浅谈电力设备状态检修技术

浅谈电力设备状态检修技术

倪榛潞袁昆刘泽群谢蓉静郑宏

国网江西省电力有限公司宜春供电分公司

摘要：本文笔者在对国内外电力设备状态检修技术文献的深入研究基础上，分析了电力设备状态检修技术的应用现状、发展及最新进展，提出了研究状态检修技术中面临的很多问题，并为该领域的进一步研究提供额一些新思路。

关键词：配电设备；检修技术；信息管理

状态检修方式以设备当前的实际工作状况为依据，它通过先进的状态监测和诊断手段、可靠性评价手段以及寿命预测手段，判断设备的状态，识别故障的早期征兆，对故障部位其及严重程度、故障发展趋势做出判断，并根据分析诊断结果，在设备性能下降到一定程度或故障将要发生之前主动实施维修。它为电气设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。

1配电设备状态检修决策支持系统的总体结构

随着传感技术、微电子、数字信号处理和计算机网络技术在状态监测中的应用，使状态检修成为可能。而人工神经网络、专家系统、模糊集理论等综合智能技术在状态识别和故障诊断中的应用，使状态检修得以实现。

本系统根据在线和离线监测诊断数据、设备寿命预测数据、可靠性评价数据、设计参数、检修历史数据、同类设备统计数据等进行综合分析，并利用状态评价准则体系对设备状态变化趋势进行预测，运用决策模型给出检修什么和何时检修的建议，并制定检修计划，发布到企业网站。

2状态检修技术发展概况

状态检修随着故障诊断技术的发展而逐渐进入实用化，并由于其巨大的效益而在工业界引起广泛重视，理论研究和生产实践都在进一步深入。国外在状态检修技术研究与实践应用方面都已取得了较成功的经验。美国、德国、日本、法国都有应用这项技术的报道。与状态检修密切相关、能直接提高状态检修工作质量的理论与技术主要包括4个方面的内容，即设备寿命管理与预测技术、设备可靠性分析技术、设备状态监测与故障诊断技术和信息管理与决策技术。

2.1设备寿命管理与预测技术

大多数工业化国家的电力基础设施在20世纪60与70年代间得到极大扩充，因此，多数电力主设备的在役时间在25～30年左右，且进入老化阶段的设备所占份额愈来愈大。这种情况迫使各电力公司考虑如何延长机组寿命并保证效益。状态检修中寿命预测与评估技术的应用，有利于科学合理地安排检修和提高设备的可用率。但电力公司可能获得的效益大部分来自于电厂主设备，因此，各国都把寿命预测和评估研究的重点放在对锅炉、汽机、发电机、变压器及高压开关等重要设备上。

（1）锅炉方面

日本是近10年来对火电厂锅炉部件剩余寿命研究最多的国家。他们采用了3种有代表性的寿命诊断技术：应力解析法、破坏试验法、非破坏损伤计测法。其中，应力解析法能评价任意部位的材料，但若运行历史或材料数据不准确，将会导致计算误差，且没有考虑材料老化这一因素。破坏试验法比其它方法计测损伤的精度高，但对不能取样的部位不适用；为此，日本研究出微小试样法、复型金相法、巴克好森噪声法、超声波噪声分析法等非破坏性损伤计测法。这些方法可以在部件材料损伤进展的同时，非破坏性地检验材料的金属组织物理性能的变化。美国电力研究院（EPRI）监测诊断中心（M＆D）也研究出用于锅炉诊断系统的寿命管理分析软件。

（2）汽轮机－发电机方面

对汽轮机－发电机进行状态检修时必须重点考虑汽轮机轴瓦、叶片，发电机定子、转子、轴系等部件。目前，美国电力研究院（EPRI）监测诊断中心（M＆D）已研制出用于汽轮机诊断系统的叶片寿命动态分析系统（BLADE）和用于发电机诊断系统的转子裂纹评价系统（SAFER），可以计算、推测叶片何处可能出现裂纹，以及产生裂纹后的寿命；并帮助工程技术人员评估汽机、发电机转子的剩余寿命及随运行时间的故障发生概率。华中理工大学也提出了汽轮机转子的在线寿命管理系统框架，并研制了200MW汽轮发电机寿命管理及故障诊断专家系统。对于转子寿命评估的方法，国内已有较为成熟的理论。

