讲义：火电厂电气设备的状态检修技术.doc

火电厂电气设备的状态检修技术第一章 状态检修概述一、状态检修体制的演变从全球工业发展的历程来看，设备检修体制是随着社会生产力的发展和科学技术的进步而不断演变的。由第一次产业革命时的事后检修/故障检修（BM，Break Maintenance）发展到19世纪第二次产业革命的预防性检修（PM，Prevention Maintenance）。预防性检修又经过多年的发展，根据检修的技术条件、目标的不同而出现不同的检修方式。主要有以时间为依据，预先设定检修工作内容与周期的定期检修（TBM，Time Based Maintenance），或称计划检修（SM，Schedule Maintenance）；以可靠性为中心的检修（RCM，Reliability Centered Maintenance），RCM是一种以用最低的费用来实现工业设备固有可靠性水平为目标的检修方式；到1970年，美国杜邦公司首先倡议状态检修（CBM，Condition-based Maintenance）也叫预知性检修（PDM，Predictive Diagnostic Maintenance）。这种检修方式以设备当前的工作状况为依据，通过状态监测手段，诊断设备健康状况，从而确定设备是否需要检修或最佳检修时机。状态检修的目标是：减少停运（总检修）时间，提高设备可靠性和可用系数，延长设备寿命，降低运行检修费用，改善设备运行性能，提高经济效益。二、国内状态检修开展情况简介随着我国电力事业的发展，国内电力系统电气设备的检修方式也大致经历了三个阶段：解放前的电气设备是坏了才修；解放后学习苏联采用定期计划检修，设备的可靠性大为提高；但是几十年的经验证明，定期计划检修也存在难以克服的缺点，为此，“根据设备状态制定预防性检修”（简称状态检修）以替代传统检修方式，逐渐得以重视。尤其是本世纪以来，随着我国电力系统发展的步伐加快，电力设备科技含量的提升，新技术、新装置得以大规模应用，加之企业自身发展要求的推进和发供电合同承诺意识的提高，对安全生产，发供电可靠性和优质服务提出了更高的要求，从而改变原有周期检修的固定模式，寻求设备检修新思路成为一种必然，因此，当国外先进电力企业已在稳步推进状态检修的同时，国内电力企业也加大了探索和实践的力度。国内供电企业早在上世纪80年代就已经开始在变压器等供电设备的检修方式上开展了状态检修的试点工作。自厂网分离以后，国网公司积极加大开展状态检修的力度，又在电力行业率先提出“试点先行、逐步推进”的原则以促进状态检修在供电企业的实践，并且正在稳步推进各级电网企业状态检修的管理体系、技术体系和评价体系建设，同时还高度重视状态检修的学术研究工作，至今年8月份，已经先后召开了全网范围内的“输变电设备状态检修研讨会”五次，广泛邀请电网企业、高等院校、科研单位、设计单位和相关厂家共商对策，所形成的成果又进一步在全网企业内部扩大试行范围，取得了一系列显著的成果。国内火力发电企业由于种种原因，推行状态检修工作虽然开展较迟，但由于近年来的高度重视，也取得了可喜的成绩。众所周知，长期以来，发电厂的检修工作一直采用预防性试验计划检修、事故抢修的管理方式。这种方式,虽然对我们设备检修及安全生产工作曾经起到了很大的作用。但是，随着机组容量的增大，辅机设备数量的增多，这种检修管理方式不论设备好坏都要按计划进行检修既浪费人力、物力，又降低了机组的可用系数。因此，随着机组容量的增大,辅机设备数量的增多，科技水平的提高，计划检修的方式将可能被另一种检修方式即状态检修管理方式所代替。三、状态检修的定义状态检修可以简单定义为：在设备状态监测的基础上，根据监测和分析诊断的结果科学安排检修时间和项目的检修方式。它有三层含义：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。就电气设备而言，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、电力市场等方面信息作出检修决策。具体到发电企业来说，状态检修就是根据机组或其他设备的运行工况、电流、电压、负荷功率、温度等信号量来判断系统的健康状况，根据健康状况决定是否需要检修、怎样检修，来提高设备的可靠性和利用率。当然，在发电厂检修决策时还要考虑电网运行状态，如用电的峰段与谷段，发电的丰水期与枯水期；要考虑设备所在单元系统其他设备的运行状态，按系统为单元检修比只检修单台设备更合理；另外，还应当考虑电力市场的需要，并进行决策风险分析。四、开展状态检修的必要性在以往那种计划检修体制下，检修规程原则规定是“应修必修，修必修好”，检修项目、检修工期均由管理部门根据规程和经验制定。