變電設(shè)備在線監(jiān)測投資建議

耿寶宏，張軍陽，高強(qiáng)

（東北電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧沈陽 110006）

合理采用在線監(jiān)測技術(shù)可以有效地反映變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)某些缺陷，從而盡早制定檢修策略，避免設(shè)備事故的發(fā)生，減少事故損失。在線監(jiān)測的最終目標(biāo)是為設(shè)備的狀態(tài)檢修服務(wù)，是狀態(tài)檢修基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要來源。在線監(jiān)測能夠在設(shè)備運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)跟蹤設(shè)備的相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)，為設(shè)備的狀態(tài)評價(jià)提供真實(shí)可靠的依據(jù)，而準(zhǔn)確的狀態(tài)評價(jià)是制定正確檢修策略的前提。狀態(tài)檢修的目標(biāo)是要提高設(shè)備的運(yùn)行效率，節(jié)約設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，保證供電的可靠性，是設(shè)備全壽命周期管理的重要一環(huán)。然而，在線監(jiān)測項(xiàng)目眾多，技術(shù)水平參差不齊，應(yīng)用效果以及實(shí)施費(fèi)用也有很大的差異。另外很多一次設(shè)備由于新的工藝和材料的引入，其可靠性越來越高，維護(hù)量大幅減少。因此應(yīng)從根本上把握在線監(jiān)測投入的目標(biāo)，即減少維護(hù)、節(jié)約成本，要具有最高的產(chǎn)出/投入比。對于在線監(jiān)測進(jìn)行投資分析是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。

顯然，在線監(jiān)測的投資分析應(yīng)該綜合考慮一次設(shè)備的檢修方式、故障損失以及在線監(jiān)測裝置的可用性和投入費(fèi)用等因素，進(jìn)行合理的統(tǒng)計(jì)分析，得出最優(yōu)的投資方案。

1 設(shè)備檢修模式的考慮

為確定某種一次設(shè)備是否需要安裝在線監(jiān)測裝置，首先應(yīng)明確此設(shè)備的檢修模式。實(shí)際上并不是所有一次設(shè)備都要求采用狀態(tài)檢修方式的，定期檢修和事后檢修這2種傳統(tǒng)檢修方式也沒有被完全淘汰。因?yàn)槭茉O(shè)備本身故障的后果以及自身成本、狀態(tài)可監(jiān)測性等因素影響，應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則來確定設(shè)備的檢修模式。對于設(shè)備檢修模式的確定也有很多決策模型，例如模糊綜合評判模型、故障樹判斷模型和專家評判模型等。決策原則如圖1所示。

圖1 電力設(shè)備檢修策略的選擇原則

顯然如果設(shè)備采用事故檢修或定期檢修的模式，就不需要考慮安裝在線監(jiān)測裝置。因此對于是否投資采用在線監(jiān)測裝置主要針對采用狀態(tài)檢修的一次設(shè)備。

然而，設(shè)備的狀態(tài)量很多，許多狀態(tài)量在設(shè)備運(yùn)行過程中是無法測量到的，必須通過停電后的試驗(yàn)才能夠得到，還有一些狀態(tài)量在自動(dòng)化系統(tǒng)中已經(jīng)獲取，也不需要另外安裝在線監(jiān)測裝置去獲取，例如變壓器的風(fēng)扇啟停狀態(tài)等。還有一些狀態(tài)量可以采用便攜式帶電測量儀器獲取。因此，設(shè)備狀態(tài)量的獲取途徑是多種多樣的，并不僅僅依賴于在線監(jiān)測。對于需要采用狀態(tài)檢修模式的一次設(shè)備，在決定是否采用某一種在線監(jiān)測技術(shù)之前仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的投資分析。

2 在線監(jiān)測技術(shù)有效性的考慮

在線監(jiān)測技術(shù)的有效性是一個(gè)重要的參考指標(biāo)，如果在線監(jiān)測技術(shù)本身不成熟，得不到準(zhǔn)確的狀態(tài)量值，也就無法真實(shí)地反映被監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)，這樣的在線監(jiān)測裝置投入運(yùn)行，必將導(dǎo)致對設(shè)備狀態(tài)的錯(cuò)誤評價(jià)，影響最終的檢修決策，不但不能夠保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)省檢修成本，反而會適得其反，帶來不必要的損失。為了考察在線監(jiān)測設(shè)備的有效性，主要應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn)。