对于汽轮发电机的定子，俄罗斯的科研工作者在总结了俄罗斯11个不同电厂经验的基础上，制订了延长汽轮发电机定子使用寿命的主要原则和依据。罗马尼亚则成功研制了一套用于75MVA汽轮发电机监视诊断、数据记录及在线预测系统，其中在线预测部分，主要完成对定子绕组绝缘剩余寿命和轴系剩余寿命的评估。

在轴系方面，我国的寿命预测与评估技术有一定成果。上海交大电力系采用自己开发的MAN－DISP程序，对电气扰动下电力系统的暂态过程进行仿真并得出轴系的动态扭转力矩，成功地评价了电网扰动对300MW汽轮发电机组轴系疲劳寿命的影响。同样，华北电力大学也对国产运行近30年的50MW汽轮机－发电机进行了扭振特性及其疲劳寿命研究，采用了集中参数的机组轴系扭振分析模型，以现场事故情况为依据，模拟计算了几种典型事故大轴联轴结处轴颈和螺栓的应力应变历程及疲劳寿命损耗，对该机组的剩余寿命能够较恰当地进行评估。

（3）变压器方面

变压器剩余寿命的评估是当今监测与诊断工作的重要内容之一。现有的大多数估计变压器寿命方法，仅简单考虑负荷、温度、绝缘材料的现状，由于变压器遭受到的短路次数、过电压次数、设计弱点、修理和现场运输等因素都会影响变压器发挥功能的能力。要正确估算变压器的寿命，必须获得有关运行状况和历史信息，需要对变压器技术情况有更深入的了解。研究及实验表明，变压器很少由于技术性或使用寿命的原因退出运行，而主要受经济寿命的限制。因此，ABB公司和欧洲一些重要电业部门为避免对剩余寿命进行定量评估，开发了一种变压器排列等级方法，为变压器的寿命评估作了大量工作。

(4)开关方面

高压断路器在电力系统中担负着控制和保护的双重任务，由于它关系着系统的安全运行以及检修工作量的大小，其电寿命始终为用户所关心。目前，国内已经提出根据触头和喷口在开断时的质量损耗及根据具有线性上升弧压降特性的电弧能量计算电寿命的2种方法。但由于开关动作分散性很大，开关开断电流的大小与电磨损量是非线性关系的，因而在寿命累计时需进行加权处理。

3信息管理与决策技术

近30年来，管理决策作为一门独立学科，有了很大发展。状态检修作为一种先进的检

修体制，是与多方面的管理工作分不开的。世界各国从不同的管理目标出发，形成了不同的管理系统。芬兰的IVO输电服务公司开发的变电站检修管理系统（SOFIA）是一建立在对一座变电站的长期检修计划的基础上，从寿命周期费用（lifecyclecost）着手，使用设备的劣化模型的数学形式（状态模型）来估计设备将来状态的一种检修管理系统。SOFIA在考虑预算及其设备状态的情况下，通过检修费用的优选，降低总费用。荷兰B．V．KEMA与荷兰Delft技术大学在考虑市场情况及技术条件的前提下，研制了一种包括状态检修在内的多种策略均衡应用的mainman检修管理系统，其特点在于引入了诊断专家系统，使可靠性和安全性达到可接受的水平。德国提出将工人或供货商的管理层所有功能融为一体，以减少中间环节的瘦型管理。此管理方法在德国的Weisweiller电厂检修管理中得到运用，使该厂48％的工作任务流程得到优化，效果明显。

结语

必须在对设备进行全面监测的基础上此案才能应用电力设备状态检修技术。但目前，在电力设备运行状态在线监测系统中依然存在监测点少、功能单一、却反系统性和综合性，尤其缺乏监测的层次化和网络化等问题，阻碍了设备状态的综合和集中。此外，设备寿命管理和预测还需要解决设备寿命计算中复杂边界条件，不同温度和应力条件下的寿命损耗性以及剩余寿命评价等问题。如何建立准确的设备可靠性模型，实现设备状态的在线监测，从而开发出更适用于设备故障诊断的系统。

参考文献

[1]杨维.关于电力设备状态检修以及相应措施研究[J].通讯世界.2016(10).

[2]刘江绍,李鸿飞,代高杰.浅析电力设备状态检修实施策略研究[J].河南科技.2013(23).