由于随着电气设备技术的进步，加之国民经济的快速发展，对电力生产可靠性又提出了更高的要求，现行的检修体制日益明显地暴露出其缺陷，主要表现在：一是临时性检修频繁；二是维修不足；三是维修过剩；四是盲目维修。由于这种检修制度有失科学性，相应的还存在一些负面影响，不但不利于对设备的科学管理和提高企业的经济效益，也容易淡化技术管理责任，僵化了技术人员的思维方式，由于在计划性检修制度下，检修项目抓不住重点，分不清主次，不是检修过剩就是检修不足，导致电气设备的使用寿命缩短。而造成上述现象的主要原因就是由于现行检修体制所存在的以下几个弊端：1、纯计划检修的不科学性 纯计划检修是依据设备的制造质量、安装工艺、现场投运调试情况而预定一个检修周期，将其写入设备的检修规程并固定下来，由生产计划部门参照执行。纯计划检修虽然对设备状态不佳的设备进行了必要的维修，但对设备运行情况良好的设备按部就班修理，这样势必造成有些设备越修越坏或良好设备一修便故障率增加的现象，因此缺乏科学性。2、设备检修的不经济性 纯计划检修一方面致使有些状况较好的设备到期必须修理，增加设备检修费用，同时又加速了设备的磨损，甚至缩短了使用寿命，降低了设备利用率；另一方面，少数状况不好的设备因检修周期未到而得不到及时检修，降低了设备运行的安全可靠性，甚至到发生事故后才抢修，扩大了经济损失。3、检修过程的不持续性 进入九十年代以来，有许多发电厂相继推出了检修运行分离的管理体制的改革措施，纷纷成立和组建了各自的检修，但由于发电厂和检修公司之间设备责任的不明确和分工的交叉，在检修特别是大修及扩大性大修方面，尽管检修质量能够得到保障，仍普遍存在着检修与维护过程的不持续性，常常使一些技改项目特别是一些小的技改项目，在检修完成后进行日常维护或事故处理时一些资料图纸、技术参数的混乱，从而延长了检修时间，降低了设备利用率，给发电厂造成不必要的运行时间损失和经济损失。相比较而言，状态检修是企业以安全、环境、效益等为基础，通过设备的状态评价、风险分析、检修决策等手段开展设备检修工作，达到设备运行安全可靠、检修成本合理的一种设备检修策略。其中安全是指由于各种原因可能导致的人身伤害、设备损坏、运行可靠性下降、电网稳定破坏等危及电网安全、可靠运行的情况；环境是指电网运行对社会、国民经济、环境保护等产生的影响；效益是指企业成本、收益以及事故情况下可能造成的直接、间接经济损失等经济效益。可见，状态检修是一种先进的设备维修体制，它根据设备运行状况进行实施维护、检修，使其经常保持规定技术性能的工作模式和管理制度。这种维修体制不再以时间为依据进行常规的定期检测试验与维护，而是着眼于密切追踪监测每台设备具体运行状况的发展变化情况，并根据规范化的状态监测结果，及时掌握设备运行状况，对设备运行状况做到心中有数，实现“应修必修，修必修好”的原则，应与不应，取决于设备状态诊断的结论。概括来说，状态检修具有以下优点：1、开展状态检修是经济发展的迫切要求。对设备进行检修是为了设备的安全、可靠地运行，而根据设备的状态进行检修是为了减少设备的检修停电，提高发供电可靠性，开展设备的状态检（监）测和分析，可以对设备进行有针对性的检修，使其充分发挥作用，即做到设备的经济运行。2、开展状态检修更具先进性和科学性。定期维护和检修带有较大的盲目性，并造成许多不必要的人力和费用的浪费；由于定期检修工作量大，往往使检修人员疲于奔命，加上现场条件和人员素质的影响，“越修越坏”的现象也时有发生。开展状态检修，可减少不必要的检修工作量，节约工时和费用，同时又集中了优势兵力，使得检修工作具有一定的针对性，是更为科学，更为先进的方法。3、开展状态检修的可行性：随着科学技术的发展和运行经验的积累，已形成了较为完整的设备状态监测手段和分析判断方法，开展状态检修要有较充分的技术保证。4、由于状态检修往往是以设备运行状态下的在线监测结果为依据进行的维修，所以能够预报故障的发生，使我们可以及时掌握设备运行状况，防止发生意外的突发事故。五、影响设备状态的几个因素提到状态检修，就必须了解影响设备状态的几个因素。我们这里所说的状态，是一个连续的系统性概念，指产品设计、材料选用、组装、运输、现场施工、调试、运行的状况以及投运以来发生过的异常情况。如发电机组运行过程因故障产生过电流、过负荷等，都会对设备的状态产生影响。对于火力发电厂的诸多电气设备而言，影响其状态的因素有很多，但以下所提到的几个主要因素是需要我们高度重视的。1、设备的制造质量如果设备出厂前就存在严重的质量不合格情况，势必影响设备投人运行后的安全可靠性。如发电机采用绝缘强度不够的嵌板、线圈，会引起电机线圈击穿。所以，选择质量优良的产品，把好设备质量关，对保证机组今后运行的安全可靠性是很重要的。