在线监测和可靠性为中心的状态检修

1、在线监测和可靠性为中心的状态检修绪论随着国民经济的发展，要求电力工业不仅能够提供充足的电能，也要提高供电质量和可靠性，同时要求减人增效。在电能生产出来后，输变电设备承担着改变电压，远方传输电能的重要工作，因此输变电设备对电力系统的安全运行有着举足轻重的作用。为保证安全运行，以往对输变电设备采用规定检修周期、定期停电检修的方法。由于要求高电压设备停电检修，需要耗费大量的人力物力，在电力工业高速发展的今天，采用这样的定期停电检修方法越来越不能满足新时期的要求。于是对高电压设备采用以设备状态为检修依据的检修方法，即状态检修方法应运而生。可靠性是指元件或系统在规定的条件下和规定的时间区间内，能完成规定

2、功能的能力。用概率量度表示完成规定功能的能力时通常称为“可靠度”。可用性是元件可靠性、可维修性和维修保障性的综合反映。可用性是在要求的外部资源得到保证的前提下，元件或系统在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力。外部资源不同于维修资源，它对元件或系统的可用性没有影响。可维修性是在规定的条件下并按规定的程序和手段实施维修时，元件或系统在规定的使用条件下，保持或恢复能执行规定功能状态的能力。用概率量度表示保持或恢复能执行规定功能状态的能力时通常称为“可维修度”。维修是为保持或恢复元件处于能执行规定功能的状态所进行的包括监督活动在内的一切技术和管理活动。其中包括维修理念、预

3、防性维修、矫正性维修、逾期维修、计划性维修和非计划性维修等。维修理念是一种组织与实施维修的原则体系。预防性维修是为降低元件失效的概率或防止功能退化，按预定时间间隔或按规定准则实施的维修。矫正性维修是当故障确认后，使元件或系统恢复到能执行规定功能状态所实施的维修。逾期维修是当故障确认后，未按维修规程立即着手而推迟的矫正性维修。计划性维修是按预定的进度计划实施的预防性维修。非计划性维修不是按预定的进度计划，而是在发现元件或系统状态的异常迹象后实施的维修。系统可靠性评估算法工程上大电力系统可靠性评估算法的基本步骤如下：建立计入安全度影响的充裕度评估系统模型，进行状态分类。充裕度评估系统模型 （1）

4、读入系统数据；（2） 计算正常状态的交流潮流；（3） 枚举故障事件；（4） 判断系统是否解列，若解列，则运用深度优先搜索算法形成子系统；（5） 判断各子系统电力供给是否充足，如果电力不足，则按就近负载削减策略削减负载；（6） 计算故障状态的交流潮流；（7） 电压和元件容量越限检查，如果越限，则按就近负载削减策略削减负载；（8） 形成充裕性指标；（9） 判断故障状态是否枚举完毕，如果未完，转步骤（3）； （10） 形成系统总指标。状态检修，也称预知性检修，是根据输变电设备的实际状态决定检修时间和检修内容的方法。实行状态检修需要首先掌握设备的状态，再由设备的实际状态决定检修策略。状态检修的优点：

5、1）可更有效地使用设备，提高设备的利用率； 2）降低备件的库存量以及更换部件与检修所需费用； 3）有目标地进行检修，可提高检修水平，是设备运行更安全、可靠； 4）可系统地对设备制造部门反馈设备的质量信息，用以提高产品的可靠性。状态检修的组成及相互关系运行中的设备设备的设计和制造在线监测系统诊断检修计划显示和运行人员的操作从上面的框图可知，在线监测系统是状态检修的基础和根据。在线监测是在带电状态下对被测量设备实施连续监测的方法。其优越性表现为： (1)由于在线监测是带电进行的。可减少停电，可随时对带缺陷的设备加强监测频度或实行连续监测。 (2)在不同电压下测出电力设备绝缘的水平不一样。某些停电监

6、测仪表所用电压远低于运行电压，特别是测量绝缘泄漏电流或测量介质损失角正切值，在运行电压下在线监测的结果更切合实际。 (3)监测工作是在正常运行环境干扰条件下进行，测得数据前后一致性强，可对比的价值高。 (4)在线监测能够节省人力，能够实时或准实时地提供设备状态的监测数据避免了带电测试过程中大量停电，减少了停送电操作手续，减轻了拆接引线的繁重劳动。另外，在线监测和状态检修带来的经济效益也十分显著。维修费用减少（2550）%，停机时间可减少75%（日本数据），一般而言监测系统投资约占设备费的5%，在较短时间(如13年)内取得的效益即可收回投资。在线监测技术的发展状况1951年，美国西屋公司的约翰逊

7、针对运行中发电机因槽发电的加剧导致电机失效，提出并研究了在运行条件下监测槽发电的装置。这可能是最早提出的在线监测思想。20世纪60年代，美国最先开发监测和诊断技术，使用可燃性气体总量检测装置来测定变压器储油柜油面上的自有气体，以判断变压器的绝缘状态。20世纪70年代中期，能使油中气体分离的高分子塑料渗透膜的发明和应用，解决了在线连续监测的问题。加拿大于1975年研制成功了油中气体分析的在线监测装置，应用于变压器的早期故障监测。20世纪80年代，由于压电元件灵敏度的提高和低噪声集成放大器的应用，提高了超声传感器的信噪比和监测灵敏度，使其得以广泛用于局部发电的在线监测，使得局部发电的监测技术有了较

8、大发展。自20世纪80年代以来，我国的监测技术也得到了迅速发展，各单位相继研制了不同类型的监测装置。电力科学研究院、武汉高压研究所和东北电力试验研究院等单位除研究电容性设备的监测外，还研制各种类型的局部发电监测系统。输变电设备故障原因和测量原理输变电设备在运行过程中会发生故障，同时设备的绝缘也会逐步老化。设备老化的基本原因有：热老化电老化电化学老化机械老化复合老化物理环境老化 设备故障及老化原因和运行条件密切相关，特别是有些设备在特殊工况下的短时间损耗，会使这些设备在短时间内产生较大的损耗或明显减少预期寿命，如断路器开断短路电流避雷器通过雷电流变压器流过短路电流电缆超负荷运行对设备故障或老化原

