变电设备状态检修技术的分析与应用

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【摘 要】随着社会经济的发展，在供电企业，其变电检修的工作也得到越来越多的关注，因而，对其要求也越来越高。长期以来的定期检修体制存在多种弊端，不能根据设备实际状况决定检修项目。叙述状态检修的必要性，介绍了状态检修的基本思想和主要技术支持，状态检修是根据先进的状态监测和分析诊断技术为基础的检修模式。最后，介绍了变电设备状态检修的应用。

【关键词】变电检修；设备状态；应用

长期以来，检修体制主要实行的是以事后维修、预防性检修为主的计划检修体制。这种检修体制一般采取定期维护形式，检修项目、工期安排和检修周期均由管理部门根据相应的规程或经验确定。设备运行到了规定的检修周期，不论设备处于何种运行工况，也不论设备供应商的差异、设计材质的优劣、工艺质量的好坏、运行方式的区别、有无影响安全运行的缺陷等，都必须一律“到期必修”。从维护设备正常运行的视角看，定期检修有利于消除检修设备的隐含故障或缺陷，但对于运行状况良好的设备并不能有效提高设备运行率；同时，会造成检修单位人力物力的浪费，有时还会把好的设备修坏。该检修模式使设备运行维护单位对于设备检修没有自，不能根据设备实际状况决定检修项目。

1.状态检修的基本思想

状态检修是根据先进的状态监测和分析诊断技术提供的设备状态信息，基于设备在需要维修之前存在的使用寿命来判断设备是否异常，预测设备的故障，并根据设备的健康状态来适时安排检修计划，实施设备不定期检修及确定检修项目。状态检修能有效克服定期检修造成设备过修或失修的问题，提高设备的安全性和可用性。状态检修的决策流程如图1所示。

根据变电设备的使用状况和维修记录，可按照以下步骤进行计算求得待检修设备的最优检修策略。

（1）根据设备的观察数据和历史检修数据，确定模型各参数。一般可采取非齐次泊松随机模型，该模型能够综合费用与可靠性约束，计算设备的最佳检修时间。

（2）观察记录设备的状态。设备状态应包括：设备在线监测的特征量、预防性试验的结果数据、设备的历史运行状况和检修情况，以及设备现在的运行参数状况等。

（3）对在线监测数据进行分析、诊断、预测，确定设备有无故障，无故障，转步骤（2），否则转步骤（4）。

（4）将预测的设备故障个数设备可靠性，以及故障发生可能的损失等数据代入模型计算。若最优设备检修停止时间为0，则不检修，转步骤（2）；若最优设备检修停止时间大于0，则转步骤（5）。

（5）实施设备状态检修，并根据最优设备检修停止时间的大小，决定最优检修时间。

2.状态检修的主要技术支持

2.1可靠性评估

可靠性评估是状态检修的关键技术，是可靠性工程的重要组成部分。可靠性评估是根据产品的可靠性结构、寿命模型及试验信息，利用统计方法和手段，对评价产品可靠性的性能指标给出估计的过程。目前常用的数学分析方法是贝叶斯方法，可分为3个阶段：（1）对单元进行贝叶斯可靠性评估；（2）由单元可靠性信息折合到系统级作为系统可靠性的验前信息；（3）综合验前信息和系统级可靠性试验信息对系统可靠性进行评估.现在又出现了将信息融合技术和证据理论应用在复杂大系统的可靠性评估方面的趋势，为复杂大系统的可靠性评估提供了新的方法。

2.2传感技术

先进的传感技术是实现预测性维修的重要手段，因为故障诊断技术的发展首先取决于能否获取尽可能多的有用信息，这是数据处理和诊断决策的基础。随着物联网技术的发展，先进传感技术在电力系统中的应用将愈发深入与重要。

2.3　抗干扰技术

由于大量微电子元件、高集成电路在电气设备中的广泛应用，电气设备对电磁干扰越来越敏感。电磁波对设备干扰造成采样信号失真、自动装置异常、保护误动或拒动，甚至元件损坏。对设备进行电磁兼容性考核试验是二次设备状态检修的一项很重要的工作。因此，为了确保监测信号的准确性，必须在状态检测过程中采取抗干扰措施。近年来，小波变换技术、数学形态学滤波技术、分形学等被广泛用于信号提取，能有效滤出各种噪声信号。