2、设备的安装质量设备出品后，由于运输过程不当，及在安装过程中由于安装人员技术因素及现场安装条件的限制，工艺达不到标准的要求，这将对安全运行造成影响。所以选择技术装备优良、安装质量意识强的队伍，是避免安装质量不合格的前提。现行设备安装队伍资格审核，实行招标制度和工程质量监督制度，是解决安装质量问题的一个良好途径。3、设备的运行条件设备投入运行后，系统发生的任何异常情况，都会对设备状态产生影响。例如，变压器的过电压运行、过负荷运行，都会对绝缘的老化起到加速作用；水氢氢冷发电机的冷却水质、氢气湿度等不合格都会造成对机组的危害性增加。4、设备的运行维护设备在运行或停用过程中，由于维护不当，引起机组缺陷，如润滑油的变质，使润滑性能降低而引起机组损坏；采用不合理的运行方式或操作不当，如非同期并网会对发变组产生破坏；正常运行时，运行工况调整不当也会对设备造成损害。5、检修的工艺标准这主要是指制定检修工艺标准的水平，它受当时检修条件及检修人员技术水平等因素的影响，与所采用的检修技术措施、检修使用的材料及工具等诸多因素有关。6、设备本身的寿命周期设备有其自身寿命周期，一个产品处在不同寿命阶段，其状态是不相同的，故必须掌握不同产品的周期特性，针对设备的不同状态采用不同的检修方式。六、实现状态检修的条件1、实行状态检修，必须了解设备的设计、安装、调试、维护、运行及检修等情况，对设备运行状态进行定性分析，并根据运行资料记录的情况确定机组状态的发展趋势。这是设备状态检修的必备条件。2、采用先进诊断技术及加强设备管理是实现状态检修的重要措施。状态检修不是以运行的时间为依据，而是根据设备的健康状况来确定是否检修。要及时掌握设备的状态，单靠运行的资料是无法反映设备实际状态的，因此要通过采用各种先进的检测手段，来科学地分析设备的状态。七、深入开展状态检修尚存在的一些问题现阶段，我们还应当清醒地看到，无论是供电企业，还是发电企业，要全面深入的开展状态检修还存在一定的困难，只有解决了这些问题，状态检修才能深入开展下去。1、阻力大：一些管理部门在厉行的检查工作中强调对规程的执行，电气设备没有按照检修期进行检修要进行考核；一些管理者本着小心谨慎的态度，按部就班的执行规程规定，使状态检修不能很好的执行。2、缺乏足够的认识：从事状态检修工作的专业人员缺乏对其理论的学习及深入的研究，认为减少停电次数，拉长检修周期不仅可以少干活，也能保证安全，对状态检修如果存在以上片面的看法，是对状态检修的认识处在一个浮浅的状态，认为状态检修就是少干活，没有意识到这项工作的艰巨性和复杂性。3、技术水平跟不上实际的需要：从检修技术的发展历史看，无论事故后检修还是预防性检修都是与技术发展的水平相联系的，状态检修也是一样。实施状态检修，是有技术基础的。只有把这个基础夯实，我们的状态检修工作才能够健康地发展，获得长期的利益。4、相应的技术管理工作没有跟上。状态检修需要科学的管理来支撑。但我们的生产技术管理仍存在许多薄弱环节。基础管理不能提供完整的设备档案记录及运行、检修、试验记录，或运行检修记录不详、不衔接、资料丢失等。历史记录没有被很好地组织利用起来，只能提供十分有限的信息来改进我们的生产检修管理工作，各级专业人员不知道自己在状态检修中所扮演的角色，检修工作没有着眼于取消没有必要的工作，多年延续下来的定期检修制度严重束缚人们的思维，只知道按“规定”办，至于该不该修则很少考虑。至于新的检修周期的确定、检修项目的变更是否合适，怎样在实践中去检验，寻找规律，找出每类设备检查或检修较经济的周期，在这方面专业管理人员做得远远不够。49第二章 关于状态检修技术的探讨一、发电厂电气设备实施状态检修的技术可行性当前，发电厂推行电气设备状态检修的技术可行性在于以下几点：1、近年来，发电企业的快速扩张和发展，对于电气设备的运行和维护积累了大量的经验，相关的运行和维护技术日臻成熟，这为实施状态检修工作奠定了技术基础。2、科学技术的发展促进了电气设备制造技术的提高，无论是绝缘材料、生产制造工艺、技术指标性能等都有了可靠的发展，设备在制造过程中就有了一个较好的状态，这为状态检修提供了一定的物质基础。3、随着电力技术的飞速发展，新型设备和新技术广泛投入运行及应用，例如先进的传感技术、信息采集处理技术、干扰抑制技术、模式识别技术等的大量应用，导致电气设备制造水平及运行监测手段不断提高，使得设备的安全运行有了好的基础。比如，远红外线成像监测技术，大型变压器油色谱分析在线系统，变压器绕组变形探测技术，电容型带电设备集中在线监测技术，氧化锌避雷器及绝缘子的泄漏电流、阻性电流、有功损耗的在线监测技术，电压互感器和电流互感器及套管的一次泄漏电流、等值电容、介损的在线监测技术，等等，都已广泛投入电力企业使用，能随时随地对设备的运行状态进行监视，可以很好地帮助我们进行分析和判断，使正确诊断设备状态有了可能。