淺議變電檢修的技術(shù)及發(fā)展趨勢

【摘 要】本文分析了變電檢修技術(shù)從事故檢修、定期檢修直到狀態(tài)檢修的發(fā)展脈絡(luò)，并對基于物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)檢修技術(shù)及發(fā)展趨勢進行了研究。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；變電站；狀態(tài)檢修；物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

變電檢修的對象包括變電站內(nèi)的全部高壓設(shè)備，如電力變壓器、斷路器、電抗器、互感器等。其目的是為了保障電力設(shè)備的安全性能與運行水平，從而保障電網(wǎng)在長期的運行中不會因設(shè)備的缺陷故障導(dǎo)致電能供應(yīng)的中斷或質(zhì)量的降低。變電設(shè)備檢修，除了技術(shù)方面的革新外，更重要的是觀念方面的革新。檢修方式的轉(zhuǎn)變主要經(jīng)歷了 2 個階段：18 世紀(jì)第一次工業(yè)革命時期開始的事故檢修和從 19 世紀(jì)二次產(chǎn)業(yè)革命開始的預(yù)防性檢修。

1 傳統(tǒng)檢修模式

從電力設(shè)備出現(xiàn)，就涉及到電力設(shè)備的檢修問題。事故檢修是開展最早、最為廣泛而最為簡單被動的檢修方式。這種完全被動的檢修方式，只有當(dāng)電力設(shè)備不得不檢修時，往往是已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重故障且很難或不可修復(fù)時，方才進行檢修。事故檢修以電力設(shè)備出現(xiàn)影響設(shè)備正常運行功能的故障為依據(jù)，故電力設(shè)備在檢修前往往表現(xiàn)為破壞性，只有在電力設(shè)備發(fā)生故障且無法繼續(xù)承擔(dān)運行任務(wù)時才進行檢修維護。被動的檢修方式往往需要付出極大的代價，同時還承擔(dān)著設(shè)備、電網(wǎng)和系統(tǒng)多方面的威脅，其明顯缺陷在于檢修不足。隨著電力設(shè)備越來越多，應(yīng)運而生的檢修方式是預(yù)防性檢修，其是一種相對主動的檢修方式。最早期的預(yù)防性檢修為根據(jù)檢修計劃執(zhí)行檢修任務(wù)，或被稱為定期檢修，也是我國當(dāng)前最主要的檢修方式。早在 20 世紀(jì) 50 年代，其他行業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備檢修對生產(chǎn)可能造成的影響，美國與前蘇聯(lián)等國的專家先后提出了定期檢修的概念，由故障檢修向定期檢修轉(zhuǎn)變。定期檢修的特點是設(shè)定了固定的工作內(nèi)容與周期，這一周期稱為維修間隔，其確定主要是依靠經(jīng)驗和統(tǒng)計資料，因而具有一定的科學(xué)性和實踐性。這種固定的檢修將不可避免地產(chǎn)生良好設(shè)備的“維修過?！?，不但會造成電力設(shè)備使用時間的損失，還浪費了大量人力、物力、財力，由于檢修過程往往會對設(shè)備進行肢解與重裝，還可能引發(fā)維修故障。這種檢修模式在啟用之初有一定的先進性，但當(dāng)前的實際情況是，電力技術(shù)的發(fā)展和變電設(shè)備質(zhì)量在不斷提升，裝置設(shè)備從設(shè)計、優(yōu)化到制造在工藝和流程上都比幾十年前有了極大的改進，全過程主要環(huán)節(jié)都完成了機械化、自動化甚至智能化的管理，設(shè)備的可靠性大幅度提高。這些狀況都推動了現(xiàn)場安裝工藝的規(guī)范化，留給修試部門需要定期進行檢查的隱患逐步減少，這一切都使得定期檢修制度中的計劃制定與檢驗項目甚至檢驗設(shè)定時間與實際情況不匹配。

