供电设备的优化检修研究及其应用

　　1　几种检修方式的比较

　　长期以来，各供电部门都把对设备的检修维护工作作为重中之重，力图通过有效的检修维护工作，使设备保持在良好的健康水平，减少出现事故的几率。

　　检修工作发展到今天，经历了以下几个阶段。

　　a. 故障检修。事后检修又叫故障检修、事故抢修，就是设备投运后不再进行检修，直到设备发生故障或功能失效时，才进行的非计划性的维修。这是一种最原始的检修方式，适用于对电网安全运行影响小的非重点设备或有备用的设备。

　　b. 定期检修。目前采用的预防性试验、定期检修等方法，是一种以时间为基础的预防检修方式，也称为计划检修。定期检修主要是根据历史上的运行检修经验或设备老化的统计规律，对设备的检修类别、检修周期、检修工作内容、检修备品备件及材料等做出统计，然后制定时间表，在设备可能出现故障的时间对设备进行检查，对有关的部件进行更换，以保证设备运行在良好的健康水平上。但这种方式由于是根据一些经验推断出来的，带有一定的盲目性，在工作中往往造成人力物力的浪费。所以这种检修模式越来越不能适应当前检修工作的要求。

　　c. 状态检修。设备状态检修是指根据先进的状态检测和诊断技术提供的设备状态信息，来判断设备的异常和预知设备的缺陷，并在故障发生前进行检修的方式。即通过应用现代检修管理技术，用先进的设备状态检测手段和分析诊断技术，实时了解设备的健康状况和运行工况，及时给出设备的寿命评估，然后根据设备的健康状态，合理安排检修项目和检修时机，最大化地降低检修成本乃至供电成本，提高设备的可用性。

　　设备状态检修有三层含义：设备状态监测、设备诊断、检修决策。状态监测是状态检修的基础，设备诊断是以状态监测为依据，综合设备历史信息，利用神经网络、专家系统等技术来判断设备健康状况的。

　　状态检修涉及的电气设备，主要是针对需要经过时效考验并随着负载变化而工况和寿命发生变化的电气一次设备，包括发电机、断路器、变压器、开关、隔离刀闸、电流互感器、电压互感器、避雷器、电力电容器等。对电气设备而言，其状态检修内容不仅包括在线监测与诊断，还包括设备运行维护、带电检测、预防性试验、故障记录、设备管理、设备检修、设备检修后的验收等诸多工作，最后要综合设备信息、运行信息、电力市场信息等做出检修决策。

　　2　供电设备的优化检修模式

　　任何事物都具有两面性，状态检修好，可以避免不必要的检修支出，提高供电可靠性，但也有其不足之处，最大的一点就是增大了运行风险。如果监测装置数据不正确，或设备运行情况出现迅速恶化，或对数据的分析存在问题，都将对设备的安全运行带来隐患。所以，在实际工作中，应该根据设备的具体情况，采取不同的检修方式。对于老式充油设备，沿用过去的预防性检修方式，而对于新投运的设备，则视具体运行情况，逐步开展状态检修。

　　由于在状态检修方面的经验还不足，所以开始可以采用两种方式同时进行的方法，通过预防性检修的数据来验证状态检修的数据，如果两者相差不大，或是趋势相同，则可以用状态检修的方法试行，并在运行中不断积累经验，待这种方法比较成熟之后，再逐步推行。建议对电力设备的检修实施以状态检修为主，融故障检修、定期检修、状态检修三种检修策略为一体的优化检修模式，取代以往的以定期检修策略为主的检修模式。

　　a. 定期检修的优化。对设备本身质量不太可靠、其故障与时间关系密切且检修工作方便易行的设备，宜采用定期检修策略。对综合寿命有限、价格相对不高的设备应采取定期更换策略。定期检修优化的典型电气设备主要有：通风设备、隔离开关设备和穿墙套管等。

　　b. 故障检修的优化。对设备可靠性要求不高且故障后果不严重的设备及部件，宜采用故障检修策略。对系统功能影响甚微且不可维修的设备和部件采用故障后更换策略。故障检修优化的典型电气设备主要有：10 kV系统、电力电缆、真空开关设备、电容器等。

　　c. 状态检修的优化。对电网中地位重要、设备可靠性要求较高或设备本身价值高、质量普遍可靠、检修工作人力物力投入大，故障发生过程呈现时间延迟型、渐变型、随机性，有状态参数可测的设备（主设备、重要场所、靠近电源、无备用电源），最适宜采用状态检修策略。这类设备主要包括：变压器、互感器、二次设备等。