3.变电设备状态检修的应用

3.1变压器

变压器的状态监测项目主要有：油中气体测量与分析局部放电测量、有载开关的触头磨损及机械和电气回路的完整性测量等。常用的监测方法有：

（1）气体分析法。由于设备内部不同的故障会产生不同的气体，通过分析油中气体的成分、含量和相对百分比，就可以达到设备绝缘诊断的目的。

（2）局部放电法.常用的局部放电检测方法有声学检测、光学检测、化学检测、电气测量等，过量的局部放电，既是设备绝缘系统老化的征兆，也是造成绝缘老化的重要机理。

（3）频率响应分析法.该方法是用于检测变压器绕组有无变形的有效方法，绕组机械位移会产生细微的电感和电容的改变，而频响法正是通过细微的变化来达到监测变压器绕组状态的目的。

3.2断路器

断路器常见的故障有：断路器拒动、断路器误动、断路器出现异常声响和严重过热、断路器分合闸中间态、断路器着火和断路器爆炸等。直流电压过低、过高，合闸保险及合闸回路元件接触不良或断线，合闸接触器线圈极性接反或低电压不合格，合闸线圈层次短路，二次接线错误，操作不当，远动回路故障及蓄电池容量不足等因素，都能造成断路器拒动。另外，开关本体和合闸接触器卡滞，大轴窜动或销子脱落和操动机构等出现故障亦能造成断路器拒动。根据国内外多项统计看，机械故障占全部故障的70%～80%，其他灭弧绝缘故障占有较小比例，发热故障比例更低，因此，通常把机构故障包括操动机构控制回路故障放在监测最重要的地位。

3.3隔离开关

隔离开关常见的故障主要有以下2方面：

（1）隔离开关载流接触面过热。由于隔离开关本身的特点和设计的局限，不少载流接触面的面积裕度较小，加上活动性接触环节多，容易发生接触不良现象。因此隔离开关载流接触面过热成为比较普遍的问题，隔离开关过热部位主要集中在触头和接线座。

（2）接触不良。由于制造工艺不良或安装调试不当使隔离开关合闸不到位，造成接线座与触头臂接触不良从而导致接线座过热进行刀闸大修时常发现接线座与触指（触头）臂连接的紧固螺母松动现象，这种情形一般是由于制造质量不良加上现场安装时没能检查出来造成的。接线座与引线设备线夹接触不良多数是由于安装工艺不良造成的。

3.4　GIS

GIS没有向外部露出的带电部分，其可靠性已显著提高，为检修和维护方便，需要开发不拆卸设备而用确切的简易办法诊断内部状态，主要集中在以下几个方面进行监测：

（1）气体的监测。SF6气体的监测集中在气体压力、泄漏、湿度、色谱分析等方面，由于SF6在局部放电和火花作用下会产生分解物，所以通过比较SF6的离子迁移率频谱与纯SF6气体的参考频谱变化就能检查SF6的特性。

（2）SF6断路器电寿命的监测。开断电流加权值监测，测量断路器的主电流波形、触头每次开断电流值和时间，经过数据处理计算开断电流加权值，可间接监测断路器的电寿命。

（3）断路器机械特性的监测.通过在线监测开关合、分闸线圈电流波形与正常电流波形比较，可监视断路器机械异常情况。

（4）局部放电监测。对局部放电的监测方法有很多种，如：监测分解气体的化学法、机械法、光电法、脉冲电流法和超高频法UHF等。

4.结语

随着电力体制的改革，定期检修制度已不能完全适应形势发展的需要。状态检修是以设备状态为基础，以预测设备状态发展趋势为依据的检修方式。随着在线监测技术、数字化变电站的快速发展，对变电设备进行状态检修不仅成为可能而且是一种必要的技术手段，应该大力推广与实施。