電氣設(shè)備狀態(tài)維修策略研究之我見

木薩·吾加西

摘要：目前電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備大多采用的定期維修體制存在著嚴重缺陷，如維修不足、維修過剩或盲目維修等。本文研究了怎樣合理安排電氣設(shè)備的維修，節(jié)省維修費用，同時保證系統(tǒng)有較高的可靠性。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；狀態(tài)維修；策略

一、傳統(tǒng)的定期維修制度

設(shè)備定期維修是多年來廣大電力企業(yè)采用的基本設(shè)備管理方法，其最大特點是以單純的時間周期為基礎(chǔ)，依據(jù)規(guī)程、規(guī)范和制度等要求編制計劃，安排設(shè)備的維修。這種維修方式不管設(shè)備的實際狀況如何，只要“到期”就“必修”。這種做法不考慮設(shè)備客觀上存在著狀態(tài)差異，由此產(chǎn)生了維修過剩，浪費資源和影響設(shè)備運行可靠性等一系列問題。

1、電氣設(shè)備的“健康”狀況存在差異

電氣設(shè)備的“健康”狀況存在差異首先是設(shè)備的先天條件不一樣，進口設(shè)備和國產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)狀況不一樣；同樣是國產(chǎn)設(shè)備，不同廠商因技術(shù)與管理水平不一樣，使其產(chǎn)品質(zhì)量也不一樣；即使是同一廠商，因技術(shù)、管理上的進步，不同時期、不同批次的產(chǎn)品，其質(zhì)量也會不一樣。因此應(yīng)當承認設(shè)備投運的初始狀態(tài)是千差萬別的。其次，設(shè)備的使用環(huán)境不一樣，不同的環(huán)境將對設(shè)備運行狀況產(chǎn)生不同的影響，這種環(huán)境主要有兩種：一是設(shè)備所處的外部自然環(huán)境不一樣，尤其是供電設(shè)備，大部分暴露在室外自然環(huán)境中，因溫度、濕度、污染、紫外線、日照等有較大差異，對設(shè)備的影響有較大不同；二是設(shè)備在電力系統(tǒng)的位置不同，所承受系統(tǒng)運行電壓、短路電流和熱穩(wěn)定時間等不盡相同，尤其是故障時系統(tǒng)短路容量差異較大。此外，新技術(shù)、新材料的使用，使得設(shè)備的技術(shù)水平、技術(shù)狀況有了較大的改善，尤其是20世紀90年代以后，我國電力設(shè)備制造引進不少國外先進的技術(shù)、裝備和管理，設(shè)備的改型換代較快，整體技術(shù)水平有了較大的提高，因此電力系統(tǒng)的裝備水平得到較大的改善。

2、定期維修制度所存在的問題。由于電氣設(shè)備的初始狀況和現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況有很大差異，即現(xiàn)場設(shè)備的“健康”狀況好壞相差甚大，而定期維修制度幾乎無視這些狀況的差異，而采用統(tǒng)一的、一刀切的定期維修方式，其最主要的表現(xiàn)在維修結(jié)果上，要么維修過剩，要么維修不足。工程的實際情況大多是出現(xiàn)維修過剩，經(jīng)常出現(xiàn)“小病大治”、“無病亦治”的盲目維修的現(xiàn)象，這種維修過剩的結(jié)果，必將出現(xiàn)如下維修的弊端：（1）一些狀態(tài)良好的設(shè)備，因盲目維修而出現(xiàn)故障或潛在故障，維修達不到恢復(fù)設(shè)備原有的可靠性的作用，而是增加了設(shè)備的故障隱患和故障率。（2）降低了設(shè)備的可用性，許多維修迫使設(shè)備停機。中斷對用戶的不間斷供電，這是增加停機維修的次數(shù)的必然結(jié)果。而提高供電可靠性是供電企業(yè)非常重要的基本考核指標。目前，定期維修是電氣設(shè)備停運的主要原因，往往占全部停運時間的60%以上。（3）增大設(shè)備運行管理成本，使企業(yè)在市場和發(fā)展競爭中不堪重負。電氣設(shè)備的大修費用是企業(yè)管理中主要的支出費用，該費用在電力企業(yè)經(jīng)濟活動中所占比例不小，這就直接影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此要提高企業(yè)的經(jīng)濟效益也必須對企業(yè)設(shè)備現(xiàn)行所執(zhí)行的定期維修制度進行改革，以經(jīng)濟效益的觀點和要求來指導(dǎo)維修策略的分析選擇。其次，各個設(shè)備在電力系統(tǒng)中的地位和影響不同，每個設(shè)備中部件對設(shè)備功能的影響也不相同。能否或有沒有必要對所有設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、狀態(tài)維修呢？即能否用狀態(tài)維修完全替代定期維修呢？事實上，對所有設(shè)備及其部件進行狀態(tài)監(jiān)測和狀態(tài)診斷在技術(shù)上有困難，而且對所有設(shè)備及其部件進行狀態(tài)監(jiān)測在費用上難以承受。所以，未來的狀態(tài)維修不可能完全代替定期維修，而是狀態(tài)維修和定期維修共同存在的局面。