今后，在实施发电厂的新建、扩建和改造工程时，应当综合考虑采用这些技术来为状态检修服务。4、随着传感技术、微电子、计算机软、硬件和数字信号处理技术、人工神经网络、专家系统、模糊集理论等综合智能系统在状态监测及故障诊断中应用，使基于设备状态监测和先进诊断技术的状态检修研究得到发展，成为电力系统中的一个重要研究领域。5、火力发电厂自动化专业的发展为在整个电厂范围内进行大规模的设备在线状态检修和利用通信、图片信息、地理信息进行综合的检修管理及自动化的实现创造了机会。二、从电气设备故障的形成规律分析状态检修的必要性（统计学分析）1、电气设备故障和缺陷的浴盆曲线图1常规运行时间变化的设备故障率曲线一般情况下，电气设备的故障或缺陷在新安装投运期间由于安装质量方面的问题、设备本身存在的薄弱环节、设计和工艺等方面的缺陷等，在开始投运的一段时间内暴露的问题比较多，随着消缺后运行时间的增长而近于平缓，运行一定时间后，随着设备陈旧化，逐步暴露的缺陷开始增加，呈现出一条趋近于浴盆曲线的图形，参见图1。经常性的定期维修使常规的设备运行浴盆曲线规律发生了变化，每维修一次，出现一次新的磨合期，使维修后的故障率增高。参见图2。2、电力设备功能退化的规律（P-F曲线）电力设备大多故障一般不会在瞬间发生，并且在功能退化到潜故障P点以后才逐步发展成能够探测到的故障（参见图3）。之后将会加速退化的进程，直到达到功能故障的F点而发生事故。这种从潜在故障发展到功能故障之间的时间间隔，被称为P-F间隔。图2多次定期维修可能形成的设备故障率曲线如果想在功能故障前检测到故障，必须在P-F之间的时间间隔内完成。由于各种设备、各种故障类型、各种故障特点对应于P-F间隔的时间是不定值，可能是几个小时，也可能是几个月或几年不等，因此定期维修一般情况下不可能都满足P-F间隔的时间要求，从而导致设备功能故障的发生。而有效的在线监测就可能捕捉到P-F间隔的整个发展过程，并在到达功能故障F点之前的合理时机采取措施进行维修处理。图3 电气功能退化的P-F曲线3、传统维修观点与现代设备的故障特征存在差异传统观点认为，设备运行和发生故障的可能性有直接关系，这意味着大多设备可以可靠地工作一个周期，然后逐步发生故障或缺陷。因此，可以从设备故障的历史数据中确定设备可以可靠工作的周期，并在设备即将出现故障之前采取维修预防措施。这一观点对一些简单设备和部件（如风扇、阀门座、潜油泵、冷却器等）的故障模式来说是客观存在的。然而，现代先进的电力设备比过去的老设备要复杂得多，技术上、结构上、工艺上都有了质的变化，因此其故障模式也发生了很大的变化。往往认为设备的可靠性与运行时间之间总是存在着某种固定的关系，定期维修越频繁设备发生故障或缺陷越少的观点是错误的。实践证明，除非与运行时间有关的故障模式占主导地位以外，大多情况下定期维修只能增加发生故障或缺陷的机率，降低运行设备的可靠性。三、电气设备最佳检修方式的探讨上面讨论的状态检修的诸多优点和开展状态检修的必要性，但是电力系统及其设备是一个复杂的有机体，并不能一概而论的采用某一种检修方式，因此我们有必要做进一步的探讨。1、设备故障和磨损的基本型式状态检修更加强调单设备的状态，而一台设备是否需要检修往往是由于某些部件故障所引起的，换言之，对一台设备的检修往往是针对某些部件进行的。一台设备由许多零部件组成，由于每个零部件的结构、材料、在实际运行中所处的状态、承受的作用（如电的、热的、机械的等）各不相同，因此所呈现的损耗和磨损规律不可能相同，针对不同的故障规律采取不同检修方式才是比较合理的。一般设备的故障和磨损规律有以下几种型式：（1）浴盆规律（见图4）；（2）逐渐减少规律（见图5）；（3）稳定发展规律（见图6）；（4）维护不当规律（见图7）；（5）自然增长规律（见图8）；（6）衰老型规律（见图9）。故障率故障率 婴儿期 壮年期 衰老期 t t 使用时间 使用时间 图4 浴盆规律 图5逐渐减少规律 故障率故障率 t t 使用时间 使用时间 图6稳定发展规律 图7维护不当规律故障率故障率 t t 使用时间 使用时间 图8自然增长规律 图9衰老型规律2、最佳检修方式的确定最佳检修方式的确定，首先是如何寻找设备检修的最佳时机，进而有针对性地确定检修项目，实现费用最小情况下降低设备故障率或延长设备使用寿命的根本目标。在具体实施时就是根据被检修设备的结构特点、材料、运行状态、各种故障的产生和发展规律、在系统中所处的重要程度，故障适用的修复方法，同时结合电力系统本身的特点进行综合分析，确定一种最佳的检修方式，只有这样才能获得令人满意的检修效果。最佳检修方式的确定一般应从以下几个方面来考虑：（1）按损耗规律确定对故障率符合稳定发展规律（图6曲线）和处于浴盆曲线（图4曲线）底部阶段（壮年期）的设备,采用定期预防检修的方式是没有意义的。