9、因目前采用的诊断方法主要是监测设备的特征量。特征量是设备运行中出现的各种正常和异常特征信号量的总称。发现破坏性的故障，这种信号一般称之为故障信号；预防功能性故障的发展，这时采集的是异常信号，它是设备部分缺陷的外在反应（现状）。故障信号和异常信号都是有用的特征量。另外还可以通过记录开关遮断电流幅值、燃弧时间和遮断次数，避雷器在动作时间的电流大小和动作次数等作为推断设备受损程度的依据。 设备特征量可以分为运行特征量和生产过程特征量。基于特征方法量的故障诊断方法：电流分析法监测负载电流幅值、波形并进行频谱分析，可诊断出电机的转子绕组断条、气隙偏心、定子绕组故障、转子不平衡等缺陷；振动诊断对振动信号进

10、行信号处理和分析；绝缘诊断利用各种电气试验和特殊诊断方法，对设备的绝缘结构、工作性能和是否存在缺陷做出判断，并对绝缘剩余寿命作出预测；温度诊断对设备各部分温度进行检测或红外测试振声诊断对诊断的对象同时采集振动信号和噪声信号在线监测系统在监测数量很多的同一类设备时，采用“以点代面”的方式。如在线监测绝缘子污秽时，只监测部分绝缘子。在线监测系统在采集与绝缘相关的被测量时，由于被测信号的变化十分缓慢，需要以月或年的时间量级观察变化量，因此要求监测设备的老化和温度变化等引起的漂移要小。否则被测量的变化就会淹没在检测仪器本身的不稳定漂移中。在线监测的数据处理和设备状态的判断在线监测要从大量的测量数据中判

11、断出设备的真实状态，因此对数据的分析和处理方法提出了新的要求。在线监测数据处理系统根据提供的数据应自动分析，提供初步判断结果。因此，在线监测数据的处理系统应能完成下述功能：1）监测数据的去伪存真 在线监测数据处理系统应具有发现不合理数据，找出不合理数据 的产生规律，去除不合理数据的能力。2）监测数据的校正处理 在线监测数据处理系统应具有对环境温度、湿度和降雨等环境引起的测量误差，运行设备负荷大小引起的误差，测量设备的漂移等测量环节引起误差的校正能力。3）监测数据的趋势和变化速率计算 在线监测数据处理系统应计算出被测量的变化趋势和变化速率，并提供正常变化趋势和变化速率的参考曲线，以便比较。 4）

12、纵向的数据比较 从数据库中检索出被测设备的出厂数据和历年测量数据，提供被测量随时间的变化情况5）同组横向数据类比 该类比是指在监测三相独立的设备时（A,B和C相分开的设备）三相监测数据的比较。6）变电站和供电局内同类设备监测数据比较 比较同一变电站或同一供电局内类似设备的监测数据。7）国内或国外同类设备的监测数据比较 当本地区该类设备较少时，有必要比较国内其他同类型设备。特别是进口设备的制造工艺和材料于国内设备不同，而国内可比的该类设备较少时，有必要比较国外同类设备的监测数据。在线监测系统的一般结构监测系统的逻辑构成信号的变送。由传感器完成监测的状态量至电信号的变换。信号预处理。将信号调至合适

13、的电平、抑制干扰等数据采集。对处理后信号进行采集、AD变换和记录信号传输。将采集的信号传输至后续单元数据处理。滤波、时域频域分析、特征值计算诊断。和历史数据或其它信息进行比较，对设备状态和故障部位做出诊断，提出维修建议或计划监测系统的物理构成被监测设备和传感器。在设备现场信号预处理和数据采集器。一般在被测设备附件，也在现场信号处理和诊断系统。实则一台微型计算机和监测系统的专用软件，在距现场较远的控制室内输变电设备在线监测的实际测量技术变压器的在线监测变压器是变电站中最重要和昂贵的设备，因此在线监测中如何监测变压器是重要问题。变压器的绝缘结构较复杂，工作中较高的温升。变压器常见的问题有局部过热、

14、局部放电、绝缘老化和铁芯多点接地等，也有绕组变形、有载调压开关失灵等机械方面产生的问题。为了了解变压器的运行张太，同时考虑目前的在线监测技术水平，变压器的在线监测主要项目有:局部放电测量和定位、油中溶解气体测量和分析、有载分接开关的触头磨损和电气回路的完整性测量、变压器绕组变形在线监测、温度测量等。变压器的局部放电在线监测局部放电(PD)是变压器常见故障的主要原因。变压器局部放电会逐渐侵蚀变压器的绝缘，因此掌握变压器的局部放电是判断变压器内部是否存在绝缘电侵蚀现象的有效手段。变压器局部放电信号十分微弱，去除干扰技术非常重要。对于固定相位的干扰，如可控硅干扰，可采取对特定相位的信号滤除方式；对有

15、规律性的干扰信号，可采取如下技术分清干扰和局部放电信号：人工智能神经网络模式识别指纹识别小波变换局部放电信号的监测是以伴随放电产生的电、声、光、温度和气体等各种理化现象为依据，通过能代表局部放电的这些物理量来测定。测量方法分为 电测法非电测法电测法 电测法是利用局部放电所产生的脉冲信号，即测量因放电时负荷变化所引起的脉冲电流，称脉冲电流法。脉冲电流法是离线条件下测量电气设备局放的基本方法，也是目前在线监测局放的主要手段。 优点：灵敏度高。缺点：抗干扰性差非电测法 非电测法有油中气体分析、红外监测、光测法和声测法。 其中应用最广的是声测法，它利用变压器发生局部放电时发生的声波进行测量。 优点：基

