变电站设备状态检修技术研究

1、WORD电力职业技术学院毕业生论文题目：变电站设备状态检修技术研究 系别: 电力工程系 专业: 电力系统继电保护与自动化 班级: 14级继3班 学号: 20142940 : 侯 鹏 论文成绩指导教师 超答辩成绩主答辩教师综合成绩答辩委员会主任21 / 25 目 录摘要11 绪论21.1 课题背景21.2 变电站设备状态检修现状21.2.1一次设备状态检修技术21.2.2二次设备状态检修技术32 实现方案42.1 一次设备状态检修实现方案42.1.1 变压器油色谱状态监测52.1.2 变压器局放状态监洲52.1.3 变压器局放状态监洲62.1.4 变压器绕组温度监测62.2 二次设备状

2、态检修实现方案623状态监测信息接入PMS系统83全寿命周期管理94状态检修的解决方案114.1 抓住设备的初始状态114.2 注重设备运行状态的统计分析114.3 制订完善的状态检修工作流程12致17参考文献18变电站设备状态检修技术研究摘 要文章在研究高压设备智能化技术导则等技术规的基础上，概括论述了智能变电站设备状态检修的技术现状，并提出变压器、继电保护装置等设备状态检修的实现方案，提高变电站运行的安全性。关键词：智能变电站；状态检修；IEC 61850；全寿命周期管理1 绪论1.1 课题背景在变电站设备检修策略大致经历了三个阶段，即事故检修、计划检修和状态检修。事故检修是一种被动检修，

3、即只在故障发生时才进行检修更新或管理工作；计划检修作为一种预防性检修，在很大程度上降低了设备故障几率，然而，计划检修耗时、耗资，在大多数设备没有任何异常表现时，对设备进行检修、维护，确保设备处在正常状态，该方法并不能保证设备在下次维修之前不劣化和失效。状态检修(CBM，Condition Based Maintenance)是指根据状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，评估设备的状况，在故障发生前进行检修的方式。目前，我国智能变电站建设正处于第二批试点工程重点推广应用的关键阶段，一、二次设备作为变电站的重要资产，与时、全面掌握设备的运行状态、健康状况与其所处环境等要素对于变电站乃至整个电网的安

4、全稳定运行至关重要，实现变电站设备的状态检修对于提高设备运行可靠性、降低运维费用等意义重大。1.2变电站设备状态检修现状状态监测技术是实现设备状态检修的基础。变电站设备状态监测技术至今已在国外出现了大量的研究应用成果，并逐步为设备状态监测、故障诊断、状态检修发挥着积极的作用。然而，目前变电站设备的状态监测系统依然存在信息共享度差、不同厂家装置基本不能互操作与不具有可替换性、状态监测装置本身可靠性差等突出问题。1.2.1一次设备状态检修技术一次设备智能化是智能变电站的重要特征之，IEC61850标准、<智能变电站技术导则>和<高压设备智能化技术导则>等标准的颁布实施对实现

5、变电站一次设备状态监测具有重要指导意义。在线监测、故障诊断、实施维修整个系列过程构成了电气设备状态检修工作的涵。因此，积极发展和应用变电站设备在线监测系统的最终目的就是为了以状态检修取代目前的定期维修，为其提供了分析诊断的依据，是状态维修策略不可或缺的组成部分。一次设备的状态监测主要包括变压器监测、GIS监测、断路器监测、容性设备监测、避雷器监测等。状态可视化要求对一次设备的温度、压力、密度、绝缘、机械特性以与工作状态等各种数据信息进行采集，为电网实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据的支撑。在线监测技术是实现智能设备状态可视化的必要手段，是状态维修的实现基础，为其提供了实时

6、连续的监测数据和分析依据。有效的在线监测系统可以随时掌握设备的技术状况和劣化程度，避免突发性事故和控制渐发故障的发生，从而提高一次电气设备的利用率，有助于从周期性、预防性维修向状态检修的转变，改善资产管理和设备寿命评估，加强故障原因分析。IEC61850标准定义了专门用于高压设备状态监测的模型，包括S组4个逻辑节点：液体介质绝缘SlML、气体介质绝缘SIMG、电弧SARC、局部放电SPDC。随着传感器技术的发展，这些逻辑节点与其包含的数据不能满足工程应用需求，需要按IEC61 850的扩展原则来进行扩充。1.2.2 二次设备状态检修技术变电站二次设备主要包括继电保护装置、监控和远动装置等。在运

7、行中，二次设备故障时有发生，对一次设备的安全可靠运行造成潜在威胁。二次设备保护不正确动作的原因涉与到保护人员、运行人员、设计部门、产品质量等许多方面。随着一次设备状态检修的进一步推广，因检修设备而导致的停电时间必须越来越短。因此，二次设备的状态检修对变电站设备的健康运行显得尤为重要。二次设备的状态监测是状态检修的基础。二次设备状态监测对象主要包括：交流测量采样系统、直流控制与信号系统、通信管理系统、微机继电保护装置的自检等。交流测量系统包括流变、压变的二次回路显示正确，绝缘良好，无短路开路现象发生；直流控制与信号系统包括直流操作回路正常、分合闸回路指示正常：微机继电保护装置的自检包括设备运行状

