护好这些设备，确保电网安全可靠运行，由于电网装置的急 剧增加，其维修工作量在不断加重，而且费用也在不断攀升，已构成了电力企业最 基本和最主要的成本之一，因此如何提高设备的维修效率，减少维修成本，提高设 备的安全可靠性水平，是电力企业设备管理不断追求的目标。 变压器的现代化对变压器的维修体制提出了变革的要求，变压器运行的高可靠 性和维修方式的经济性已成为电力系统降低运行成本的关键。因此，建立一种预知 性的维修方式，“当修必修”，而非“到期必修”，已经成为电力变压器维修方式的必 然发展趋势。 状态检修c b m ( c o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ) 又称预知性维修p d m ( p r e d i c t i v ed i a g n o s t i cm a i n t e n a n c e ) ，是根据具体设备的实际情况来确定检修周期 和检修内容的一种维修体制【1 1 。通过对设备运行情况的实时监测，随时查明设备可 能“存在着什么样的隐患，什么时候会发生故障”，预先得知将要发生事故的部位和 时间，设备管理人员因此可以从容地安排停电计划和组织维修人力，采购必须的备 件，以便在短时间内完成高质量的维修工作。实现“无病不修、有病才修、修必修好” 的目的。虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强随机性，但大多都具有一个的较 为缓慢的发展过程，在这期间，会产生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学 等特性发生渐进的量变。根据这些特征量值的大小及变化趋势，即可对设备的可靠 性随时做出判断，从而发现早期潜伏性故障。状态检修正是以先进的状态监视和诊 断技术提供的变压器状态信息为依据，通过对设备进行纵向( 历史和现状) 、横向 ( 同类设备的运行状况) 的比较分析，来判断变压器的异常，预知变压器的故障， 并对故障部位、故障严重程度及发展趋势做出判断，以确定其最佳维修时机。 实行状态检修可以有效地克服定期维修造成的过修或失修等问题，提高变压器 的安全性和可用性，本文选择电力变压器状态检修管理的研究作为研究课题，可以 华北电力大学工程硕士学位论文 提高变压器的安全性和可用性，对保证电力系统的安全和经济运行有重要作用，具 有重大的经济效益和社会效益。 1 2 实施电力变压器状态检修的必要性 长期以来电力变压器检修体制主要实行的是以事后维修，预防性维修为主的计 划检修体制。这种检修体制一般采取定期维护形式，检修项目、工期安排和检修周 期均由管理部门根据相应的规程或经验确定，电力变压器运行到了规定的检修周 期，不论设备处于什么样的运行工况，也不论设备供应商的差异、设计材料的优劣、 工艺质量的好坏、运行方式的区别、有无影响安全运行的缺陷等，都必须“到期必修”。 “到期必修”的依据是设备检修周期，从保证设备安全运行的角度来看，计划检修似 乎不会出现大的问题，但从综合管理的角度看却不合理，主要表现在设备到期必修 按固定模式检修，并非根据设备的实际情况确定，因此i 从维护设备正常运行的角 度看，定期维修有利于消除电力变压器的隐含故障或缺陷，但对于运行状况良好的 电力变压器并不能有效地提高设备运行率；同时会造成检修单位人力、物力的浪费， 有时还会把好的设备修坏，变成“劳而无功，劳而有过”。这种检修模式使设备运行 维护单位对于设备检修没有自主权，不能根据设备实际状况决定检修项目。 1 2 1 事后检修存在的主要问题 ( 1 ) 事后检修是一种被动工作模式，有很大的不可预见性，任何一起事故的发 生都会给日常生产、生活带来不便，造成较大经济损失和不利的社会影响。 ( 2 ) 事后检修具有“抢险”性质，时间紧、任务重，抢修人员为了赶时间，经常 会简化操作程序，难免会忙中出错，多年来事后检修中发生的人身伤亡事故和其他 各类事故是屡见不鲜的。 ( 3 ) 事后检修属于“亡羊补牢”，为了使事故在尽量短的时间内处理完，就必须 预先准备较多的原材料和备品备件，造成库存增加和资金利用率下降，从而增加检 修费用。 ( 4 ) 事后检修往往是就事论事，就发生的事故进行紧急处理，常常没有太充分 的时间分析原因、查找根源，“按下葫芦又起瓢”的事在所难免，难以杜绝同类事故 的发生。 