16、本不受现场电磁干扰的影响，信噪比搞，可以确定放电源的位置。 缺点：灵敏度低，不能确定放电量。声测法常和脉冲电流法配合使用，是局放的重要监测手段。变压器油中气体的在线监测 无论是变压器内部产生局放或存在局部过热，这些物理现象都会使周围的变压器油产生气体，因此使用色谱分析变压器油中气体组分的方法便得到了广泛的应用。根据模拟试验和现场试验得出以下结论: 电弧性放电能使油分解出乙炔、氢及少量的甲烷; 局部放电分解出氢和甲烷; 变压器油过热分解出氢、甲烷、乙烯、丙烯; 绝缘材料过热还会分解出一氧化碳和二氧化碳。变压器油中溶解气体分析和判断导则对一些特征气体的注意值和产气率也作了规定,如表所示。作为在线监

17、测变压器油，采用连续测量变压器油中组分的气相色谱分析是有效的监测方法之一。气相色谱分析具有选择性好、分离性能高、分离时间快（几分钟到几十分钟）、灵敏度高和适用范围广等优点。缺点是：色谱分析仪的价格和故障率高，需要经常维护。为了代替变压器油色谱分析，由于局部放电和局部过热均会伴随着氢气的产生，可以采用变压器油中氢气含量的在线连续监测。由于变压器油中氢气的测量比较容易，仪器价格低，因此是通过变压器油的监测，掌握变压器状态的有效方法。变压器绕组变形在线监测变压器绕组变形(如轴向、径向尺寸变化、位移、扭曲、鼓包等)是由于绕组经受了轴向、幅向力的作用以及强大的短路力作用。常规的吊罩检查只能看到高压绕组的

18、状况，而在高压绕组内部的中、低压绕组所发生的形变根本无法看到。变压器绕组的变形具有相当大的隐蔽性，而且由变形带来的后果也相当严重，它会直接威胁变压器的安全运行。过去的检测绕组变形的方法有:在现场采取吊罩检查的方法通过施加低压脉冲并比较响应变化的低压脉冲法测量变压器短路电抗并与历史数据比较的短路电抗法测量变压器频率响应并比较其变化的频响分析法但这些方法均需使变压器退出运行，即均属于离线检测方法，不能随时监测变压器绕组状况以及时发现故障。基于变压器短路阻抗及阻抗中的电感分量与绕组几何尺寸及相对位置有关，近年来，通过在线检测变压器短路电抗变化来分析绕组状况的技术正逐渐得到重视。变压器绕组在线监测是根

19、据变压器绕组的短路电抗值的变化进行变形与否的监测和判断。因为绕组的短路电抗值与绕组的变形程度、几何尺寸以及位置变化密切相关，即短路电抗直接取决于绕组的几何结构。通过理论研究和实际测试，实时监测绕组短路电抗的变化对在线监测变压器绕组变形具有很好的实效性。变压器有载分接开关在线监测变压器的有载分接开关内有机械部分，是比较容易发生故障的部位。故障多发部位集中在切换开关室和操动机构，因此通过监测变压器有载分接开关分触头位置、操动机构的状态以及切换开关室油温等，可以掌握有载分接开关的状态。电力电缆的在线监测近年来，由于交联聚乙烯（XLPE）塑料电缆的性能优良、工艺简单、安装方便而得到广泛应用，已逐步取代

20、了传统的油纸绝缘电缆。XLPE电缆绝缘劣化原因： 热劣化； 电气劣化； 水树枝劣化； 化学性劣化；大量研究资料表明， XLPE电缆绝缘击穿主要是由于绝缘层中形成了水树枝，其原因可能是制造过程中残留在绝缘中的微水，或运行中因机械损伤使水分逐渐侵入，或运行中电缆长期受水侵渍等。这些水树枝经长期逐步发展，最终导致绝缘损坏。因此，在线监测电缆水树枝劣化情况是十分重要的。对XLPE电缆绝缘的监测可区分为直流法工频法低频法复合判断法直流法又可分为：直流成分法直流叠加法电桥法直流成分法 电缆中有水树时，类似与尖一板电极具有整流作用，有微弱的直流成分电流流过。在运行电压下，在由电源线、电缆导芯、电缆绝缘层和护

21、层、电缆接地线、GPT(接地保护用电压互感器)、电源线构成的回路中通过微电流测量装置可以测出此电流。微电流测量装置应并联有低通滤波器及接地保护装置，以哀减交流成分，分检出自流成分。因为自流成分是运行中的电缆的固有特性，所以，该法适用于中、高电压等级的电缆监测。直流叠加法 直流叠加法的基本原理是在变电站变压器的中性接地点处或者是母线处，通过电压互感器将低压自流电源叠加在电缆绝缘己施加的交流相电压上，并通过并联一高压电容来免除交流高压对自流电源的影响。通过测量流过电缆绝缘的自流电流来求出电缆的绝缘电阻，从而实现电缆的在线诊断。电桥法 电缆绝缘电阻的测量也可用电桥电路来实现。工频法介质损耗因数法：将

22、加于电缆的电压(通过电压互感器)及流过绝缘的工频电流(通过电流互感器)信号取出，再通过数字化测量装置测出电缆绝缘的介质损耗因数。据资料分析，当介质损耗因数大于1%时，绝缘可判为不良。要注意电压、电流互感器角差对测量结果的影响。应用灵敏度为0.01%的测量装置可很好地监测绝缘。由此法得到的信息反映的是绝缘缺陷的平均程度。局部放电法： 对于局部放电法来说，监测主要是在终端头和附件等处采集局部放电量，经过小波理论和信号处理从干扰信号中来辩识X LPE电缆的局部放电量。国内外专家学者,IEC,IEEE以及CIGRE等国际电力权威机构一致推荐局部放电试验是作为XLPE绝缘电力电缆绝缘状况评价的最佳方法。

