電力設備狀態檢修技術應用

【摘要】當前電力行業市場化程度的提高，導致電力企業對于檢修費用上漲壓力越來越敏感，企業減員增效以及降低人工成本在總成本所在比例的發展趨勢，更促使電力設備的檢修不僅能夠保證電力系統的穩定性和安全性，同時還能兼顧檢修費用的經濟性、減少用戶停電時間、提高供電服務水平。本文概述了狀態檢修的內涵，明確了電力系統主要電力設備實施狀態檢修的必要性，并從多個方面來就電力系統主要電力設備狀態檢修的科學策略作出分析。

【關鍵詞】電力；設備；檢修；應用

狀態檢修（Condition Based Maintenance，簡稱為 CBM）是一種以設備實時運行狀態為檢修依據的檢修方式。狀態檢修建立的基礎計算機技術、檢測技術、電力技術、在線診斷技術等多學科技術的融合，其核心是在線監測和分析診斷技術。狀態檢修的目的是在不影響設備正常運行或盡量減少影響的前提下，通過在線精確測量得到電力設備相關技術參數，經過狀態檢修專家系統的分析，提煉出設備發生故障時的早期征兆和特征，對設備發生故障時的故障點、故障深度以及發生故障的發展趨勢做出準確的判斷，指導檢修計劃的制定，使得設備能夠得到更好的維修以及保養。

1.電力設備狀態檢修技術發展

檢修體制的發展歷史：

電力設備檢修觀念的轉變大致經歷了兩個主要的階段，其一是第一次工業革命時期的故障檢修；其二是第二次工業革命時期開始的預防性檢修。

（1）故障檢修，Correntive Maintenanee，簡稱CM，是自第一次工業革命時期開始的一種檢修方式，它同時也是一種被動的檢修方式。在這種檢修理念下，只有在不得不進行檢修的時候，才對其進行檢修，這種方式存在著明顯的不足，同時在檢修的時候付出的代價也較大。

（2）預防性檢修，Prevention Maintenance，簡稱PM，這種檢修是第二次工業革命之后開始出現的，與故障檢修相比，它是一種主動的檢修方式。預防性檢修也經過了較長時間的發展，最早是計劃性檢修，或者說是定期檢修，這種檢修方法能夠減少因為檢修對生產造成的影響。

2.智能電網的電力設備檢測技術分析

2.1 電力設備的狀態檢測

狀態監測基于理論分析與實踐，即大量故障不會在同一時間發生，設備的劣化普遍需要經歷一個逐漸變化的發展過程。通過對能夠反映設備運行狀態的參考量進行監測，如果發現設備已經出現異常的跡象，并且這種異常跡象仍然有發展惡化的趨勢，就認為該設備有發生故障的可能，這種可能性隨著惡化的發展進度而逐漸增大。

2.1.1 電力設備狀態監測需獲取的信息

電力設備的狀態參數主要有電壓、電流、聲音、溫度、振動、光亮等物理量，還有油、氣體經化學分析得到的化學量含量等。這些狀態參數對于不同的電力設備具有不同的意義，如對于高壓設備，其電壓、電流為設備運行的關鍵，而溫度、振動是設備正常運行的限制條件，含油設備的油溫、氣體含量都是表征設備是否正常運行的重要信息。

2.1.2 電力設備狀態監測的任務

電力設備狀態監測的主要任務和目標，可歸結為以下幾點：

（1）為電力設備的運行狀況，進行相關參數數據的采集、整理、存儲，建立電力設備的運行歷史檔案。

（2）對電力設備運行狀態是處于正常狀態還是異常狀態或故障狀態做出判斷。根據該設備的歷史檔案、運行狀態所處的等級和以往的故障特征或征兆，判斷故障的性質和嚴重程度。

（3）對電力設備的運行狀態進行評估并進行分類。當達到設定的標準形成后，為狀態檢修的實施和檢修計劃的安排提供依據。

電力設備狀態監測的評估同樣應該包含對設備異常狀態或故障狀態的估計，并對將來可能發生的變化的做出預測，并盡可能創造條件，使這種評估水平趨于完善。狀態監測的重要作用是為電力設備積累完整而科學的運行記錄資料，實行一設備一記錄的管理，這在傳統的以人為主的管理模式下是很難實現的。狀態監測系統對現代設備管理而言是極為必要的，也是對設備運行狀態的分類的依據并作為設備長期維護管理的根據。只有這樣，可以從根本上改變當前“定期維修”為主的管理體制，從而避免對正常運行設備的過剩維修，并對有故障隱患的設備及時檢修。可以提高電力設備運行的安全性和可靠性同時降低人力物力消耗。