　　3　设备状态检修中的新技术应用

　　目前，国内比较成熟的在线监测手段主要有以下3种。

　　3.1　红外监测技术

　　在电力系统的各种电气设备中，导流回路部分存在大量接头、触头或连接件。由于氧化、紧固件松弛、安装缺陷等原因可能导致接触电阻增大，当负荷电流通过时，就容易引起导流回路连接件过热故障。如果电气设备的绝缘部分出现性能劣化或局部放电，将会引起绝缘介质损耗增大，在运行电压作用下就会出现过热，如容性设备的耦合电容器、套管、电流互感器、避雷器等都很容易发生此类故障。有些设备(各种外绝缘表面、绝缘子)则会因绝缘故障或表面污秽而改变元件电压分布规律或增大泄漏电流，同样会导致设备在运行中出现温度分布异常。因此，电力设备故障绝大多数都能有局部、整体过热或温度分布异常为征兆的特征出现。

　　红外热成像不仅可以检测电气导流接触方面的不良缺陷，在用于许多设备的内部绝缘缺陷的检测诊断方面同样十分有效。目前高性能的红外热成像仪可分辨0.1 ℃以下的微弱温升，对许多内部绝缘缺陷导致的发热十分敏感，灵敏度很高，这是红外热成像技术的最大优势。

　　红外热成像技术的检测诊断能力大体可以概括为：电气设备内部导流回路故障的诊断、电气设备内部绝缘故障的诊断、温度和电压分布异常的诊断、油浸电气设备缺油故障的诊断。

　　实际检测表明，红外热成像测试对发现发热型缺陷有良好的效果。在临沂市供电公司2003年、2004年、2005年连续3年的测试过程中，共发现紧急缺陷63项、重大缺陷129项、一般缺陷544项。

　　3.2　GIS局部放电监测技术

　　气体绝缘封闭组合电器(GIS)的内部故障以绝缘故障居多。绝缘故障产生的原因可能有：支撑绝缘子(环氧树脂浇注件)内部有气泡等缺陷或劣化；由于安装、维修时不注意，在金属外壳内留有导电微粒及其他杂物；电极表面有损伤，如毛刺、刮伤等；导电或接地部分接触不良；气压下降或含水量增多等。这些缺陷会造成局部放电，而且往往最终导致闪络或击穿。因此，开展GIS局部放电的监测可弥补GIS设备试验方法的不足，有效避免GIS事故的发生，对保障GIS的安全运行具有重要意义。GIS局部放电的监测方法大体可概括为以下几种。

　　3.2.1　电测法

　　a. 耦合电容法，又称脉冲电流法，利用贴在GIS外壳上的电容电极耦合探测局部放电在导体芯上引起的电压变化。该方法结构简单，便于实现。但在现场测试时，无法识别与多种噪声混杂在一起的局部放电信号，因此该方法的使用推广受到限制。

　　b. 超高频法。目前，国内外广泛采用超高频局部放电测量法UHF检测GIS局部放电。该方法的显著特点在于采集局部放电过程产生的超高频电磁波信号，有效地避开了现场的电晕等干扰，提高了局部放电检测的信噪比，因而具有较强的抗干扰能力，非常适宜局部放电的在线监测。超高频局部放电测量法灵敏度高，可用于运行中的GIS设备，对各种类型的GIS缺陷都适用，并可通过放电源到不同传感器的时间差对放电源精确定位，但对传感器的要求很高，成本昂贵。