因为此种情况下设备的故障率是基本恒定的，通过检修并不能降低其故障率。其检修方式的确定应根据设备的重要程度选择状态检修或事后检修。对处于浴盆曲线的衰老期（见图4）及符合衰老型规律（见图9）的设备，若能通过对其状态进行监测，在设备运行时间到达拐点之前进行检修（即状态检修）是合适的。一台设备由不同的零部件组成，每种零部件所服从的损耗规律各不相同。所以，针对每一个部件自身的损耗规律采用相应的检修方式，将会收到较好的效果。如：变压器绕组绝缘的损耗规律符合浴盆曲线，当其处于浴盆底部时可采用状态检修的方式；而密封胶垫的损耗规律符合衰老型曲线，可采用定期检修的方式。（2）按重要程度确定对电力系统中的某些重要设备，如：大型发电机组、变压器等，尽管分析监测不能代替修理，但在多数情况下可以避免更大代价的检修甚至是灾难性的故障。对此类设备或部件进行状态监测预知故障，显然是必要的。如果预测故障的可信度较高，如变压器的绕组绝缘、铁芯过热等，可采用基于状态监测的状态检修方式。如果预知故障的可信度较低，可根据具体情况选择其它的检修方式。对一些在整个系统中非重要的设备或部件，如：普通照明、非重要的信号系统、监测系统等，采用事后检修的方式是比较合适的。这样既省掉了预防检修的时间和费用，又不至于对整个系统造成较大的影响。（3）通过经济技术比较确定有些设备或部件在系统中的作用可能是非常重要的，但对其故障预知监测在技术上是有困难的，因为它们的运行状态参数难以收集，或在经济上不合算。如：高压断路器是电力系统中的主要设备之一，断路器的机构是断路器的关键组成部分，其机构卡涩及配用液压机构的断路器的机构中液压油的杂质，在很多情况下造成断路器的故障。采用定期检修的方式，对机构转动部位定期润滑，对液压机构的液压油进行定期过滤，要比通过状态监测而采用状态检修更方便、有效、经济合理。再如：隔离开关转动部位的润滑情况、充油设备的密封胶垫的老化程度等，显然也不宜采用预知监测。（4）按设备的运行特点来确定有些设备或部件由于其运行特点，难以进行状态监测。如：继电保护和自动装置的接点，只有在需要时才接通（或断开），再如大部分半导体装置的元器件，在故障前是很少或根本没有先兆的。因此，对此类设备进行定期维护检查是适宜的。（5）按设备停电单元确定状态诊断是以单台设备为目标的，而电力系统中设备的停用一般涉及一个设备单元，当一台设备因故停电检修时，对同一停电范围内的其它设备进行一些预防性的检修是非常必要的。尤其是重要设备的停送电往往涉及到一个区域的运行方式和电力供求关系的调整，这样的配合性检修更不允忽视。3、举例现以发电厂主变压器的检修为例来说明确定最佳检修方式的方法。首先，对变压器的各组成部分按照其各自的损耗规律、在整台设备中的重要程度及对其进行状态监测的效果等进行分析归类，根据分析结果（见表1）来确定各个组成部分的检修方式。然后，对各部件的检修方式进行汇总确定出整台设备的最佳检修方式。表1 主变压器检修方式选择分析汇总表部件名称损耗规律该部件故障对整台设备的影响程度状态监测手段的监测效果应采用的检修方式绕组绝缘浴盆型大色谱、绕组变形，效果好状态检修铁芯过热浴盆型较大色谱、铁芯绝缘电阻，效果好状态检修密封胶垫衰老型小不经济，效果差定期检修外瓷绝缘稳定发展型大巡视、绝缘试验，效果好事后检修分接开关逐渐发展型大直阻、分离角，效果好状态检修潜油泵逐渐发展型一般效果差定期维护或事后检修通过分析可以看出，绕组绝缘、铁芯、分接开关应采用状态检修的方式，其它部分采用定期检修或事后检修的方式。即当主变绕组及铁芯通过监测证明无故障时，检修中可不进行吊罩检查。这样既避免了因不必要的吊检而带来的由于吊罩过程中因过失造成的零部件损坏、遗留异物及因气候或现场条件限制造成变压器芯子的污染或受潮，又大大减少工作量、缩短检修工期 、降低检修费用。4、结论（1）状态检修不一定适用于所有设备，各种检修方式有自己的特点，也有自己的适用范围。检修方式的确定应视检修对象的具体情况不同而采用相应的方式，一律采用一种检修方式是比较片面的。（2）一台设备，不同的部件可采用不同的检修方式，或者是几种不同检修方式的优化组合。最佳检修方式的确定，应根据设备的损耗和磨损规律、重要程度、结构、材料及运行特点等因素进行综合分析。（3）确定设备最佳检修方式的诸多条件来源于对设备特性和故障情况的掌握程度。因此，提高设备的管理水平是确定设备最佳检修方式的前提。四、状态检修技术的基本策略1、状态检修的信息构成基础状态检修的基础在于状态分析，而状态分析的基础是状态信息。因此设备状态信息是评估设备状态的主要依据和开展状态维修的必要条件。