2.2一次設備的狀態監測

電力系統的一次設備是指直接參與電能生產、變換、傳輸、分配的設備。一次設備主要有發電機、變壓器、電動機、斷路器、隔離開關、熔斷器、母線、電力線路、互感器等。一次設備的共同特點是與高電壓、大電流直接關聯，在監測中需要注意監測設備的絕緣與安全可靠，不得影響一次設備的安全可靠運行或造成其他安全隱患。

2.2.1 輸電線路的狀態檢測

輸電線路一直是狀態監測的重點之一，這是由于相比于其他元件，輸電線路的運行環境更為惡劣，要承受各種惡劣氣候條件，雷電、樹木、小動物等無法控制的情況的干擾，輸電線路一般路徑較長，采用的常規監測手段往往是依靠人力，從而形成了巡線員這一艱苦而又不可或缺的工作。

輸電線路需要采用的狀態檢測手段有：

（1）覆冰監測。輸電線路的覆冰可能引起線路跳閘、斷線、誤動、絕緣子閃絡、嚴重時甚至發生倒塔事故。我國2008年初大面積雨雪冰凍天氣造成極為嚴重的線路覆冰，出現大面積輸電線路斷線、短路、桿塔倒塔等故障，出現大面積長時間停電，部分電網甚至解列。我國貴州地區是凍雨災害的多發地區，周邊地區也經常發生冬雨災害，這些極端天氣條件極易形成輸電線路覆冰。由于輸電線路在設計時一般考慮一定的覆冰與風風速，當覆冰的厚度超過線路設計的承受極限時，便會導致桿塔承重、絕緣子拉力、線路承受張力的極限，從而發生事故。

（2）桿塔傾斜監測。在多變的自然環境和復雜的外界條件作用下，桿塔基礎時常會發生滑移、傾斜、沉降、開裂等現象，從而引起桿塔的變形或傾斜。桿塔傾斜將造成導地線不平衡受力，從而引起桿塔受力發生變化，造成電氣安全距離不夠，影響線路正常運行。桿塔傾斜監測，主要是采集桿塔傾斜的順線傾斜角，橫向傾斜角等參數。

（3）絕緣子監測。針對輸電線路絕緣子串的連絡特性規律，結合氣象參數和大氣環境污染信息，對絕緣子的污穢程度進行監測（包括絕緣子的鹽密值、最大濕度、最小濕度、最高溫度、最低溫度等參數），通過后臺的故障診斷專家系統對其進行分析，能夠使其在達到臨界狀態時能先期預警，從而及早采取應對措施，防止大面積污閃的發生。由于輸電線路在強風下的跳閘或故障是瞬間發塵的，所以需要安裝在線監測裝置對絕緣子的風偏角度和線路周邊氣象環境數據進行實時監測，結合線路本體結構參數，利用本系統的智能決策功能來評估線路抗強風能力，預測線路在局部強風條件下存在哪些薄弱環節，以提前采取針對性防治措施。

（4）視頻監測。通過簡單、有效的視頻在線監測終端，接收壓縮后的電力桿塔、線路現場的圖像視頻信息，在后臺將視頻信息解壓處理后提供給值班運行人員監視使用，對輸電線路及周邊環境進行全天候監測，可使線路設備含有環境隱患的地區，隨時處于監測狀態，大大減輕巡視人員的勞動強度，提高線路安全運行水平，為線路運行單位提供直觀可靠的線路安全信息。

2.2.2 變壓器的狀態監測

變壓器根據使用條件、安裝地點、電壓等級、容量、用途的不同，有不同的結構形式，但大型電力變壓器都是油浸式的，在電力系統中占有根重要的地位，所以本文著重討論油浸試電力變壓器。油浸式電力變壓器是由鐵芯、繞組、變壓器油、油箱、絕緣套管裝置、冷卻裝置和保護裝置等組成。