　　3.2.2 　非电测法

　　a. 超声波监测法。由于GIS内部产生局部放电时会产生冲击振动及声音，因此可用腔体外壁上安装的超声波传感器测量局部放电量。它是目前除UHF法外最成熟的局部放电监测方法，抗电磁干扰性能好，但由于声音信号在SF6气体中的传输速度很低(约140 m/s)，信号通过不同物质时的传播速度不同，在不同材料的边界处还会产生反射，因此信号模式很复杂，且其高频部分衰减很快。另外，该方法要求操作人员有丰富的经验或受过良好的培训，长期监测时需要的传感器也较多，现场使用很不方便。

　　b. 化学监测法。通过分析GIS中局部放电所引起的气体生成物的含量来确定局部放电的程度，但GIS中的吸附剂和干燥剂、断路器正常开断时产生的电弧的气体生成物等会影响化学方法的测量，因此用化学方法监测局部放电的灵敏度很差。另外，该方法不能作为长期监测的方法来使用。

　　c. 光学监测法。光电倍增器可监测到甚至一个光子的发射，但由于射线可被SF6气体和玻璃强烈吸收，因此有“死角”出现。用该方法监测已知位置的放电源较有效，但不具备定位故障能力，且由于GIS内壁光滑而引起反射带来的影响，灵敏度不高。

　　3.3　金属氧化物避雷器的监测与诊断

　　避雷器结构不良，密封不严，内部构件受潮，会导致运行中泄漏电流和阻性电流分量急剧增加，阀片温度上升，引起热崩溃，甚至发生爆炸事故。所以金属氧化物避雷器的在线监测十分重要。避雷器在线监测的主要内容如下。

　　a. 阻性电流。由于总电流中容性电流分量比例很大，故监测阻性电流的关键是如何从总电流中分离出微弱的阻性电流。其原理与介损监测基本一致，但金属氧化物避雷器的电流更小，同时由于金属氧化物避雷器的非线性，需要考虑谐波影响。

　　b. 全电流监测。避雷器结构不良，密封不严，内部构件受潮会导致运行中泄漏电流急剧增加，因此，对金属氧化物避雷器的全电流实施监测，简单有效。当全电流变大时，再通过红外检测发现阀片是否发热，更加准确。

　　c. 3次谐波监测。避雷器结构不良，密封不严，内部构件受潮，也会导致谐波电流增加，因此可在监测全电流的基础上监测3次谐波电流，增加诊断灵敏性。但是，必须区分系统电压产生的谐波电流。

　　在目前在线监测技术还不能完全满足状态检修需要的情况下，应充分利用成熟的离线监测装置和技术，如红外热成像技术、变压器绕组变形测试等，对设备进行测试，以便分析设备的状态，保证设备和系统的安全。

　　4　临沂市供电公司实施优化检修的效果

　　a. 通过合理安排检修项目、检修间隔和检修工期，有效降少了检修成本，提高了设备的可用性和经济效益。以临沂现有运行的35 kV及以上变电站51座为基准，临沂市供电公司从2004年实施优化检修开始，如所有变电站每年都进行预试，加上红外热成像测试、地网测试等专项检修和消缺，每年需要人工20 900人·天，其中专项检修和消缺约占1/4。检修制度改革后，根据设备状态，将预试周期从1年延长到3年，每年预试可节约人工工时1/2，约10 000人·天，每年还可节约材料和车辆费用约30万元。

　　b. 减少了倒闸操作，降低了事故发生的概率。实施优化检修后，临沂市供电公司变电所全停和倒闸操作的次数明显减少，2001年为2 194次，比2000年的3 196次减少了31.4%；2002年为2 181次，比2000年减少了31.8%；而2005年在设备总量比2000年增加60％的情况下，操作次数仅为2 310次。

　　c. 减少了检修停电损失，提高了供电可靠性。

　　d. 提高了检修工艺水平和检修质量。由于延长了检修周期，相应地减少了检修工作量，降低了工作强度，客观上可以腾出更多的时间对设备重点部位及环节进行有针对性的检修，从而大大提高了检修工艺水平和检修质量，提高了设备的健康水平。如临沂市供电公司在220 kV相公变电站母线改造和预试中对刀闸进行彻底解体检修，每年高峰负荷来临前对220 kV变压器冷却系统进行冲洗，对于安装在半敞开建筑内的变压器，根据表面污秽情况及时安排冲洗工作，对开断短路电流次数达到额定值的开关及时停电检修等，都取得了良好的效果。（来源：机电商报网）