设备状态信息主要包括：（1）预防性试验数据（包括传统试验项目、特殊试验项目、带电诊断以及在线监测等）；（2）与设备状态相关的运行信息（如反映变压器寿命损失的负荷时间记录、反映开关触头老化的开断大电流时间记录等）；（3）缺陷、事故和维修记录（包括家族质量记录）。过去，在我们日常的设备管理中，这些状态信息彼此隔离或无记录，这不利于全面的设备状态分析，建议建立计算机管理档案系统。预防性试验以预防性试验规程为主，但应考虑近年来发展的新的试验技术，如变压器绕组变形、红外和紫检测等。不良运行工况因设备不同而异，如变压器，可以考虑过负荷（过负荷程度和持续时间）、侵入波（幅值和陡度）、出口（近区）短路等；对于断路器包括开断短路以及负荷电流的幅值、时间，操作次数等等。缺陷记录指从出厂试验、交接试验和运行过程中发现的各种异常和缺陷，包括非绝缘性缺陷，如漏油、漏气等。维修记录主要反映设备的维修历史，如何种原因维修、何种性质的维修、维修中发现的问题与维修前评估、维修的效果等。家族质量记录主要基于这样一个概念，同一型号、特别是同一制造商同一型号的设备，往往有共同的质量弱点，家庭质量记录对其它设备有警示作用。2、设备状态分析和检修策略状态分析的目的是基于设备的状态信息，对设备状态做出一个初步的评价，作为安排维修的一个依据。设备状态分析方法有两个：横向对比和纵向对比。横向对比是将某个设备的状态信息与同类设备等相比较，以确定劣化的显著性，若被比较设备的状态信息与同类设备之间没有显著性差异，基本可以确定设备是正常的，比较时涉及的同类设备越多，结论越可靠。因为大量设备同时出现缺陷的几率很小。在进行横向比较时有两个因素可能影响结论，一是同类设备的含义，二是同类设备的数量。纵向对比分析是从设备劣化的趋势来确定设备的状态，即不局限以一个阀值作为设备“合格”与“不合格”的分水岭，而是根据劣化的趋势来识别设备的状态。其实许多情况下设备的状态并非如此界限分明，缺陷的最终显露通常是微小的劣化逐步发展的结果，所以说，相当部分的设备处在正常和有缺陷之间的第三种状态，即灰色状态，而这些设备才是状态监督管理的重点和难点。3、理想判断电气设备健康状况的过程：（1）全面、系统的汇总电气设备的状态数据。（2）以在线监测方式代替部分停电试验手段，获取更为连续且更为符合实际的状态数据。（3）所有电气设备的初始状态数据经计算机进行全面的、系统的处理，形成系统的状态数据。（4）建立初步的计算机辅助判断系统，对状态数据分析判断，从而获取是否检修的依据。五、开展状态维修的几个重要环技术环节1、把好设备初始状态关初始状态包括以下几个方面的内容：（1）注重设备设计选型工作，有意识地为运行中开展带电或在线检测创造先天条件；（2）加强对设备的监造和出厂验收，确保产品入厂质量；（3）加强对安装调试质量的监督检查，严把验收关；（4）新设备在投运后力争在5年内进行一次大修，以便更深入地掌握设备在设计、制造和安装过程中所遗留缺陷和问题。2、积极采用先进的在线或带电检测手段对运行中的设备除了加强常规监督测试，严格执行预防性试验规程和设备定期检查试验制度中规定的试验和检修项目外，还要配合采用先进的检测手段（譬如，带电检测设备的泄漏电流、油色谱分析、红外诊断等），及时掌握设备的技术状态。3、提高状态分析水平设备状态分析水平是状态监测与状态检修相衔接的关键一环，主要包括三个方面： （1）加快火电厂电气设备在线监测数据向厂用SIS系统远传功能的开发，并提高传送水平。使在线监测装置通过接口SIS计算机局域网络相连，设备管理部门和电气检修单位通过网络能实时调用各装置所测数据，从而真正发挥在线监测装置的作用。（2）建立设备状态的微机信息管理系统。利用这个系统逐渐实现状态维修管理工作的标准化，管理业务的程序化，数据资料的完整化和准确化，状态信息的资源共享化和综合处理化。（3）加强测试数据分析。要重点把有助于广泛掌握设备状态和把握设备状态变化趋势，从而制定更科学的检修策略的数理统计的方法应用到状态检修中去，即通过对有关设备大量的历史资料，包括出厂试验、历次试验、检修与故障记录以及运行状况等的统计分析，对某类设备的状态作出评估，对其状态的变化趋势或规律作出预测。 譬如以MOA（金属氧化物避雷器）在0.75UImA下的泄漏电流这一试验项目为例，规程仅给出了50A的阈值，大于50A视为不合格，容易理解，45A和5A虽然都算合格，但反映出MOA阀片的状态并不相同。此外运行了十年的MOA逐年缓慢达到45A和运行了一年就达到45A，反映出MOA阀片的状态也不相同。六、推行状态检修的其它相关问题状态检修不单是技术方面的问题，更是观念的更新，体制的创新和管理的改革及高素质人员的要求，下面对这几个问题简述如下：1、开展状态检修需要观念更新实施状态检修需要改变人们传统的预防性检修思维方式，同时又要逐步地用变化的观念去解决技术及管理问题。