1 2 2 定期检修的主要问题 ( 1 ) 随着电网的发展，设备在剧增，使定期检修必须有大量的人力和物力投入， 定期检修实际上具有一定程度的“盲目性”，使定期检修性价比不可能太高，从而相 对降低了劳动生产率。 ( 2 ) 定期检修必然导致部分运行状态较好的设备周期性停运，使电网承受更大 的运行压力。因检修所引起的停送电操作，客观上增加了误操作的几率。 2 ， 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 3 ) 定期检修导致一定时间内检修工作量骤增，安装设备检修规程要求去落实 每项要求，将使设备所需停电时间远大于电网调度所能安排的停电时间，此矛盾造 成很多检修内容难以落实，影响检修质量。 ( 4 ) 不良现场检修条件和落后的检修工艺导致设备损坏的概率增大，增加了检 修过程中产生新的设备隐患的可能。 ( 5 ) 设备的技术越来越先进，检修人员的素质参差不齐，在检修过程中导致设 备损坏的概率增大，增加了检修过程中产生新的设备隐患的可能。 1 2 3 状态检修的优越性 ( 1 ) 合理安排生产和检修，做到该修必修，可以使检修人员现场定期试验和 测量工作减轻到最小，从而节约大量的人力物力，减少停电检修时间，使现有的运 行变压器创造更大的安全和经济效益； ( 2 ) 减少变压器停电试验和维修的盲目性，减少变压器因检修而引发故障的 可能性，延长变压器运行寿命，使变压器维护更加科学 ( 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 ) 通过电力变压器的状态分析，可以及时发现变压器运行中的发展性绝缘 缺陷，防止突发性绝缘事故发生，降低变压器事故率，对于预防类似事故、改进产 。 品质量、提高设备监督管理水平具有重要的指导意义。 ( 5 ) 实现电力变压器的状态检修后，把计划性停电降低到最少，可增加售电 收入，提高供电可靠性和用户满意度。 美国电力研究院( e p r i ) 和工业电力设备维护公司( c s i ) 的统计数据表明：在电力 系统实施适当的状态检修可以提高变压器可用率2 一1 0 ，节约检修费用2 5 一 3 0 ，延长变压器寿命1 0 一1 5 。综上所述，状态检修将为电力企业带来巨大的 经济效益和社会效益。 1 3 电力变压器状态检修的国内外发展现状 1 3 1 电力变压器状态检修国外发展现状 国外的变压器状态检修发展较早，七十年代末美国电力科学院( e p r i ) 就对电力 变压器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，1 1 0 ( r e l i a b i l i t y c e n t e r e d m a i n t e n a n c e ) 发展。从八十年代开始 日本状态检修评估依赖于对电力变压器实施的状态分析和在线监测。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 3 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 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变压器的真 实情况，而且要衡量该变压器在系统中的重要性、该变压器的故障对电网可靠性的 影响程度。到目前为止，基于计算机网络技术的变压器管理、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。这些软件系统应用于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，大大改善了其变压器监督管理环 境，提高监督管理水平。 随着变压器状态检修的发展，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 3 2 电力变压器状态检修国内发展现状 在我国变压器态检修方面的工作开展还处于初步阶段开展较早的有大连电业 局、山东电力公司，大连电业局在6 6 k v 及以下主变、山东电力公司在2 2 0 k v 变压 器上都开展了不少试点工作，通过立足加强变压器基础资料分析及对变压器失效性 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。 