8、况等。二次设备的状态监测可以充分利用本身具有的测量手段，如断路器控制回路断线，TA、TV断线监测，直流回路绝缘监测，=次保险熔断报警等。微机保护和微机自动装置的自诊断技术的发展，变电站自动化故障诊断系统的完善为二次设备状态监测奠定了坚实的基础。微机保护装置各模块都具有自诊断功能，对装置的电源、CPU、I0接口、D转换、存储器等插件进行巡回诊断，可以采用比较法、编码法、校验法、监视定时器法、特征字法等故障测试方法，对于保护装置可以加载诊断程序，自动测试各台设备和部件。由于大量微电子元件、高集成电路在二次设备中的广泛应用，变电站二次设备对电磁干扰越来越敏感，极易受到电磁干扰。电磁波对二次设备干扰造

9、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。对二次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。对干扰源、敏感器件要进行监测管理。2 实现方案采集变电站主要设备状态信息，一次设备包括变压器、断路器、电容器、避雷器等，二次设备包括各继电保护设备与安全自动装置、稳控装置等，智能变电站尤其应加强网络交换机等设备的在线监视，将设备的自检诊断信息、运行工况信息等通过标准协议，送达变电站监控系统进行可视化展示，并通过远传装置发送到上级调度集控系统为电网实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据的支撑。2.1一次设备状态检修实现方案一次设备状态检修主要利用传感

10、器、计算机、数字波形采集和处理等高新技术对高压设备的温度、压力、密度、绝缘、机械特性以与工作状态等各种数据信息进行采集，通过对设备的在线、离线、预试数据的录入和获取，由专家系统对设备的故障部位、故障程度、发展趋势进行判断和预测，根据诊断结果进行检修计划的制定和调整。以变压器本体的状态检修为例，变压器在线监测系统主要包括变压器油色谱状态监测、局放状态监测、铁芯状态监测和绕组温度监测，具体实现方案如图1所示：2.1.1 变压器油色谱状态监测变压器油色谱状态监测通过变压器上适当位置的采油口和回油口，将变压器主油箱和在线检测装置的油路连接成一个封闭的油路整体，通过油路循环和气体溶解平衡，源源不断的从变

11、压油中析出所溶解的各种故障气体组分，并在油气平衡时自动进行色谱分析，并能以数小时一次的频度连续不断的分析。通过变压器油中故障气体的含量变化确定变压器运行情况。监测参数：C2H2、C2H4、CO、H2、CH4和C2H60。2.1.2 变压器局放状态监洲变压器局放状态监测通过四个声学(AE)传感器测量并析取局部放电信号，将所有的脉冲计数和平均振幅保存在存中。通过局放信号的振幅和频率，监测发生在变压器上的局放信号。监测参数：局放超声波。2.1.3 变压器局放状态监洲电流传感器安装在变压器接地铁芯上，监测变压器铁芯电流。根据铁芯电流的变化情况确定变压器铁芯接地是否正常。监测参数：变压器铁芯电流。2.1

12、.4 变压器绕组温度监测基于DFB激光器驱动电流与发出的激光信号的波长具有一定比例关系的特性。通过控制光源的电流，在一定围产生特定波长的激光信号，激光信号通过光纤传输到达高灵敏光纤光栅传感器，处理器对传感器的反射光信号进行运算分析，获得传感器反射波长，解调出传感器感应的物理量的变化。监测参数：变压器绕组温度。2.2二次设备状态检修实现方案对于二次设备的状态监测，由于采用电子式互感器采集变电站信息，进入保护装置的是光数字信号，二次电流、电压输入、AD采样不复存在，对数字采样部分实现状态监测更加容易。装置本身可以对接收的SMV采样值报文进行监视，如有接收中断、丢数据帧、接收数据帧CRC不正确等现象

13、，立即告警SMV采样异常即可。智能开关设备的使用，使二次控制系统的操作回路通过软件编程的方式实现智能化，本身具备在线监测功能，继电保护状态监测不存在常规站操作回路无法在线监测的瓶颈问题：保护的投退用软压板控制，不存在常规变电站连接片(压板)状态监测的困难；大量光纤取代铜缆，也不再需要回路绝缘状况监测(直流回路除外)。对智能变电站继电保护装置的状态监测，可以包括以下几个方面：逆变电源的监测，包括电源工作环境(温湿度)、负载情况、工作时间、开关次数、电容曲线等；以太网通讯口运行情况监测，包括接收的SMV报文、GOOSE报文速率、误码率统计、是否丢帧丢点、通讯是否中断等；液晶亮光时间统计：FLASH

14、擦写次数统计、扇区健康状况监测：微机系统的自检，如RAM是否出错、看门狗是否动作、装置的重启次数等：装置上电次数统计。在对继电保护装置的上述项目进行实时监测的基础上，各台继电保护装置的监测信息均汇集到状态监测中心，从而建立起一整套继电保护状态检修系统，使相关人员在监测中心就能够实时查询监控继电保护的运行状况，如设备的投停状态、工作环境温湿度情况、逆变电源的负荷、累计工作时间等，并在监测中心综合分析各项数据监测结果，评估设备健康状况。设备自检与诊断信息、运行工况信息可以采用工业级的通用SNMP协议作为信息传输协议。当设备出现异常信息时候，智能告警决策系统以声光电等多媒体报警形式提示运行人员制定问