2.1 測量的有效性

a．測量的精度要滿足相關(guān)狀態(tài)量分析的要求。很多狀態(tài)量的分析都是通過前后測量的變化量來確定其是否出現(xiàn)異常，如果測量的精度達(dá)不到要求，就可能出現(xiàn)實(shí)際狀態(tài)量已經(jīng)異常的情況下卻給出正常的結(jié)論，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷。

b．對干擾量能夠有效地排除。在高壓變電站中，電磁環(huán)境相當(dāng)惡劣，一些干擾信號可以通過傳感器進(jìn)入測量系統(tǒng)，對最終的測量結(jié)果造成干擾。如果不能夠?qū)@些干擾進(jìn)行有效的抑制或?yàn)V除，也會導(dǎo)致測量結(jié)果的較大誤差，從而影響狀態(tài)評價(jià)的準(zhǔn)確性。

c．在線監(jiān)測的測量范圍應(yīng)能夠達(dá)到對應(yīng)狀態(tài)量分析的要求。如果裝置的測量范圍達(dá)不到要求，必然會出現(xiàn)測量盲區(qū)，從而導(dǎo)致無法對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行明確的評價(jià)。另外，還應(yīng)注意被監(jiān)測設(shè)備的類型，有可能在線監(jiān)測裝置對于設(shè)備的類型具有選擇性，因此也應(yīng)在實(shí)際的工程中考慮二者的匹配問題。

2.2 裝置的穩(wěn)定性

在線監(jiān)測最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)時(shí)對設(shè)備的某些狀態(tài)量進(jìn)行連續(xù)獲取，隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。而這種連續(xù)性要靠在線監(jiān)測裝置的穩(wěn)定運(yùn)行來保證。影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行的因素大致有如下幾個(gè)。

a．供電穩(wěn)定性。主要考慮采用無線供電方式的穩(wěn)定性，如太陽能電池的長期連續(xù)供電能力，另外雙路電源以及配置UPS都是很好的穩(wěn)定保證措施。

b．裝置的電磁兼容能力。電力裝置附近的電磁環(huán)境一般都很惡劣，如果電磁兼容做不好，會對主要采用電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的裝置產(chǎn)生嚴(yán)重影響。很多現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)，很多在線監(jiān)測裝置都是由于電磁兼容能力不過關(guān)，最后導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

c．環(huán)境溫濕度的影響。主要考慮不同地域的不同氣候特點(diǎn)，例如東北的嚴(yán)寒天氣，南方的南濕或炎熱天氣等。應(yīng)關(guān)注裝置的溫度耐受檢驗(yàn)報(bào)告，現(xiàn)場的集控箱應(yīng)具有加熱除濕措施等。

d．通信的可靠性。通信的可靠性直接影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，一旦通信出現(xiàn)問題，則現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)將存在丟失的風(fēng)險(xiǎn)，為了增加通信的可靠性，應(yīng)要求采用規(guī)范的通信協(xié)議，就地增加非易失性存儲功能，以便在通信故障后可以保存采集數(shù)據(jù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)采集的連續(xù)性，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

總之為了考察裝置的可靠性，一方面應(yīng)提供足夠的檢測證明，一方面應(yīng)該進(jìn)行入網(wǎng)前的考察（模擬運(yùn)行），還可以對投入運(yùn)行的在線檢測裝置統(tǒng)計(jì)其平均故障時(shí)間，如果平均故障時(shí)間達(dá)不到要求，則認(rèn)為系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。