近三年多来的实践表明、国内电力变压器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变压器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 4 本文主要研究内容 目前，国内变压器状态检修虽在积极推进，但对变压器状态检修问题上，仍存 在不同的理解和不足。一是缺乏科学把握变压器当前健康状况和未来发展趋势的评 估方法，对变压器的健康评估仍局限在原有预防性试验标准的简单合格的判别上， 二是缺乏对状态检修各类数据的统计分析软件，三是没有建立切实可行的变压器状 态检修实施导则。针对上述不足，本文将结合企业开展变压器状态检修的实际情况 进行研究，具体的研究内容和章节安排如下： 第一章：分析了传统电力变压器检修体制存在的问题，阐述了实施电力变压器 状态检修的必要性，概述了电力变压器状态检修的国内外发展现状，并就现有的问 题进行了分析，最后介绍了本文的研究内容。 第二章：阐述了状态检修的原理、基本模型，研究电力变压器状态检修的主要 技术内容，根据国内以及某电力公司的实际情况，指出了实施状态检修所需要注意 的问题。 4 j l 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章：分析了电力变压器离线和在线的监测方法，对电力变压器的状态评估 方法进行研究，对电力变压器的故障类型和原因进行了深入分析，研究了电力变压 器的故障诊断方法，建立了变压器管理信息的数值化体系，将目前实行的各项变压 器管理和维护体制进行系统的分析和规划，形成了一套适宜计算机网络化管理的电 力变压器状态检修信息管理系统。 第四章：与厂家合作开发了一种新型变压器在线监测与诊断装置g d 3 0 e ，对该 系统的主要特点、系统组成和系统功能进行了分析。 第五章：通过g d 3 0 e 系统在某供电公司的成功应用案例，结合变压器状态评 估，制定变压器状态检修导则，并对电力变压器状态检修在某供电公司的实施效果 进行了总结。 第六章：最后对本文进行了总结，对电力变压器实施状态检修进行了展望。 5 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章状态检修的原理 2 1 状态检修的概述 状态检修c b m ( c o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ) ，也有称为预知维修、视情维 修、适应性维修等 2 1 。在电力系统中普遍使用状态检修_ 词。各方对状态检修 的含义也是不尽相同的。 所谓状态检修，是以设备当前的实际状况为依据，通过高科技监测手段及其它 方法，获取状态信息，对设备进行纵向( 历史和现状) 、横向( 同类设备的运行状 况) 的比较分析，具体来说是指通过设备的历史运行、维修及试验状态和连续监测 数据，分析其趋势，加以预测、诊断，估计设备的寿命，以确定其最佳维修时机， 然后确定维修项目、频度与维修内容【3 k 其决策流程图见图2 - 1 。 图2 - 1 检修决策流程 状态检修是当今世界上一种先进的维修制度，它将设备的维修与否定位在设备 的实际运行状态。据此来安排维修的周期和维修的项目，坚持“该修必修，修必修 好一的原则。它可克服定期维修的诸多弊端，减少浪费，提高效益1 4 j 。 另外，设备的状态检修可以从狭义与广义两个方面来理解： 1 狭义的状态检修可以称为“状态检修方式 ，它是一种非常具体的维修方式， 与定期维修、事故维修处于平等的地位，它根据设备工作过程中的劣化程度对其进 行适当的维修1 5 l 。在进行维修前要利用状态监视和诊断技术提供的设备状态信息， 6 华北电力大学工程硕士学位论文 判断设备的异常，预知设备的故障，在故障发生前进行检修，即根据设备的健康状 态来安排维修计划，实施设备维修，在这种情况下，对设备进行状态监测是状态检 修的基础。 2 广义的状态检修：即对适合状态检修的设备进行状态监测，并加强监测数据 的管理与分析工作，及时准确地发现故障出现的规律及兆头并适时对其维修；对适 合定期维修的设备，要根据运行的经验或试验确定合适的设备的寿命，以提高定期 维修周期的准确性等等，最终达到提高设备可靠性、降低发电成本的目的【6 l 。