应该认识到在实施状态检修及管理工作中不可能寻得一种快速的、一次性解决所有问题的方法，这样的系统工程不可能一蹴而就。实践证明，观念更新和脚踏实地地从基础工作做起是实施状态检修的关键之一。2、开展状态检修需要体制创新电气设备的定期检修制度及方法一般都是通过相关规程、条例、导则得以体现的。而实施状态检修首先在剖析现行各专业规程的基础上，结合设备现状制定出一个可靠、有效、客观的指导性文件。如对专业规程规定的技术条件、标准、工艺等原则上要执行，而对设备检修的“周期规定”要逐步改革，并对检修内容及方法进行改进。尤其有利于状态检修工作开展的安全生产管理机制尚未形成，迫于当前电力安全生产形势的压力，使得宁可检修过剩，按部就班，也不甘冒险开展状态检修，费力不讨好，这在很大程度上抑制着状态检修的实施，因此需要建立激励机制，并对事故责任的追究亦作相应客观而合理的改变，使之有利于状态检修的试行和逐步发展，并在实践中积累经验，完善制度。3、开展状态检修需要加强管理开展状态检修工作首先要领导重视。在科学管理的基础上，领导要敢于承担技术责任，要建立起由有关领导牵头，有关部门负责人和技术专家、专业骨干组成的负责、策划、组织、协调并指导状态检修工作的领导小组，以协调相关专业部门的分工、配合、衔接和实施等各项具体工作，组织有关人员编写、制定状态检修的有关规章制度，重点明确推行状态检修工作的步骤，以及各个阶段的重点、实施状态检修的设备对象。状态检修本质上是一种检修管理模式，需要科学的管理手段支撑。状态诊断主要是建立在大量数据统计分析的基础上，随着计算机管理信息系统的普及及推广应用，建立设备信息管理专家系统就显得十分必要。利用这类系统逐步实现检修管理工作的标准化、程序化、准确化，实时分析每台设备的状态并进行状态变化趋势的分析，减少了数据分析、统计、比较工作中的工作量和误差率。4、开展状态检修需要提高人员素质状态检修是一项系统性、技术性很强的工作，从基层班组到设备管理部门，有关人员需要适应新的设备状态管理模式，应该设置状态分析岗位，从领导上、体制上推动实施。5、检修策略中人工智能的引入这一检修策略中，许多地方仍采用了一些经典的处理方式，这些经典的方式不一定全面反映客观实在，因此，引入人工智能是十分重要的。在综合诊断中可以有多种人工智能方式帮助决策，不但可诊断出是否检修，并可能给出故障类型程度。在检修管理系统中引入智能技术，可以更准确、科学地排定检修计划，总结历史经验，优化配置人力、物力，提高管理水平等。第三章 电气设备状态检修技术的一般技术问题一、状态检修技术及其理论所包涵的主要内容状态检修技术是随着故障诊断技术的不断发展而逐渐进入实用化，并由于其巨大的经济效益而在电力系统引起广泛重视，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。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2530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设备寿命并保证效益。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。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。2、电力设备的可靠性技术可靠性技术是一门在40年代开始于美国的专业技术，其后苏联提出了可靠性与维修性理论和统计方法。所谓可靠性是只机械设备和元件等在规定的条件下和预定的时间内，完成规定功能的能力。系统的可靠性数学模型在很多文献中均有介绍，一般把可修系统归为马尔科夫模型和非马尔科夫模型。设备可靠性通常用可靠度函数来定量描述。定义为不可靠度函数，它是产品在时间内发生故障的概率：,可靠度函数定义为：=1-，其中为故障密度函数。传统的电力设备可靠性评估基于威布尔得出的浴盆曲线法，如图10所示，但是此法只对有支配性损耗故障的设备进行维修，且精度不高。3、设备状态监测与故障诊断技术设备状态监测是故障在线诊断和离线分析的基础。目前发电机状态监测的技术手段相对比变压器等电气设备的状态监测技术成熟，只是在实际应用时，如何准确判断电机状态，还需进一步工作经验积累。美国电力研究院（EPRI）下属的监测诊断中心（M&D）利用40多项先进的测量技术和分析软件，对美国50家最大的电力公司的发电厂、电网中80的设备进行了在线监测和故障分析，了解设备的运行状况和健康水平，并据此制定设备维护和检修计划。我国对运行变压器的状态监测作了大量的工作，有单一信息量和多信息量的，但从应用效果看不甚理想。