油浸式電力變壓器的故障常被分為內部故障和外部故障兩種。變壓器運行管理人員主要關注變壓器的內部故障，因此，故障診斷的重點也是針對起內部故障，內部故障主要類型有：各項繞組之間發生的相間短路、繞組的線匝之間發生的匝間短路、繞組或者引出線通過外殼發生的接地故障等。從性質上來分，內部故障一般又可以分成熱故障和電故障兩大類。熱故障通常為變壓器內部局部過熱、溫度升高。根據其嚴重程度，熱故障可以劃分為輕度過熱（低于150℃）、低溫過熱（150～300℃）、中溫過熱（300～700℃）、高溫過熱（高于700℃）這四種故障情況。變壓器的電故障，通常是指變壓器內部在高強度電場的作用下，絕緣性能下降或劣化的故障。根據放電的能量密度的不同，電故障主要分為局部放電、火花放電、高能電弧放電共計三種故障類型。

變壓器中過熱和放電故障，都會伴隨著特定氣體的產生的產生，其中氫氣是比較容易檢出的氣體，因此在線檢測氫氣含量成為了較簡單的在線檢測變壓器的方式。常用的方法是：利用氫氣分子遠小于其他分子的性質，布置只能透過氫氣分子的濾過性透膜，把所含氫氣從油中分離出來，利用氫敏元件，便可推算出油中氫氣含量。HYDRAN201i裝置是由加拿大某專業公司生產的在線式變壓器早期故障檢測裝置，其核心部件由智能型感應器和通信控制器組成。采用的工作原理便是將油中溶解氣體經過可選擇的滲透性薄膜，使氣體進入電化學氣體檢測器，檢測器將H2、CO、C2H2、C2H4的混合氣體與氧氣發生化學反應。反應后產生一個與化學反應速率與進展情況成比例的電信號，檢測出氣體的濃度。

2.3 二次設備的狀態監測

二次設備主要是指保護、控制、測量、記錄一次設備的電子設備及其二次回路，主要包括保護裝置、測控裝置、故障錄波、自動化遠動設備、交直流電源設備、通訊控制設備等，這些設備相當于人神經系統，控制、影響著身體的沒一個部分。而因為二次設備都是電子設備及其二次回路，不過分依賴傳感器及其他監測裝置，對他的監測不用太復雜的設備，主要是通過自檢功能及二次回路的設計來監測，其中自檢診斷功能是通過保護、測控、遠動等裝置自身內部各模塊的自診斷功能，通過對裝置的電源模塊、CPU I/0接口、A/D轉換、存儲器等插件的巡查診斷，采用一些比較法、效驗法、監視定時器法，特征字法等故障監測算法，自動的監測每臺裝置的運行狀態，再通過遠動設備、后臺控制設備等及時將相關裝置異常信號及時反映到后臺監控及調度機構， 然后通過調度員及運行人員及時通知專業人員進行處理，達到及時消除設備異常狀態。

在運用中，廣東電網公司已充分利用二次設備的狀態監測技術成果，在全公司范圍內實行10kV保護裝置狀態檢驗的規定。對10kV及以下的保護裝置裝置具備完善自檢及通信功能，能對裝置運行工況進行實時監測功能，變電站系統已建立完備的監控系統，能完整正確采集10kV及以下繼電保護裝置及二次回路的各種重要故障信息、報警信號并及時上送至調度/集控端的實行狀態檢修，即有異常設備才進行停電處理，大大減少了因保護定檢而產生大量停電操作、檢修工作和用戶停電時間，提高了企業的安全、經濟及社會效益。

3.總結

狀態檢修的首要是獲取所需的信息，主要可分為物理量與化學量。物聯網技術在狀態檢修應用中的核心即為對狀態監測水平的提高。本章首先對電力設備狀態檢測所需要獲取的信息、狀態監測的任務和可以采用的方法進行了分析，然后對于主要的一次設備和二次設備及其回路的狀態檢測進行了細致的研究，并指出應該注重對電力設備運行環境進行監測。

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