23、 低频法低频成分法：由于水树的存在，除了直流成份外，在电缆的充电电流中也含有低频成份。根据频谱分析，其频率分布在10Hz特别是3Hz以下。在电缆接地线中串接入测量装置，由测得的低频电流可诊断绝缘。由于低频电流也是纳安级的，对测量装置要求较高。低频叠加法：为避免直流微电流测量上的困难，可将7.5Hz、20V的低频电压在线叠加于电缆，在电缆接地线中串接入测量装置，以得到相应的绝缘电阻值。复合判断法由于绝缘状态与其特性参数间的统计分散性，仅用一种方法来诊断绝缘，会有漏判或错判的可能。采用几种方法，互相配合进行复合诊断可提高诊断的正确性。资料表明，采用包含直流叠加法及介质损耗因数法的复合诊断，对不良电

24、缆诊断的准确率高达100%。根据测量装置研制的难易程度、现场测量中的干扰情况等，我国目前宜采用包含直流叠加法和介质损耗因数法的复合判断法来对XLPE电缆进行在线诊断。电容性设备的在线监测电力设备中，高压电容式套管、电容式电流互感器、耦合电容器等设备是由若干个电容元件串联而成的，故将它们统称为电容型设备。电容型设备的数量约占变电站设备总量的40%50%，在变电站中占有重要地位，因而实现电容型设备的状态维修具有重要意义。正因如此，国内外开展较早和较多的在线监测工作也就是电容型设备绝缘的在线监测与故障诊断。目前，电容型设备绝缘在线监测技术已得到长足发展，开发出了多种形式的监测系统，为电容型设备的安全

25、运行提供了有力的保证。同时，随着相关技术的不断发展，电容型设备在线监测技术将进一步提高和完善。对于电容性绝缘的设备，通过对其介电特性的监测，可以发现尚处于早期发展阶段的缺陷。反映介电特性的参数有介质损耗因数（简称介损）、电容值C和电流值I。电容性设备在线监测主要是监测这3个参数的变化量。介质损耗因数监测电容量监测三相不平衡电流监测介质损耗因数监测 在线监测介损的基本方法是测出电容性电气设备的电流相位，并于该相的纯容性电流比较，其相角差就是介质损耗角。标准电流相位的取得方式：通过把标准电容器或电阻器或电压互抗器连接在高压母线上取得标准电流相位。但由于把标准电容器或电阻器作为一次设备长期连接在高压

26、母线尚，会对电力系统的安全运行照成威胁，因此一般不用这两种方法。 采用电压互感器的方式取得标准相位信号。优点：有利于变电系统的安全运行。缺点：存在角误差。但可以通过角差校正和对TV负载的管理得到补偿，因此目前运行中的介损在线监测系统一般采用该方式。被监测设备的电流信号取样方法：1）电阻取样：把被测容性设备的末屏接地处断开后串接小阻值的电阻，利用该电阻上的电压降作为被测设备的监测信号。2）电容取样：把取样电容与被测设备的电容形成典型的电容分压器。3）电流互感器取样：把电流互感器与被测设备串接。两个正弦信号的相位比较 在取得标准相位信号和被试品电流信号后要通过比较这两个正弦波信号的精确相角才能测出

27、介质损耗。实用的介损测量系统应达到高于0.1%的介损值测量精度。测量两个正弦波的角度偏差常用下列几种方法：1）电相角差直接测量法该方法一般是测量一个正弦波的某一个特征点（如过零点）到另一个正弦波的特征点之间所需的时间，在已知频率的情况下，由该时间差计算出相角差。该测量方法测量原理较为直观，但特征点的准确获取较困难，抗干扰能力差。在实际测量中，可以把测时间改为测电压。2）快速富氏变换（FFT）法FFT法是把要比较的两个正弦波同步采样后经过模数转换变成数字量后用FFT算法计算，求出基波相角差的方法。该方法比较简单，容易实施，但是要注意FFT采样精度和同步取样的稳定性问题，保证采样数据的精度。3）自

28、动电桥法介损的在线监测可用不同形式的平衡或不平衡电桥，因电桥容易做到高精度，因而是有效的测量方法。缺点是有些原理的电桥每次自动调平衡所需时间较长。电容性设备的电流幅值测量电容性设备的电流指的是流过绝缘的电流，包括电容及电导电流。该电流在一定的电压、频率和温度下是常量。当容性设备内部发生故障时会导致该电流的变化。因此监测容性设备的电流变化，即可对设备的正常与否作出评价。电容性设备的电容量变化率测量电容量变化率的计算依据是上述电容性设备的电流、电压、频率和初始电容量。用计算的方法得到电容量变化率。电容量的变化经过温度的校正计算后可以较精确地测量。由电容量变化率可以判断容性设备的状况。 架空输电线路

29、在线监测由导线、架空地线、绝缘子、杆塔、金具及基础和接地装置组成，由于分布面广，且全部是暴露于大气中，因此监测装置的工作电源及装置于监测中心的通信问题非常困难。然而由于架空线路是电网的重要组成部分，其状态监测、诊断问题一直受到人们关注，带电检测架空线路的部件是主要应用方法。架空线路上这些组件其劣化过程一般是缓慢老化的，可以通过一定的时间间隔对其带电监测，发现早期劣化，及时安排维修处理。架空线路的带电检测方法1）行走式电磁感应法：检测导线损伤的传感器是使流过高频的绕组接近导线表明，利用导线损伤、断股等异常时产生的涡流进行检测，传感器是由于平面绕组组成的电桥电路，当导线损伤时，电桥输出不平衡电压，