为了 及时地知道设备的健康状态，需要对其进行适时的故障监测，更需要对监测得来的 数据进行分析，包括实时的各种参数与其历史数据的比较，甚至与其的维修历史还 有关联，由此可见，如何管理这些数据，如何分析这些数据同样是实施状态检修的 重要部分。 状态检修就是在电气设备状态监测的基础上，根据监测和分析诊断的结果科学 安排检修时间和检修项目，包括三层含义：设备状态监测；设备诊断；设 备检修决策。状态监控是状态检修的基础；设备诊断是以状态监控为依据，综合设 备历史信息，利用专家系统等技术来判断设备健康状况。 进行状态检修必须研究电气设备的故障模式，设备状态应包括：设备在线监测 的特征量、预防性试验的结果数据、设备的历史运行状况和检修情况，以及设备现 在的运行参数状况等。建立在在线监测基础上的故障诊断必须依靠上述设备状态， 全面而客观地进行评价。 提高设备的检测技术水平，获取设备充分而必要的状态信息是进行状态诊断的 前提，是开展状态检修是否达到目的的关键，选用检测手段应全面考虑有效性、实 用性、先进性。 电力事故是在必然性因素和偶然性因素共同作用下按一定概率发生的，设备设 计、制造质量、安装调试、现场试验、运行维护、运行环境等是决定设备事故必然 性因素，是事故的主要因素；未能掌握的设备异常状态，何时、何种条件发展成为 事故则属于偶然性，是设备的次要因素；必然性因素的外在表征是设备的状态，必 然性因素越少，则设备的状态越好，状态是可以通过检测和评估来掌握的。偶然性 因素产生的事故一般是无能为力的，只能采取其他措施来限制事故的发展，减少对 于电网安全运行的影响，如双重化保护配置、电源互相独立等。 2 2 状态检修的基本模型 状态检修技术实现的目标就是根据设备的运行状况、具体特性，确定最佳检修 时机。因此需要根据设备在线监测系统所获得的电力设备状态数据，建立状态检修 的分析模型，进行分析、诊断和预测，确定设备目前的可靠度、可能的故障点、故 障严重程度、故障数量、设备的可用度，以及可能的故障点的检修费用指标。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 非齐次柏松随机模型( n o n h o m o g e n e o u sp o i s s o np r o c e s s ) 能够综合费用和可靠 性约束，计算设备的最佳检修时间，如果设备最佳检修时间为零，说明这种情况下 对设备进行检修不经济，应该继续使用该设备。如果计算得到的最佳检修时间大于 零，说明这种情况下对设备进行检修是经济的，并按照模型提供的参考检修时间， 制定相应的检修计划，使设备整个检修周期费用达到最小。 假设一台正在使用的电力设备，根据前期的诊断、预测以及设备目前的运行状 态，发现设备可能有个故障需要修复，是服从强度参数为a ( 1 ) 的非齐次柏 松随机过程，其均值为： m ( o e 【o ) 】 o ) ；c 3 为由于检修而使设 备停用单位时间内所造成的损失( c 3 o ) 。 k 为设备一个检修周期的平均寿命，凡为设备检修后必须达到的最低可靠度， 则设备在i o ，t i 这段时间内所花费的总费用是关于时间长度t 的一个函数，该函数为： c ( o c , m ( o + c 2 【，”( j ) 一朋o ) + c 3 t 】( 2 - 1 0 ) 如果同时考虑可靠度要求与费用最低，设备最优检修时间，就是这里要求的设 备检修停止时间，必须满足下列方程组： c 嗡最小 ( 2 - 1 1 ) 。尺o k ) r o 对于可靠度约束而言，要满足的r ( xlt ) 粕，将式( 2 7 ) 代入可靠性要求， 并且两边取对数，得满足最低可靠度要求的最短检修时间t l 为：。 r 尸 昙【h m o ，一h m 去，】r o k ， 民 ( 2 1 2 ) 1 0r 民 2 ) 、”7” r 一乏 9 ( 2 - 1 6 ) 华北电力大学工程硕士学位论文 3 ) a b c 3 ( c 2 一c 1 ) , r o | 0 ) c ( c 2 一c 1 ) ，酬0 ) t h e t a ( m a t h ) 的估计。最大似然估计会寻找关于( m a t h ) t h e t a ( m a t h ) 最可能的 值，即在所有可能的( m a t h ) t h e t a ( m a t h ) 取值中，寻找一个值使这个采样的“可 能性一最大化。