一種基于電氣設備健康度狀態檢修方法的研究

中海油安全技術服務有限公司 孫 濤 王子維

長期以來，配電系統中電氣設備檢維修模式主要包括事后檢維修和定期檢維修兩種方式。事后維修是20世紀五十年代前采取的維修方式，事后維修是一種電氣設備出現了故障異常后才進行的檢維修方式，主要基于電氣設備發生故障時的影響較小，并且當時很多電氣設備都比較簡單[1]。事后維修的特點是非計劃停機次數較多，對現場生產安全、維修成本、使用環境等影響都很大，并且對電氣設備日常運行管理也具有不可控性。定期維修是一種基于時間的維修方式，定期維修的工作內容及周期均是事先計劃好的，其特點是不管電氣設備的狀態如何到期就修，這種維修模式在預防電氣事故發生有一定作用，但這樣會給多數企業帶來巨大的經濟損失，同時也會對企業人力、財力及物力造成巨大的浪費。

隨時現代技術的發展，基于電氣設備健康狀態檢修方法的研究勢必取代以往的檢修模式，電氣設備健康狀態檢修可以實現對電氣設備應修必修、修必修好的思想，可通過對電氣設備進行狀態檢修、以最少的資源消耗來實現對電氣設備運行管理的安全性及可靠性的目的[2]。

1 狀態檢修分析技術

本文所述電氣設備健康狀態管理方法，主要是基于對電氣設備運行情況進行狀態評價，通過對電氣設備狀態評價模型的搭建，有效利用科學合理方法，結合對配電系統中電氣設備的基礎信息數據、歷年預防性試驗數據、現場日常運行記錄數據、監測檢測信息數據等進行系統統計篩選分析，進而做出對電氣設備可能存在風險進行評估分析，針對電氣設備不同風險情況制定不同的風險應對措施，使其風險處于可控狀態，有效借助于信息化方法，將電氣設備檢修方式由傳統的事故維修及周期性檢修向狀態檢修轉變，提高設備的可用率，降低不必要的經濟損失，實現電氣設備的健康度管理。

狀態檢修主要是基于對電氣設備在線狀態監測數據及日常運行情況數據進行收集整理，對其運行狀態進行狀態打分，通過對國家關于電氣設備管理要求的相關法律法規、標準規范、技術要求、國際資產完整性管理規范及最佳行業實踐的挖掘，梳理研究國內外完整性管理發展現狀，結合配電系統中電氣設備運行管理現狀，深入系統分析電氣設備運行管理中存在的不足、系統調研，明確電氣設備管理需求。電氣設備完整性管理狀態檢修技術路線圖為：數據采集→數據整理分析→風險評估建模→狀態風險評估→制定檢維修側率→結論。

1.1 數據采集與分析

對電氣設備相關資料進行采集，主要包括電氣設備屬性數據、運行環境數據、設計數據、施工過程記錄、運營期監測數據、各項試驗檢驗記錄，日常監測記錄、歷史的重要過程及事件記錄等。數據收集資料主要為電氣系統圖、設備臺賬、施工安裝記錄資料、廠家說明書、歷年試驗記錄、檢維修記錄、缺陷統計、運行記錄、事故（故障）記錄、檢維修規程、檢維修計劃等。

1.2 風險評估建模

本文基于電氣設備健康度狀態檢修研究方法，是采用對電氣設備歷次預防性試驗數據、運行數據、監測檢測數據等進行梳理分析，結合電氣設備相關技術要求，搭建電氣設備狀態風險評估系統，借助于數字化、信息化技術，根據評價結果制訂電氣設備的檢維修方案，將電氣設備檢修方式由傳統的事故維修及周期性檢修向狀態檢修轉變，提前對設備故障進行預警并給出處理意見，從而實現電氣設備的健康度管理。

1.3 狀態風險評估

配電系統電氣設備風險評估是電氣設備健康度管理的依據，從電氣設備功能現狀分析開始，明確各部件功能、結構關系，對重點電氣設備進行系統分析，分析電氣設備在運行中面臨的或可能面臨的風險，分析各種故障類型的影響大小及重要度，確定風險等級，根據風險等級大小進行有針對性的制定檢維修計劃，從而為電氣設備檢測監測及維護維修改造提供管理依據[3]。

本文電氣設備狀態風險評估研究方法以百分制對電氣設備狀態進行賦值打分，100分為滿分，表示電氣設備為理想狀態；0分為最低分，代表電氣設備狀態最差。其他情況的電氣設備健康狀態評分為0～100分之間。電氣設備狀態評分G為：G=B×T×E×F，式中：B表示電氣設備基本得分，T表示電氣設備歷次試驗得分，E表示電氣設備不良情況得分，F表示電氣設備家族缺陷評分。

1.3.1 基本評分（B）

基本評分結果可參考表1進行取值。其中B=60+式中Bi分別代表設備建造、運輸、安裝及實驗等各階段情況，其中B1代表設備建造材料質量情況，B2代表建造工序情況，B3代表建筑商信譽情況，B4代表出廠試驗情況，B5代表設備運輸情況，B6代表交接試驗情況，B7代表同類設備運行情況，B8代表設備運行時間。