30、供记录和诊断。2）检测阻抗法：利用涡流法原理，直接检测导线的阻抗变化来诊断导线受腐蚀程度。3）导线温度监测：利用热电偶的电动势随温度变化的原理，或晶体振子的发振频率随温度变化的原理构成传感器，来检测导线或接头的发热情况，采集到的信息将其调剂到天线再发送，或通过线路的DPGOW光纤通信传送到监视中心站。绝缘子的在线监测分为：等值附盐密度测量脉冲电流法零值或地阻值绝缘子测量等值附盐密度测量监测绝缘子的等值附盐密度测量（简称盐密）是监测绝缘子污秽的有效方法。日本NGK公司开发了自动定时或定期自动刷洗绝缘子，并对刷洗液自动测量电导率的在线监测系统。脉冲电流法该方法是在绝缘子的根部测量绝缘子放电脉冲，由

31、放电脉冲的频度和幅度评价绝缘子污秽程度。零值或低阻抗绝缘子测量零值或低阻抗绝缘子在线监测的方法是检测绝缘子局部放电脉冲。该方法在绝缘子串末端或在铁塔上测量绝缘子串的局部放电，利用输电线路在线监测系统把信号传送回变电站。断路器的在线监测断路器的故障有绝缘性故障、灭弧室故障与机械性故障，因此断路器的在线监测分为：断路器绝缘状态监测灭弧室故障的在线监测断路器机械故障在线监测断路器绝缘状态监测方法：1）交流泄露电流在线监测：将少油断路器的绝缘拉杆接地端距上部12cm处镶上金属环，在圆环上固定测量电级，用可伸缩的弹性引线在断路器底部用小套管引出，引出线经一桥式整流电路接地，用直流微安表测量。2）测量介质

32、损耗因数：上述少油断路器用小套管将绝缘拉杆引出后，用改造后的装置采用QS型西林电桥测量其相应绝缘部分的介质损耗因数。灭弧室故障的在线监测灭弧室故障通常与开断工作电流，特别是故障短路电流的大小和次数相关。因此监测断路器的开断电流的大小和时间，可以衡量灭弧室及触头的损伤程度。断路器机械故障在线监测据统计资料，高压断路器机械故障占总故障的60%以上，断路器机械性能的变坏主要表现在分合闸的时间合速度不正常。机械故障的在线监测主要有：1）分合闸状态检测2）分合闸时间及加速曲线监测3）振动分析及声学诊断避雷器的在线监测避雷器主要用于限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压，是保证电力系统安全运行

33、的重要保护设备之一，它的正常运行对保证系统的安全供电起着重要作用。传统的避雷器分为（保护间隙避雷器、管式避雷器、阀式避雷器)在使用时必须串联间隙。六十年代末、七十年代初，日本率先研制出了金属氧化锌避雷器(MOA)，从八十年代开始在我国电力系统推广应用并已成为避雷设备的主流，因而下面主要讨论金属氧化锌避雷器的在线监测。MOA在发生问题时，总电流的增加并不明显，但是只占很少部分的阻性电流分量却有明显的增加，于是在线监测中就用组型电流分量的变化判断MOA的状态。避雷器阻性电流的在线监测在线监测MOA组型电流有下述几种方式：1）抵消法：把标准容性电流以反相位相加在全电流上，抵消掉容性电流分量，再测量阻

34、性电流分量的方法。2）三次谐波法：利用避雷器阀片的非线性产生的三次谐波分量，用测量三次谐波的方法代替直接的阻性电流测量。优点：测量方法简单。缺点：容易受电力系统内存在的三次谐波的影响。3）相位差法：把避雷器的总电流相位与纯容性电流相位相比，测出相位偏移量，由该偏移量计算出阻性电流分量。避雷器全电流的在线监测避雷器全电流是指流过避雷器的总电流值。一般在动作指示器处测量或用电流互感器测量。从电流测量的角度考虑，该电流的测量并不困难，但是要考虑避雷器动作时的地电位升高问题，要做好测量系统的过电压防护措施。避雷器动作电流和动作次数监测避雷器的动作电流和动作次数是影响避雷器寿命的因素之一，因此有必要对避

35、雷器的动作情况留下记录，以便了解避雷器的状态。同时避雷器动作电流和过电压监测配合，可以掌握变电站的过电压发生情况。GIS的在线监测GIS在线监测分为：GIS的局部放电在线监测和GIS的放电性故障在线监测。GIS的局部放电在线监测方法主要有：振动法电气测量法甚高频法振动法：是通过检测局部放电时外壳的机械振动，判断GIS内部局部放电的方法。该方法研究历史较长，测量效果在无机械振动干扰时效果较好。作为在线监测系统时需要对下雨或周围施工等特殊情况的干扰声音辨别，以免发出错误信息。电气测量法：主要是监测支撑用绝缘子内部和表面是否存在放电。由于许多GIS的生产厂家在GIS的间隔支撑绝缘上预设局放检测金属环

36、，方便用户实行带电监测，因此该项监测较易实施。缺点：对于GIS内金属粒子跳动的监测灵敏度不高。甚高频法：监测电气高频信号的方法。缺点：甚高频的接收天线的安装上有一定的困难。GIS的放电性故障在线监测在放电性故障发生后，由于短路电弧的加温，在GIS外面能观测到GIS故障点金属外壳温度明显高于其他部分温度，但持续时间较短，因此如何记忆放电故障时的温度就成了放电故障在线监测技术的关键。目前采用下面几种监测方法：温变色贴片红外成像技术温变色贴片：采用不同温度下改变颜色，而且在达到最高温度后保留颜色的材料做成温变色贴片，贴附在GIS外表面。在放电性故障发生后，温变色贴片改变颜色，故障后寻找变色的贴片即可