这种方法正好同一些其他的估计方法不同，如( m a t h ) t h e t a ( m a t h ) 的非偏估计，非偏估计未必会输出一个最可能的值，而是会输出一个既不高估也不 低估的( m a t h ) t h e t a ( m a t h ) 值。 要在数学上实现最大似然估计法，首先要定义可能性：( m a t h ) 、i l a b o x 0 ，则转步骤。 步骤：实施设备检修，根据t 宰的大小，决定最优检修时间。 上述模型对电力设备检修中最优检修停止策略问题在理论上给予了阐述，模型同时 考虑了可靠性和经济性两个方面的因素，并给出了实际应用中的操作步骤，具有一 定的可操作性和实用价值，计算结果可以用来指导电力设备检修计划的最优策略和 电力设备检修计划的制定。 2 3 状态检修的主要技术内容和需注意的问题 2 3 1 状态检修主要技术内容 状态检修技术的内容涉及较多，主要包括复杂大系统可靠性评价、先进的传感 技术、信息采集处理技术、干扰抑制技术、模式识别技术、故障严重性分析、寿命 估计等领域。其中以先进的传感技术以及故障诊断的信息处理技术为研究热点。 先进的传感器是实现预测性维修的重要手段，是一个长盛不衰的研究热点。这 1 1 华北电力大学工程硕士学位论文 是因为，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。为了提高故障诊断水平，研究各种新型传感器便成为电力 界的研究热点。原来用于军事的传感技术，也有一部分移植到电力设备的状态监测 上来。美国电力研究院已开发出一种直接测量分析油中气体的半导体传感器，它可 在线直接测量和分析油中的4 种气体并监视其变化趋势，现已用于一些电力部门的 变压器。下一步工作是把测量微水的传感器和它集成起来，并配合负荷电流测量， 进一步研究油中气体、水分随负荷的变化关系。 对采集到的信号加工处理，要比采集信号本身更为困难，信号加工和处理的目 标有：从现场中大量的背景干扰信号中提取有用的信号；根据测得的信号进行故障 分类；判断故障的严重程度，以便决定设备是否需要退出运行。 为抑制现场测量中不可避免的干扰，除了应用硬件滤波器和数字滤波技术以外， 近年的研究发现小波变换技术可有效地滤除稳态信号( 如现场测试中经常遇到的载 波信号干扰和噪杂声干扰) ，可以把有用信号从比信号强几个数量级的干扰中提取 出来。故障信号的分类则是更为困难的研究课题。过去用频谱来区分故障类型的方 法有很大的局限性。因为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。研究故障的指纹特征n 以及提取和识别指纹特征 的方法便成为故障诊断研究的一个重要的分支。在研究的故障分类方法有：神经网 络、专家系统、小波分析、分形维分析等。 2 3 2 状态检修需注意的问题 ( 1 ) 开展状态检修需要观念更新 对状态检修中的问题，最好分两个阶段去解决。既要改变人们传统的思维方式， 又要用变化的观念去解决技术及管理问题。根据设备的实际情况，经济有效地采用 合适的维修策略，充分利用不断发展的先进科技特别是应遵循实事求是的原则， 从地区、设备的具体情况出发，认真分析研究采用哪些方法、那些检测设备即能确 保运行的可靠性，又能实现综合效益提高。任何策略上的改变、经济上的投入，都 必须考虑效益能增加多少，或可靠性能提高多少。如2 0 0 1 年1 0 月i e e e 在都柏林 开会讨论的电力变压器在线检测的导则( 第1 0 稿) ，争论的中心与论文的主题不仅 是如何采用新技术，而且更多的是经济问题。不少国家详细分析了在不同情况下的 投入产出比，对比了在不同策略、不同方法下的可靠性与经济性。 国内由于多数供电企业中长官意志、总工的水平往往左右着技术的开发和投入， 对于新技术的探索和应用发展极不平衡，左的路线下大上特上在线检测设备，研究 探求实施对电器设备的状态检修，右的思想影响下不认可在线技术和设备，仍抱着 运行规程实行周期维修。而同时由于进行在线检测设备研究制造的公司、研究所或 大专院校，仍然停留在研究的水平上，成型的技术还不能确证，可靠的、大批量、 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 廉价的设备还不能推出，供电公司电气设备实行完全意义上的状态检修确实不具备 条件。