关于开关的状态检修及故障诊断，由于其故障机理较为清楚，故障诊断原理与方法比较成熟，国内已研究出检测装置和检测方法。故障诊断技术的研究已经由单一地偏重故障机理与诊断方法的研究发展到故障诊断专家系统的研制开发。迄今为止，国内外现有的专家系统尚不能对设备故障故障进行全面的自动诊断，还依赖于有经验的专家进行判断，其主要原因是由于这些专家系统所包含的知识还不足以全面反映故障的征兆与其原因之间的映射关系。1早期故障期；2偶然故障期；3耗损故障期图10 典型“浴盆曲线”图4、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。图11为状态检修的一个简化决策流程。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。图11状态检修简化决策流程5、状态检修的理论内涵世界各国研究与实践证明，根据设备实际状态进行维修是行之有效的办法。任何设备发生故障前均有一些征兆。例如：轴承故障前的振动信号、异常声响信号，润滑油内金属颗粒信号的异常变化等。设备由正常状态到故障发生，其状态信号有一个发展变化过程。这个潜在过程可用P-F曲线表示，详见图12。故障萌发点代表刚刚出现故障，没有明显征兆；潜在故障点P有明显征兆；F点代表设备丧失功能的故障发生点。由潜在故障点P到功能故障点F通常都会有一段或长或短的时间。通过监测其状态参数，就可以捕捉到故障萌发点或潜在故障点的状态参数变化，从而进行分析，发现故障部位、性质及变化规律。图12 设备故障过程的状态信号变化二、电气设备实施状态检修所需要的技术支持实施状态检修是在运行人员和检修人员随时了解设备状态和对存在潜在故障的设备加强监视的情况下进行的，它是建立在在线状态监测和故障诊断广泛实行的基础之上的。目前实现电气设备状态检修需要下列技术支持：1、复杂大系统可靠性评价复杂大系统可靠性评估是状态检修技术中的关键技术，也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。在可靠性评估领域，对复杂大系统的可靠性评估一直是重大难题之一。主要原因之一是由于费用和试验组织等方面的原因，不可能进行大量的系统级可靠性试验，而只能利用单元试验信息，如何充分利用单元和系统的各种信息对系统可靠性进行精确的评估是相当复杂的问题。20世纪 90年代中后期以来，国际上普遍使用“金字塔”模型进行可靠性综合评估，取得了一定效果。这种模型是从底层出发直至系统级，逐级向上折合、综合，最终对大系统的可靠性进行评估。由于这种方法的数据来源单一及综合过程的多级近似而导致了评估结果的可信度不高。因此现在又出现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、先进的传感技术先进的传感器是实现预测性维修的重要手段，也是一个长盛不衰的研究热点。因为故障诊断技术的发展首先决定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。一些原来用于军事方面的传感技术已有一部分移植到电气设备的状态监测上来。如光纤传感器等，目前研究重点就是发展集成化、阵列化、智能化的传感器和电压敏、热敏及气敏等敏感元器件产品。除传感器本身的问题外，需要研究的还包括传感器的放置问题，在很多情况下，传感器的位置不同可能会造成不同的测量结果。3、信息采集处理技术由于状态监测所选用的传感器一般是非侵入似的，不影响被监测设备的正常运行，所监测的特征信号，既有状态变量，也有二次效率信息（如分解物等），因此可能有很多信号反应设备的状态，如局部放电过程中会产生电脉冲、气体生成物、超声波、电磁辐射、光、局部过热、产生微量金属元素等现象。相应的就可监测电脉冲、气相色谱、超声波、电磁波、光、红外光、金属原子含量等信息。不同的设备可能会选择不同的信息及不同的信号处理方式。同时，由于信号在传送过程中往往受其它信号的干扰，因此传感器所测量的数据究竟采用模拟传输还是数字传输或采用有线传输还是无线传输等问题也应深入研究。4、干扰抑制技术尽管在状态检测过程中采取了很多的抗干扰措施，但在在线监测过程中仍会受到现场中不可避免的干扰，因此除对硬件滤波器和数字滤波技术进行深入研究外，近年来发展的小波变换技术也被广泛应用于信号提取中，它可有效地滤除各种噪声信号（如现场测试中经常遇到的载波信号干扰），可把有用信号从比信号强几个数量级的干扰中提取出来。5、模式识别技术故障信号的分类一直被认为是较困难的研究课题。因为过去用频谱来区分故障类型的方法有很大的局限性，许多不同类型的故障信号频谱往往有一部分甚至大部分是重叠的，在频域内很难加以区分。现在，研究故障的特征提取和特征识别的方法是故障诊