37、找出故障点。红外成像技术：采用红外成像仪监测GIS。当放电性故障发生后迅速启动该系统并录下红外图像，便可分析放电性故障时GIS各部分的温度。输变电设备在线监测目前存在的问题状态检修的客观需要对输变电设备在线监测提出了很高的要求，也促进了在线监测技术的快速发展，但由于在线监测工作开展的时间不长，目前还是存在许多问题：在线监测系统之间的数据可比性问题 各单位的在线监测系统采用不同的测量原理和数据处理方法，却没有测量规范和标准。因测量原理不同，抵御不同形式的干扰能力亦不同，照成在不同干扰环境下不同的在线监测系统测量到不同数据。因此有必要在不限制线路原理的基础上，规范数据的处理和校正方法。预防性试验数

38、据与在线监测数据的可比性问题 停电监测与带电测量数据的可比性问题一直是在线监测领域的争论焦点。以往的停电预防性试验施加电压较低，而在线监测是在工作电压下得到的测量数据，两者之间的测量电压相差很大，因此这两者的测量数据的转换和比较存在争议。规程的限制与在线监测方法之间的矛盾以往的各种规程没有考虑在线监测的实施问题，所以要把在线监测使用的各种传感器安装在被检测设备时受到了种种约束。如何在保证安全的前提下，放宽这些约束是今后要共同探讨的问题。在线监测数据的限定值和判定值问题以往的预防性试验规程中对不同设备和测量项目都有对应的极限控制值，此数值可作为判定设备好坏的依据。在线监测目前还提不出系统的、大家

39、公认的测量限值和判断设备好坏的评定标准。在线监测数据的校正问题停电预防性试验可以在干扰较少的环境、良好的天气下进行，对温度和湿度等可以做出明确的修正。在线监测是在工作状态下测量的，而且无论天气好坏均要测量，因此如何补偿和校正数据存在许多困难。输变电设备在线监测技术的发展趋势与新技术输变电设备在线监测技术的发展与新技术的发展息息相关，有了计算机技术的发展才使得在线监测技术走向实用。随着科学技术的发展，新的研究领域中产生的新技术对在线监测技术的发展影响很大。下面是一些新技术在在线监测中的应用或发展趋势。在线监测的网络技术在线监测的多媒体技术在线监测虚拟现实技术全球定位系统技术应用人工智能 站控层高

40、级应用技术一体化信息平台和高级应用 高级功能随着智能电网的发展目前阶段实施，实现顺序控制、设备状态可视化、智能告警及分析决策、源端维护、站域控制、拓扑五防等功能； 全站按照IEC61850通信规范配置统一的状态监测后台，实现了主变油色谱、GIS气体密度微水状态监测。分析结果经综合信息网传送至长沙局状态监测主站端。将传统的定期检修改变为状态检修，减少了变电站运行维护成本。高级应用状态检修 油中溶解气体铁芯接地电流GIS局部放电GIS气体避雷器泄漏电流在线监测在新加坡电网的实际应用以可靠性为中心的检修（RCM）RCM的概念以可靠性为中心的维修（RCM）是目前国际上通用的、用以确定资产预防性维修需求

41、、优化维修制度的一种系统工程方法。其基本思路是:对设备进行功能与故障分析，明确设备各故障的后果;用规范化的逻辑决断方法，确定各故障的预防性维修对策;通过现场故障数据统计、专家评估、定量建模等手段，在保证设备安全与完好的前提下，以维修停机损失最小为目标对设备的维修策略进行优化。 RCM的发展动态RCM技术在60年代末起源于美国航空界，首次应用RCM制定维修大纲的是波音747飞机。70年代中期，RCM引起美国军方的重视，美国防部明确命令在全军推广以可靠性为中心的维修（RCM）。70年代后期RCM开始在美国陆、海、空三军装备上获得广泛应用。到80年代中期，美国陆、海、空三军分别就RCM的应用颁布了标

42、准和规范。RCM不仅被军事领域所重视，而且在商界也具有广泛的应用。进入90年代后，RCM逐渐在工业发达国家兴起并应用于生产设备的维修管理。80年代中后期，我国军事科研部门开始跟踪研究RCM理论和应用。目前的RCM应用领域已涵盖了航空、武器系统、核设施、铁路、石油化工、生产制造、甚至大众房产等各行各业。RCM理论的应用实践在军事上的应用：1972年美军首先将MSG-2（Maintenance Steering Group)应用于海P-3飞机和S-3A飞机，F-4飞机的维修大纲上，致使检查项目取消了55%，维修频数减少20%，准备时间缩短40%，维修停机时间缩短79%，维修质量有明显的提高。在航空

43、上：由于RCM的实施，70年代初一架波音747飞机每飞行两万小时的结构大检查只要6.6万工时，而50年代一架DC-8飞机每飞行两万小时的结构大检查需要400万工时，两者相差60倍。在电力上：日本的Turkeypoint发电厂应用RCM，取得了节约人工费43%，节约外包装工程费和材料费27%的效果。我国大亚湾核电站推行RCM，取消 CEX 系统中电动机 10 年解体检修项目后，系统和设备的可靠性没有降低，维修费用却有很大节省。在其他发面：由于RCM应用，某露天煤矿的一台300T的活动电铲可用度在6个月内从86%上升到92%；石油平台上的固定式燃气轮机大修间隔从2500h增加到4000h; 江苏公

44、路局2台RS-425型稳定路拌机，原平均每工作小时维修费用达467.00元，自参加RCM服务，平均工作小时维修费用为83.08元，为参加RCM服务前的17.8%。的八项基本原理RCM 基本原理一：定时拆修（含定时报废）对复杂设备的故障预防几乎不起作用，但对简单设备的故障预防有作用。 第一条曲线 2% t第二条曲线 2% t第三条曲线 7% t第四条曲线 14% t第五条曲线 14% t第六条曲线 59% t图1 RCM的故障曲线 复杂设备一般具有多种故障模式，可修复的复杂设备，故障部件修复或更新后，复杂设备的故障率随着时间的增大而趋向于常数，即不存在耗损区，如图所示：RCM 基本原理二：提出潜