表1 電氣設備基本評分

1.3.2 試驗評分（T）

電氣設備試驗評分是先對設備每個單獨試驗內容進行評分，每項實驗評分后對其加權計算出全部實驗幾何平均值。在評分過程中，單個實驗項目的得分取值范圍為0%～100%，0%表示該項實驗劣化情況嚴重，其各狀態量接近于預警值或者注意值，需要重點關注。其計算方法如下：如果一個電氣設備有n個單項試驗，每個試驗又是相互獨立，第i項試驗的評分情況為Gi，權重為Wi，當權重沒有提供時取值為1，則該電氣設備的試驗評分T為：T=

1.3.3 不良情況評分（E）

不良情況是指電氣設備在運行時出現過負荷、過載、短路等不良情況，以及在運行過程中出現過冰凍、高溫、雷電、大風等自然災害影響電氣設備的健康狀況，進而對電氣設備健康情況進行的評估。不良情況評分取值范圍介于0%～100%，其中0%表示電氣設備健康狀態最為嚴重。不同設備的影響因素也不同，對于變壓器影響最為嚴重的主要是突發的侵入波及近區（出口）短路等，對于斷路器影響最為嚴重的是開斷短路電流等。在電氣系統中，根據情況，現在其他設備暫不考慮不良情況影響。

便于計算，目前對于電氣系統中斷路器暫時考慮開斷短路電流的一種不良工況:×100%，式中：Ij代表斷路器第j次開斷時大電流的峰值，L代表斷路器累積開斷壽命的80%（設備累積開斷壽命可查看設備出廠的技術文件），單位按kA 表示。如果斷路器設備出廠時設備技術文件中沒有給出該值，這時可以默認累積開斷壽命為3000，或者根據該斷路器設備運行經驗情況確定。當E評分結果小于0時按0計。

1.3.4 家族缺陷評分（F）

家族缺陷是指經確認電氣設備是由工藝、設計、材料、制造等共性因素問題出現的設備缺陷稱為家族性缺陷。當電氣設備存在家族缺陷時，即便運行設備沒有發生故障、運行情況良好，在隱患未消除之前也應考慮其對電氣設備狀態的影響，家族缺陷評分也應考慮在內，其家族缺陷評分計算公式如公式：式中：N表示存在家族缺陷的電氣設備總臺數，n代表出現該家族缺陷的設備臺數（1≤n≤N）。計算家族缺陷評分時，f值大小是根據電氣設備缺陷發生的部位和性質來確定，f取值原則如表2所示。若存在家族缺陷設備的隱患已經消除，這時可以不需考慮其影響。

表2 f 取值原則

評分結果對應狀態如下：80～100正常狀態、60～80注意狀態、40～60異常狀態、40以下嚴重狀態。

1.4 制定檢維修策略

傳統的電氣設備維修主要包括事后檢維修和定期檢維修兩種方式。隨著科技水平的發展，傳統的檢修模式已不能滿足當今的電氣檢修的要求，制定合理的檢維修策略和任務是電氣設備檢修發展的趨勢。電氣設備維修的歷史記錄可通過電氣設備管理系統進行查詢，利用電氣設備健康度狀態檢修系統，對已積累電氣設備維修記錄數據進行分析，可分析出某一特定環境下電氣設備的不同特性參數，對其一一打分，并加權計算，得出電氣設備狀態評價結果，在依據電氣設備的健康度狀態評分結果，有針對性的對電氣設備進行檢修，這樣既可避免電氣設備的過修或欠修，又可避免不必要的資源浪費[4]。

同時，很多電氣設備的維修均屬于一種破壞性的維修，對電氣設備進行狀態檢修，可以有效地減少電氣設備發生故障的頻率、提高電氣設備使用效率，又可以有效合理延長電氣設備的維修周期，從而可以大幅度提供電氣設備的預期使用壽命。

1.4.1 制定維修策略

維修策略制定是以電氣設備健康度狀態評估結果為依據，在制定維修策略前，通過對電氣設備健康度狀態進行分析評估，了解電氣設備的運行狀態良好情況，綜合考慮電氣設備對電氣系統運行的重要程度及影響等級（低影響、中影響、高影響）[5]，建立電氣設備健康度狀態和風險的二維關系決策模型，決策模型如表3所示。根據決策模型風險情況來判斷電氣設備的檢維修類型，通常電氣設備的檢維修類型分為大修、中修、小修，再按不同的維修類型進而有針對性低制定電氣設備相應的維修策略[6]。

表3 電氣設備健康度狀態和風險的二維關系決策模型

1.4.2 狀態維修決策

電氣設備完成健康度狀態分析評估后，根據評估結果及確定的設備風險等級大小，結合系統定義好的維修策略，系統會自動給出對應推薦的應對措施，用戶制定電氣設備檢修計劃時參考系統措施，也可根據現場實際添加。風險應對措施如表4所示。

表4 風險應對措施

2 結語

通過電氣設備狀態檢修技術的應用，可解決傳統電氣設備檢修模式中的維修過度及維修不足，合理有效利用維修資源，減少資源浪費，提供配電系統中電氣設備的安全性及可靠性。