因此状态检修首先要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、客观的指导性文件。既保证专业规程规定的技术条件、标准、工 艺等的执行，又要对设备检修的“周期规定”逐步改革。 ( 2 ) 开展状态检修需要加强管理，综合考虑经济性 开展状态检修工作首先要领导重视。在科学管理的基础上，领导要敢于承担技 术责任，要建立起负责、策划、组织、协调并指导状态检修工作的领导小组；以协 调变电、配电、检修、继保、试验及其他相关专业部门的分工、配合、衔接、实施 等各项具体工作。 安装在线检测设备，对于一个2 2 0 k v 变电站动辄四、五十万元，而像某供电公 司拥有的变电站和设备数量，全部落实在线检测就需要两、三千万元，且检测设备 本身的运行可靠性受元器件、通讯技术等的影响，也存在相当大的不稳定性，其自 身的维护成本亦不低，还不能达到减人增效的目的。 许多国家在统计中提出：要十分重视各种资料、数据等的收集和整理工作，认 为这是决定维修方案的重要依据。为切实了解设备的状况，不仅要有周期性的检查， 而且要重视和完善对设备进行检测的方法，比如对有些重要指标进行连续监测，由 此有的认为已有可能将原来准备更换的变压器在继续安全运行一段时间，这将取得 很大的效益。 在是否值得采取某项在线检测技术时，不但要考虑有效、实用，而且必须认真 分析其投入产出比。i e e e 的电力变压器在线检测的导则( 第1 0 稿) 明确提出：对 于已老化的变压器，特别是他在系统中的地位又很重要时，对其关键参数进行在线 连续监测是很合适且有价值的。而且需要对危险性程度进行分析，认为必须从出现 故障的后果及出现的几率这两方面来评估。 要做到实事求是、按客观规律办事，全面考虑可靠性、经济性实非易事，我们 往往重规章制度、重不安全可能性，以及深入管理者思维的“0 ”故障要求，从而将对 规章制度负责与实事求是、按客观规律办事对立了起来，也从而出现了要么按部就 班、不求探索创新，要么不计代价、不考虑设备现状统统更换了事。 ( 3 ) 开展状态检修需要考虑技术先进性和成熟性 电力设备的状态监测技术、状态诊断技术、状态检修技术等，目前都处在不断 完善和发展的过程中，凡是有利于及时、准确地了解设备状况的各种手段，无论是 在线的、离线的，电气的、非电气的方法都值得考虑。 利用各种新老手段所监测到的参数与人们最关心的设备强度、残余寿命之间并 没有一一对应的关系。而充分运用专家经验及人工智能建立的专家系统将十分有利 于作出较为正确的综合诊断分析，从而该试的试、该修的修，而在实验和维修工程 中所暴露出的新情况又丰富了经验、完善了专家系统。 1 3 华北电力大学工程硕士学位论文 由于缺陷的多样性，即使是有效的检测方法也只能反映某些缺陷，而且不能仅 以几个当前测得数据做出判断。只有基于各种信息进行全面、科学的综合诊断，才 有可能得出较准确的结论。因此应此充分应用计算机及网络技术的功能。目前对设 各状态的诊断主要是建立在大量数据的统计分析上。历年来的试验、运行、检修等 数据，设备异常，事故记录的反复调用、比较分析等，随着计算机技术和人工智能 技术的发展，形成了设备诊断的专家系统。使设备管理工作的标准化、程序化及数 据资料的完整化应用于指导检修实践j 。用专家系统进行综合判断，不但减少人力、 减少出错，而且由于已总结了大量的专家知识和相应的有关规程、标准，同时将模 糊数学、人工神经网络、小波分析、遗传算法诊断等技术应用到电力设备的绝缘诊 断中，使诊断的准确度高、速度快，诊断过程更接近人类的科学思维程序。 ( 4 ) 开展状态检修需要提高人员素质 状态检修涉及的专业面广，需要各类专业人员协同工作。特别是大型变电站的 设备检修、预防性试验，均需大量专业人员的参与。从变电检修工作的特点看，变 电检修人员必须是专职人员，才能确保变电检修的工作质量，这就需要高素质的检 修人才队伍。同时，随着高电压等级变电站的增多：带电作业的增多、状态检修的 推行等，对人员素质提出了更高的要求。因此，迫切需要提高专职人员的综合素质。 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章电力变压器状态监测和故障诊断与状态检修 3 1 电力变压器状态监测和故障诊断与状态检修的关系 。