二、狀態(tài)維修中狀態(tài)監(jiān)測特征量的選取

隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，電氣設(shè)備可被監(jiān)測的狀態(tài)量越來越多，幾種重要電氣設(shè)備的主要狀態(tài)監(jiān)測特征量如下：（1）變壓器：主要有充油電力變壓器，其次是SF6氣體絕緣和環(huán)氧樹脂澆注絕緣的變壓器。主要的監(jiān)測特征量有：油中溶解氣體（單一或多種）含量、局部放電、繞組變形、鐵芯接地電流、高壓套管的介損、油中微水質(zhì)量分數(shù)等。（2）電容型設(shè)備：包括電流互感器、電容式電壓互感器、電容器、電纜等。主要的監(jiān)測特征量有：介損、泄漏電流、等值電容（也可監(jiān)測局部放電）等。（3）氧化鋅避雷器：主要監(jiān)測阻性電流，也有的監(jiān)測總泄漏電流。（4）高壓斷路器：包括油斷路器、SF6斷路器（含GIS內(nèi)的斷路器）、真空斷路器。目前可監(jiān)測的特征量有：合、分閘線卷電流，操作機構(gòu)的行程、速度和機械振動，動態(tài)回路電阻等。電氣設(shè)備所處的某個狀態(tài)常由若干個狀態(tài)特征量反映，而一個狀態(tài)特征量又可能源于設(shè)備的多種狀態(tài)，故狀態(tài)特征量的選取及提取是狀態(tài)評估中難點問題之一。在識別運行中電氣設(shè)備的故障狀態(tài)和正常狀態(tài)時，常因狀態(tài)特征量選取不恰當而出現(xiàn)誤診或漏診，誤診的主要原因就是正常狀態(tài)和故障狀態(tài)的特征參量存在交疊區(qū)域，即狀態(tài)特征量存在著模糊性。所以需要選取有代表性、有效的狀態(tài)特征參量。

所以，傳感器采集到的狀態(tài)監(jiān)測信號需要進行進一步的處理，其目的在于抑制干擾和提取信號特征，在錯綜復(fù)雜的信號中提出有用的信息量，精煉設(shè)備運行時的特征信息，以提高設(shè)備診斷的靈敏度。

三、基于變權(quán)綜合的電氣設(shè)備狀態(tài)評估及維修決策

電氣設(shè)備狀態(tài)評估的方法有多種，其中主要分為傳統(tǒng)的加權(quán)評分法和新興的人工智能評估法。加權(quán)評分法對事先選定的影響設(shè)備狀態(tài)的因素集中的各個因素進行分項評分，再對各評分值進行加權(quán)綜合，得出對設(shè)備狀態(tài)的評估結(jié)果。這些因素既可以廣泛地包含預(yù)試、在線監(jiān)測、家族質(zhì)量缺陷和設(shè)備自身質(zhì)量等等；也可以狹義地側(cè)重于對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，提取反映設(shè)備狀態(tài)的各特征參數(shù)構(gòu)成因素集。評分手段可以是專家打分，也可以通過經(jīng)驗公式、數(shù)學(xué)函數(shù)擬合計算得到。評分結(jié)果根據(jù)實際需求可進一步做模糊化處理，用于模糊綜合評判。

人工智能評估法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為典型代表，通常以狀態(tài)監(jiān)測得到的反映設(shè)備狀態(tài)的特征參數(shù)為評估要素。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將電氣設(shè)備的狀態(tài)和狀態(tài)特征參數(shù)之間的關(guān)系視為非線性映射關(guān)系，并通過對以設(shè)備狀態(tài)特征參數(shù)為網(wǎng)絡(luò)輸入，以設(shè)備狀態(tài)為網(wǎng)絡(luò)輸出的樣本的學(xué)習(xí)過程建立這種復(fù)雜的映射關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評估法需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練，且通常用作定性評估。設(shè)備狀態(tài)評估的關(guān)鍵在于：（1）評估因素的確定，即確定能正確反映設(shè)備所處狀態(tài)的因素集，如預(yù)試、狀態(tài)監(jiān)測、家族質(zhì)量缺陷等；（2）評估手段的選取，常用的評估手段有專家評分、數(shù)學(xué)經(jīng)驗公式、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等；（3）綜合評判的方法及評估結(jié)果的確定，通常采用分層加權(quán)綜合評判。