2 狀態(tài)檢修模式

基于電力設(shè)備狀態(tài)的檢修，被稱為狀態(tài)檢修，這是一種建立在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與評估的基礎(chǔ)上，考慮設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)、異常的發(fā)展情況、過往故障情況，綜合進行分析診斷結(jié)果之后合理安排檢修時間和項目，并主動實施的檢修方式。狀態(tài)檢修創(chuàng)始于 1970 年的美國，由杜邦公司首先提出并倡議。狀態(tài)檢修至今仍然是耗費最低、技術(shù)最先進完備、總體效益最大的維修方式。狀態(tài)檢修的最大優(yōu)勢是為電力設(shè)備提供了一個以安全穩(wěn)定、長周期甚至全壽命、全方位全性能、優(yōu)質(zhì)運行為標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)和管理保障體系，從而解決了多年來圍繞在預(yù)防性檢修中存在的檢修過?；驒z修不足的問題。狀態(tài)檢修的效果可以節(jié)約大量的維修費用和資源，并提高電力設(shè)備長期運行的可靠性。將狀態(tài)檢修方式引入電力系統(tǒng)，便形成了變電設(shè)備的狀態(tài)檢修。狀態(tài)檢修是當(dāng)今世界電力設(shè)備檢修方式的重要發(fā)展方向。國外狀態(tài)檢修發(fā)展較早，早在 20 世紀(jì) 70 年代，歐美少數(shù)發(fā)達國家便在其他行業(yè)影響下，將狀態(tài)檢測理念引入了電力系統(tǒng)。美國電力研究院（EPRI）的監(jiān)測診斷中心（MD）利用測量分析軟件，對某公司的電網(wǎng)、電廠中的設(shè)備進行了在線監(jiān)測與故障分析，掌握其健康水平和運行狀況，并制定設(shè)備維護檢修計劃。日本發(fā)電設(shè)備檢修協(xié)會從 20 世紀(jì) 80 年代開始，對核電站開展?fàn)顟B(tài)檢修，進行專題研究，并在檢修中采用設(shè)備診斷和壽命評估。加拿大的魁北克水電公司也研發(fā)了一套在線狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，使維修人員在不停機情況下監(jiān)測水電機組的狀態(tài)。歐洲大多數(shù)國家正在進行檢修體制的改革，如德國對發(fā)電廠的狀態(tài)檢修工作等等。直到 2000 年，我國電力系統(tǒng)剛剛從事業(yè)單位轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)，供電企業(yè)便開始逐漸接受和學(xué)習(xí)國外先進的理念，首先就是引進監(jiān)測診斷技術(shù)與適用于中國國情的管理方法，以便計劃突破定期檢修的束縛。當(dāng)前，國內(nèi)電力設(shè)備狀態(tài)檢修仍處于開展的初步階段，雖沒有建立完善狀態(tài)檢修的概念，但越來越多的電力設(shè)備成為狀態(tài)監(jiān)測的對象，涉及狀態(tài)檢修的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地建立與完善之中。當(dāng)前我國廣為應(yīng)用的監(jiān)測技術(shù)有諸如振動、噪聲、測溫、紅外熱成像、絕緣及局部放電檢測等。隨著智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，將會解決常規(guī)數(shù)據(jù)處理中的一些困難，尤其是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊邏輯技術(shù)、小波變換等數(shù)學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和專家經(jīng)驗的積累，必定會給狀態(tài)檢修技術(shù)的發(fā)展和完善帶來巨大的推動作用。

3 變電檢修技術(shù)的發(fā)展趨勢

近年來得到快速發(fā)展的數(shù)字化變電站和智能變電站，對變電站給出了全新的定義。智能變電站采用了大量新技術(shù)，最重要的發(fā)展方向之一為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱 RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀等信息傳播與感應(yīng)設(shè)備，按約定的技術(shù)協(xié)議，可將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，從而進行信息的交換和通訊，以達到智能化認(rèn)知、識別、定位、追蹤、監(jiān)測和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)有三層參考體系，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層。三個環(huán)節(jié)中，感知層負(fù)責(zé)信息的獲取，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)信息的處理，應(yīng)用層負(fù)責(zé)根據(jù)電網(wǎng)的需要決定處理方法，物聯(lián)網(wǎng)的三層布局與智能電網(wǎng)的構(gòu)架有機結(jié)合。變電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)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(jīng)化學(xué)分析得到的化學(xué)量含量等。這些狀態(tài)參數(shù)對于不同的電力設(shè)備具有不同的意義，如對于高壓設(shè)備，其電壓、電流為設(shè)備運行的關(guān)鍵，而溫度、振動是設(shè)備正常運行的限制條件，含油設(shè)備的油溫、氣體含量都是表征設(shè)備是否正常運行的重要信息。變電設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)采集，首先要將各種來源的信號通過感應(yīng)器轉(zhuǎn)換為電信號或光信號等方便處理的信號。通過對電力設(shè)備的狀態(tài)檢測，可實時獲得關(guān)于電力設(shè)備運行狀況、評價、壽命等相關(guān)信息，并對設(shè)備的異常運行進行狀態(tài)分析，對異常的部位、嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢進行判斷，識別故障的早期征兆。根據(jù)分析診斷結(jié)果在設(shè)備性能下降到一定程度或故障將要發(fā)生之前進行維修，從而降低運行管理成本，提高電網(wǎng)運行可靠性。

4 變電檢修技術(shù)展望

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)技術(shù)都是具有挑戰(zhàn)性的課題，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在狀態(tài)檢修的應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在狀態(tài)監(jiān)測的方式與方法方面，為進一步的分析與決策提供實時的信息服務(wù)。狀態(tài)檢修不但是一項技術(shù)工作，更是一項管理工作，必須要有有效的信息管理與決策手段作為支撐。

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