一 社会生产的需要推动了电力变压器状态监测与故障诊断技术的发展，同时对检 修体制提出了更高的要求，而状态监测与故障诊断技术的日益深入和发展又为这种 要求实现提供了可能性。状态检修体制是建立在对设备比较完善的状态监测与故障 诊断的基础上，只有对电力变压器的运行状态有一个比较全面的了解，才有可能对 设备实施状态检修。 3 2 电力变压器故障类型及原因 3 2 1 变压器故障类型 由于变压器故障涉及面较广，具体类型的划分方式较多，如从回路划分主要有 电路故障、磁路故障和油路故障。若从变压器的主体结构划分，可分为绕组故障、 铁芯故障、油质故障和附件故障。习惯上对变压器故障的类型一般是根据常见的故 障易发区位划分，如绝缘故障、铁芯故障、分接开关故障等。同时还存在变压器渗 漏故障、油流带电故障、保护误动作故障等等。所有这些不同类型的故障，有的可 能反映的是热故障，有的可能反映的是电故障，有的可能既反映过热故障同时又存 在放电故障，而变压器渗漏故障在一般情况下可能不存在热或电故障的特征。因此， 很难以某一范畴规范划分变压器故障的类型。 油浸电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障两种【7 1 。内部故障为变压 器油箱内发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路、绕组的 线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等。外部故障为 变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管 闪络或破碎而发生的接地短路，引出线之间发生相间故障等而引起变压器内部故障 或绕组变形等。变压器的内部故障从性质上一般又分为热故障和电故障两大类。热 故障通常为变压器内部过热、温度升高。电故障通常指变压器内部在高电场强度的 作用下，造成绝缘性能下降或劣化的故障。 3 2 2 变压器故障原因 变压器故障主要是因为绝缘材料( 绝缘油、绝缘纸及压制板等) 的劣化，其原 因是由于正常及过负荷下的热劣化，另外是水分和氧气对热劣化的促进作用。i s j 由 于冲击等过电压产生电场劣化造成绝缘材料的损坏，其征兆为局部放电和特征气体 产生，由外部短路的电磁机械力及振动引起的机械劣化，使线圈及夹持件造成物理 损伤和几何位移等。 变压器的故障原因一般是非常复杂而多数是不明显的，但是，弄清发生故障的 华北电力大学工程硕士学位论文 原因对制定防止故障的对策是非常重要的。现将故障原因分类如下： ( 1 ) 选用规格不当。 变压器绝缘等级选择错误。 所选的电压等级、电压分接头不当。 容量太小。 所选规格不能满足环境条件要求( 盐雾、有害气体、温度、湿度) 。 存在有未预计到的特殊使用条件( 例如有脉冲状异常电压或短路频率高等) 。 ( 2 ) 安装不良和保护设备选用不当。 安装不良。 避雷器选用不当。 保护继电器、断路器不完善。 ( 3 ) 异常电压。 长期自然老化。 自然灾害或外界物件的影响。 。 3 3 电力变压器状态监测技术 变压器故障检测技术是准确诊断故障的主要手段，根据d 5 9 6 1 9 9 6 电力设 备预防性试验规程的试验项目及试验顺序，主要包括油中气体的色谱分析、直流电阻 检测、绝缘电阻及吸收比、极化指数检测、绝缘介质损耗角、油质检测、局部放电 检测及绝缘耐压试验。目前对变压器的检测是以离线检测为主，在线监测为辅的方 式。本文重点介绍油中溶解气体分析、电力变压器的预防性试验和电力变压器在线 监测技术。 3 3 1 油中溶解气体分析( d g a ) 油中溶解气体分析是指检测溶解在油中各种气体的含量及其增减变化规律。它 的基本原理是基于任何一种特定的烃类气体的产生速率随温度而变化，即在某一较 高温度下，通常有某一种气体的产气率最大。随着温度的升高，产气率最大的气体 依次是甲烷c h 4 、乙烷c 2 h 6 、乙烯c 2 、和乙炔c 2 h 2 。因此，故障温度和油中气 体含量之间存在着对应关系。 由于油浸纸( 含纸板、纸筒) 绝缘的性能好、来源广泛，至今仍是大容量高压 电力变压器的主要绝缘材料。而当出现局部过热、电弧放电灯故障时，都会引起矿 物油、纸纤维的裂解，因而监测油中所含气体的种类、含量及增长情况等，将很有 利于发现潜伏性的故障。气体分布与故障的关系具体如表3 - 1 所示。 1