45、在故障的概念，进行视情维修，可使设备在不发生功能故障的前提下得到充分的利用，达到安全、经济的使用目的。 同一故障模式在功能故障之前可能有几个潜在故障，如下图所示，因此还需要通过多种检测手段的综合应用有效避免漏检。RCM 基本原理三：检查并排除隐蔽功能故障是预防多重故障严重后果的必要措施。 故障影响运行预测/预防故障？单机运行若B故障则切换到C运行备用若B处于工作状态则C的故障不影响运行运行到发生故障？如何查找故障？RCM 基本原理四：有效的预防性维修工作能够以最少的资源消耗来保持设备的固有可靠性水平；要想超过这个水平，只有重新设计设备。RCM基本原理五：预防性维修能降低故障发生的频率，但不能改

46、变故障的后果，只有通过设计才能改变故障的后果。 RCM基本理论六：预防性维修工作是根据故障后果和所做的维修工作即技术可行又值得做来确定。否则，不作预防性维修工作，而是要考虑更改设计方案。 故障后果技术可行又值得做安全性和环境性后果隐蔽性后果使用性后果非使用性后果是预防性维修预防性维修预防性维修预防性维修否必须更改设计更改设计也许需要更改设计也许宜于更改设计确定预防性维修工作和更改设计的一般原则RCM基本原理七：设备使用前的初始预防性维修大纲的制订后，需要在使用期间收集使用数据资料，不断修订，逐步完善。RCM基本原理八：预防性维修大纲只有通过维修部门和研制部门长期共同协作才逐步完善。RCM和传统

47、维修观念的差异对照分析RCM基本原理RCM原理传统维修观念一、定时拆修的作用设备故障的发生与使用时间一般没有直接关系，定时拆修不是对付故障的普遍使用的方法。设备故障的发生与使用时间直接相关，定时拆修是对付故障的普遍使用的方法。二、潜在故障和功能故障提出潜在故障概念，视情维修时根据潜在故障发展由功能故障的间隔时间来确定的。无明确的潜在故障概念，少量视情维修是根据故障频率或故障危险程度来确定的。三、隐蔽功能故障和多重故障检查并排除隐蔽功能故障是预防多重故障严重后果的必要措施。不了解隐蔽功能故障和多重故障的关系，认为多重故障的严重后果无法预防。四、预防性维修的作用不能弥补设备固有可靠性的不足，不能提

48、高固有可靠性水平。能够弥补设备固有可靠性的不足，提高固有可靠性水平。五、故障后果的改变预防性维修难以能避免故障的发生，只能通过设计改变故障的后果。预防性维修能避免故障的发生还能改变故障的后果。六、预防性维修工作的确定只有故障后果严重且技术可行又值得做时，才做预防性维修工作。对可能出现的任何故障都要做预防性维修工作。七、初始预防性维修大纲的制订在设备投入使用前就着手制订，在使用中不断修订。在设备投入运行使用后才制订，一般不再修改。八、预防性维修大纲的完善通过维修部门和研制部门长期共同协作才能完成。可单独由使用部门或研制部门制订。RCM研究的几个内容：功能: 在具体使用条件下，设备的功能标准是什么

49、?故障模式: 在什么情况下设备无法实现其功能?故障原因: 引起各功能故障的原因是什么?故障影响: 各故障发生时,会出现什么情况?故障后果: 各故障在什么情况下至关重要?主动故障预防: 做什么工作才能预防各故障?非主动故障预防: 找不到适当的主动故障预防措施应怎么办?RCM分析的流图系统可用性分析模型可用率影响重要度评级系统安全性分析模型安全性影响重要度评级设备初步划分維修历史数据库制定维修计划执行维修工作评价维修效果设备故障记录FMEA确定维修项目和维修工作类型 实施RCM的基本工作流程图RCM主要的技术分析方法 、系统划分、子系统重要度评级、故障模式及后果分析、逻辑决断图1、系统划分系统划分

50、是制订预防性维修大纲的基础，其结果将用于功能故障分析和功能故障模式及故障后果分析。进行系统划分的主要内容及目标： （1）分析部件在系统中的功能； （2）分析部件故障对系统可靠性、可用度的影响； （3）分析部件维修方式改变对系统维修费用的影响。、子系统重要度评级子系统重要度评级的目的：（1）合理分配维修资源； （2）确定故障模式及后果分析（FMEA) 的最终层次。子系统重要度分级常用分析模型有两种：可用性分析模型和安全性分析模型、故障模式及后果分析FMEAFMEA方法的主要目的是分析设备主要故障模式和故障直接原因及故障后果，主要步骤如下：确定功能确定故障模式确定故障后果后果评估制定措施4、RCM

51、逻辑决断图第一步：分析故障后果的类型，其工作流程如图所示：第二步：按照故障特点确定维修工作类型。工作流程如图所示：开展RCM的主要收益能合理地选择维修作业类型。对设备的故障模式，机理等有较好的了解。能正确地发挥维修的作用。能科学地确定维修周期。有利于提高运行性能，降低维修成本。SP POWERGRID Network Asset ManagementSingapores ExperienceChang Swee TongDeputy Managing Director SP PowerGrid Ltd Singapore中国国际供电会议曾瑞棠副董事经理新能源电网有限公司新加坡17 Sep 20

52、06新加坡电网资产管理经验新加坡电力市场发电批发零售输配电发电公司 电力市场公司 (市场运营者)电力市场监管局 (系统操作者)电力零售商市场服务商消费者非竞价购买者竞价购买者HT : 需求 2 MWLT : 年消耗 120 MWh新能源资产有限公司新能源电网有限公司资产与管理分家的管理架构有效提升运作效率管理服务合约许可证资产合同管理层员工新能源电网有限公司新能源资产有限公司许可证资产合同管理层员工新能源电网有限公司电网运营监管机制合理定价新能源资产运营收入 X加权平均资产成本资产基值运行和维护成本资产折旧公司税 效率与回报挂钩的监管机制效率回报 运营收入调控 积木模式调控 固定5年平均过网费