2.3 裝置的安全性

在線監(jiān)測裝置的安全性主要考慮其安裝是否會對被監(jiān)測的一次設(shè)備運(yùn)行帶來安全隱患，當(dāng)然也應(yīng)考慮運(yùn)行和維護(hù)工作是否會對人身安全帶來威脅。配置在線監(jiān)測的目的是為了提高被監(jiān)測一次設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，如果因?yàn)榘惭b在線監(jiān)測裝置反而降低了被監(jiān)測一次設(shè)備的安全性，顯然是不合適的。所以應(yīng)充分評估一個(gè)監(jiān)測技術(shù)的安全性，主要包括一次設(shè)備結(jié)構(gòu)的無關(guān)性，即不對原有被監(jiān)測設(shè)備的結(jié)構(gòu)和形式做任何改變，如采用穿心式電流互感器獲取接地電流;還包括必要的保護(hù)措施，例如SF6監(jiān)測裝置的安裝和維護(hù)應(yīng)有防止造成氣體泄漏的措施等。

2.4 分析預(yù)警方法的有效性

在線監(jiān)測裝置最終是為設(shè)備的狀態(tài)評價(jià)來服務(wù)的，因此裝置對于設(shè)備故障的預(yù)判與報(bào)警是非常重要的，即分析模型要有效，能夠正確預(yù)測到設(shè)備的潛在故障，能夠明確給出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，做到正確報(bào)警，無論出現(xiàn)誤報(bào)還是漏報(bào)，都說明在線檢測系統(tǒng)是無效的，因此應(yīng)考察裝置預(yù)測故障的歷史記錄，或者統(tǒng)計(jì)其誤報(bào)率和漏報(bào)率，來綜合評定其分析的有效性。

3 相關(guān)費(fèi)用的考慮

無論從設(shè)備全壽命周期管理的角度還是從設(shè)備狀態(tài)檢修的角度，其根本目標(biāo)都是要控制成本，節(jié)約開支，即考慮經(jīng)濟(jì)性。因此，還應(yīng)結(jié)合前面兩個(gè)因素，綜合考慮費(fèi)用問題。費(fèi)用的考慮主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

a．一次設(shè)備常規(guī)維護(hù)的費(fèi)用

為了保證一次設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患，需要對設(shè)備進(jìn)行日常巡檢和一定的檢修。而安裝在線監(jiān)測的一個(gè)重要目的就是要減少巡檢或延長檢修試驗(yàn)，從而節(jié)省相應(yīng)人力、試驗(yàn)的成本及停電可能帶來的電費(fèi)損失。因此需要考慮這方面的費(fèi)用。

b．一次設(shè)備的故障費(fèi)用

在線監(jiān)測的一個(gè)重要目標(biāo)就是及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的早期缺陷，以便提醒檢修人員及時(shí)進(jìn)行檢修，從而避免重大事故的發(fā)生。因此，需要考慮一次設(shè)備發(fā)生故障之后的專家診斷費(fèi)用、診斷之后的設(shè)備檢修或更換費(fèi)用和停電期間的電費(fèi)損失。

c．一次設(shè)備發(fā)生事故后的社會影響

如果重要設(shè)備的故障造成其退出運(yùn)行，勢必導(dǎo)致大面積停電，將會帶來負(fù)面的社會影響，包括相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的暫時(shí)停產(chǎn)和百姓生活的不便等。

d．在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝及維護(hù)費(fèi)用

在線監(jiān)測本身的投入費(fèi)用應(yīng)包括在線監(jiān)測技術(shù)的前期調(diào)研和考核費(fèi)用、裝置或系統(tǒng)的購置費(fèi)用、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用等。

前面3項(xiàng)費(fèi)用為產(chǎn)出項(xiàng)，而最后1項(xiàng)費(fèi)用為投入項(xiàng)。在考慮對在線監(jiān)測進(jìn)行投資以前，應(yīng)綜合考慮以上的費(fèi)用因素，參照以往的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和事故統(tǒng)計(jì)情況，結(jié)合單位的實(shí)際預(yù)算等情況進(jìn)行合理的費(fèi)用評估，即投入/產(chǎn)出比是否能夠達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

4 使用壽命的考慮

4.1 一次設(shè)備的使用壽命

一方面要考慮被監(jiān)測一次設(shè)備的壽命，對于新投運(yùn)的一次設(shè)備主要考慮使用壽命，對于已經(jīng)在運(yùn)行的設(shè)備則應(yīng)評估其剩余壽命。一次設(shè)備的使用年限一般要比電子設(shè)備的壽命長，變壓器和開關(guān)設(shè)備的壽命應(yīng)該都在20～30年，避雷器的壽命也在20年左右，電容型設(shè)備的壽命一般也可以達(dá)到30年。并且近年來由于技術(shù)的進(jìn)步，各種一次設(shè)備的壽命還會有所增加。

4.2 在線監(jiān)測裝置的使用壽命

由于在線監(jiān)測裝置都是電子設(shè)備，因此，電子元件的壽命基本上決定了在線監(jiān)測裝置的壽命。雖然有些裝置由于結(jié)構(gòu)上的相對獨(dú)立布置，有可能在電子模塊故障的情況下更換整個(gè)電子模塊，但是由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在其大概10年的壽命期內(nèi)，其結(jié)構(gòu)和形式可能已經(jīng)有了多次的更新?lián)Q代，舊版本電子模塊的更換可能性也不是很大。在線監(jiān)測裝置的實(shí)際運(yùn)行年限可以參照繼電保護(hù)裝置的管理要求，繼電保護(hù)裝置的使用年限在10～12年，一般10年就要進(jìn)行更換，其使用的開關(guān)電源模塊則要求在5年后就要進(jìn)行更換。在線監(jiān)測裝置一般都運(yùn)行于現(xiàn)場，其運(yùn)行環(huán)境較繼電保護(hù)裝置要惡劣得多，雖然其穩(wěn)定性要求不如繼保裝置苛刻，但基本上可以認(rèn)為其使用壽命與繼保裝置相當(dāng)。

4.3 一次設(shè)備監(jiān)測裝置投資費(fèi)用

通過以上的分析可以看出，就新投運(yùn)設(shè)備來說，一次設(shè)備與在線監(jiān)測裝置的使用壽命是有很大差距的，前者的壽命可以達(dá)到后者的3倍左右。如果不考慮未來技術(shù)革新而造成的一些產(chǎn)品更新或監(jiān)測手段更新的情況，假設(shè)1臺設(shè)備在其服役期內(nèi)始終需要某類監(jiān)測，那么可能需要3臺甚至更多臺此類監(jiān)測設(shè)備才能夠滿足其要求。由此，前面關(guān)于費(fèi)用的計(jì)算就應(yīng)該采用如下的公式:

式中:Fp為一次設(shè)備安裝某種監(jiān)測的總投資費(fèi)用; Fm為相應(yīng)監(jiān)測裝置的單臺安裝費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用總和;Tm為相應(yīng)監(jiān)測裝置的預(yù)期使用壽命;Tp為一次設(shè)備的預(yù)期使用壽命。

可見，由于一次設(shè)備與監(jiān)測設(shè)備在使用壽命上的非對稱，導(dǎo)致實(shí)際的在線監(jiān)測投入費(fèi)用將會成倍增加。因此，只有考慮了使用壽命這一因素，才能夠得出正確的分析結(jié)果。

5 結(jié)束語

本文對在線監(jiān)測的投資分析所應(yīng)考慮的因素進(jìn)行較為詳盡的分析。為了使投資分析更為清晰明了，可以將各種因素全部轉(zhuǎn)換為費(fèi)用，例如時(shí)間、人力等，然后通過對投入費(fèi)用和所能產(chǎn)生的收益性費(fèi)用進(jìn)行核算，得出最終的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)。投資單位可以結(jié)合本單位的相關(guān)預(yù)算情況及單位的設(shè)備、人力、生產(chǎn)模式等各種因素的實(shí)際情況，合理制定投資標(biāo)準(zhǔn)，使對于在線監(jiān)測的投資能夠得到預(yù)期的最大收益。

［1］李華，董明，嚴(yán)璋．對正確開展?fàn)顟B(tài)檢測及狀態(tài)維修的建議［J］．電力設(shè)備，2004，5（5）48－51．