53、过网费 = 过网费收入 / 销售电量运行和维护成本资产折旧公司税 X加权平均资产成本资产基值收入预测(S$百万)运营收入调控 均滑积木式收入 取得最佳调控平衡收入预测(S$百万)监管机制的奖励性回报投资与维修成本积效在下一度监管期与客户分享 上一度监管期下一度监管期积效所得积效奖励积效分享投资成本或维修成本新投资成本或维修成本过网费价格结构平均过网费3.6分/千瓦时 06/07年度特高压大用户超高压大用户高压大用户高压小用户低压大用户低压小用户合同容量收费非合同容量收费非合同备用容量收费高峰电费低谷电费无功收费高峰电费低谷电费划一电费监管机制的运作标准严厉的监管机制监管范围监管标准违规罚款40

54、0kV230kV66kV零事故$1m 至 $2m22kV零事故$500,000 至 $1m6.6kV每月只允许一次$50,000 至 $100,000恢复供电时间 90% 事故 2 小时内恢复100% 事故 3 小时内恢复$50,000自04年8月实施网络管理组织结构模式超高压中部地区东部地区南部地区西部地区北部地区 运行维护继电保护SCADA专家系统通讯服务数据管理资讯科技电能质量暂态研究 技术支持 资产管理维修计划网络表现状态监测故障调查运行支援 配网调控 服务中心设施管理电缆保护后勤支援做的人想的人网络管理组织结构模式超高压中部地区东部地区南部地区西部地区北部地区 运行维护继电保护SCA

55、DA专家系统通讯服务数据管理资讯科技电能质量暂态研究 技术支持 资产管理维修计划网络表现状态监测故障调查运行支援 配网调控 服务中心设施管理电缆保护后勤支援以电网表现为中心的知识型管理电力网络低压网络 400/230 伏230kV网络66kV网络22kV and 6.6kV网络400kV网络一百二十万用户 最大供电负荷 5572 MW SENOKO230 kV 北区400 kV 电网230 kV 南区SERAYATNB400kV & 230kV 输电网络变电站变电站变电站变电站变电站变电站变电站变电站变电站变电站变电站变电站变电站发电厂发电厂发电厂发电厂电网资料变电站开关变压器电缆 (公里)电

56、缆接头输电变电站981,5493055,86623,274配电变电站9,50436,83813,40522,867205,836总计9,60238,38713,71028,733229,110至 2006年 8月完全地下电缆网络400kV 变电站400kV GIS 室内开关400kV/230kV 500 MVA 单相变压器提供中央商业区供电400KV电缆敷设向中区输电400kV电缆接头安装230kV 中央商务区变电站 230kV 石化工业区变电站66kV 芯片工业园变电站 66kV 公共住宅区变电站 66kV 金融区变电站 22kV 私人住宅区变电站西电东送东部400kV变电站2006年投入运

57、行海底电缆隧道电网运作业绩停电时间逐年降低停电时间指数 SAIDI33.127.410.77.46.23.95.03.74.00.51.52.22.02.23.93.90510152025303591/9292/9393/9494/9595/9696/9797/9898/9999/0000/0101/0202/0303/0404/0505/06MinsCCK事故环网投入运行状态监测投入运行停电次数逐年减少停电次数指数 SAIFI0.440.310.230.170.140.120.110.090.070.010.030.050.100.050.070.0700.050.10.150.20.250

58、.30.350.40.450.591/9292/9393/9494/9595/9696/9797/9898/9999/0000/0101/0202/0303/0404/0505/06电网运作业绩CCK事故环网投入运行状态监测投入运行外界因素总计27总计 32总计 34总计 36总计 20总计 20总计20总计 17总计 181215151726222019 152006 年8月总计 76电网运作业绩电压骤降次数电压骤降逐年减少供电恢复时间占事故百分比1 小时83%1.5 小时99%2 小时100%至 2006年8月停电事故与恢复供电时间供电恢复时间占事故百分比可靠性与质量的“一个方向”偶发事故

59、杜绝与应变资产更新策略遥控与监测系统应急就绪方案快速应急措施资产保安措施偶发事故杜绝与应变 业务连续管理系统状态监测策略继电保护系统状态检修策略质量管理系统防止故障缓解影响高可靠性与高质量供电状态监测与资产管理流程设备与电缆人工下载 泄漏电流 温度 压力 油中溶气 气体质量数据传输 趋势分析专家诊断质量与可靠性的改善 维修 更换 监测措施检讨 维护措施检讨 设计检讨 专家系统 人机界面资产监测光纤网络数据管理决策在线人工状态监测与资产管理流程设备与电缆人工下载 泄漏电流 温度 压力 油中溶气 气体质量数据传输 趋势分析专家诊断质量与可靠性的改善 维修 更换 监测措施检讨 维护措施检讨 设计检讨

60、 专家系统 人机界面资产监测光纤网络数据管理决策在线人工做的人想的人想与做相互配合资产管理两大支柱状态监测与状态检修状态监测高质量用户低价格状态监测配套状态检修配套网络资产管理电网设备状态监测措施设备状态监测措施用于检测应用于红外热成像热点设备超声波局放设备油中溶解气体分析不正常油的含量设备与电缆油压监测低压电缆分布式温度测量系统热点电缆低频率检测低绝缘电缆局部放电检测局放设备与电缆操作运行监测不正常操作设备在线局部放电检测发热点检测油中溶气分析输电电缆油压在线监测系统电缆温度在线监测系统After Mitigation Hot Spot 振荡波电缆故障定位系统FilterttPDVPD Co