15、题排查方案和设备检修预案。实现方案如图3所示：一、二次设备状态监测系统应具备以下主要功能：支持IEC 61850标准的和非IEC61850标准的状态监测装置接入，并按统一IEC61850标准建模；IEC61850或透明转发方式将数据传输到中心级设备状态监测平台，以支持这些装置的远程维护：提供符合IEC61850的访问接口服务与WEB接口，与变电站当地诊断后台交互：支持在变电站采用跨物理隔离传送方案，建立与当地SCADA或者故障录波(DFR)等系统的接口。2.3 状态监测信息接入PMS系统PMS生产管理系统总体结构图如下所示：智能变电站PMS系统在建立科学管理制度的基础上，建成一个涵盖变电站建设

16、各个工程管理部门与设计、监理、施工等单位的工程管理信息系统，形成对工程的计划和进度、成本、质量、业主资金、工程技术和文件、材料设备采购、工程施工与合同管理等高效统一规协调的管理和控制体系，形成一个从工程管理的实施层、管理层到决策层以与各种层次对外联系的信息体系，从而提高工程整体管理水平并为决策层提供分析决策所必须的准确与时的信息；同时结合现状，将设计、监理、施工等单位的各种信息统一起来，通过对这些信息的高效统一管理来实现工程管理全过程、全方位信息控制与管理的战略目标。3全寿命周期管理智能变电站支持设备信息和运行维护策略与调度中心实现全面互动，实现基于状态的全寿命周期管理。通过建立精益化的评估体

17、系，从资产全寿命周期的安全、效能和成本角度，逐步建立全寿命周期综合优化管理体系，提供综合最优的资产投资、运行维护和资产处置方案，提高变电站运行的安全性，为规划、生产、管理等一系列工作提供智能辅助决策支持。智能变电站应用技术可以减少变电站寿命周期的初期建设成本和运行维护成本。整个寿命周期成本由以下几个环节组成：管理成本：设计和工程成本：购买设备成本；试验成本；建设成本；运行维护成本；退役成本。生命周期成本构成如下图所示：对于变电站的投资可分为一次设备的投资与二次系统的投资两个部分，高压系统中一、二次系统投资所占比例约为4：1，中低压系统其投资比例为1：1。一次设备的投资主要集中在设备本身，而在二

18、次系统的投资比例中硬件部分约占投资额的40，工程和试验等费用约占60。一次设备的使用生命周期一般为4060年，二次系统的生命周期为1015年。变电站二次系统整个生命周期中的费用如下所示。据测算，实施状态检修之后年度维修试验的工作量和停电时间至少可以压缩50，一、二次设备状态检修技术具有极大的应用价值。以智能变电站全寿命周期综合优化管理的总目标为指导，在项目的各个阶段通过对影响全寿命周期总体目标的各类风险因素进行识别、研究、量化和评估，提出应对方案，并制定和实施风险监测的风险管理支持系统。其核心工作就是从全寿命周期的视角，运用管理集成思想，在风险管理理念、目标、组织、方法与手段等各方面信息系统基

19、础上，指导智能变电站的建设和运行，研制智能变电站全寿命周期综合优化管理系统，智能化实现全寿命周期控制，延长整个变电站的使用寿命、降低维护成本，使经济效益达到最优。4 状态检修的解决方案开展状态检修的关键是必须抓住设备的状态。我们需要从以下几个环节入手。4.1 抓住设备的初始状态这个环节包括设计、订货、施工等一系列设备投入运行前的各个过程。也就是说状态检修不是单纯的检修环节的工作，而是设备整个生命周期中各个环节都必须予以关注的全过程的管理。需要特别关注的有两个方面的工作：一方面是保证设备在初始时是处于健康的状态，不应在投入运行前具有先天性的不足。状态检修作为一种设备检修的决策技术，其工作的目标是

20、确定检修的恰当时机。另一方面，在设备运行之前，对设备就应有比较清晰的了解，掌握尽可能多的信息。包括设备的铭牌数据、型式试验与特殊试验数据、出厂试验数据、各部件的出厂试验数据与交接试验数据和施工记录等信息。4.2 注重设备运行状态的统计分析对设备状态进行统计，指导状态检修工作，对保证系统和设备的安全举足重轻。应用新的技术对设备进行监测和试验，准确掌握设备的状态。 开展状态检修工作，大量地采用新技术是必要的。但在线监测技术的开发是一项十分艰难的工作，不是一朝一夕就可以解决的。在目前在线监测技术还不够成熟得足以满足状态检修需要的情况下，我们要充分利用成熟的在线离线监测装置和技术，如红外热成像技术、变

21、压器油气像色谱测试等，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。从设备的管理上狠下功夫，努力做到管理与技术紧密结合。建立健全设备缺陷分类定性汇编，与时进行容完整、准确的修订工作，充分考虑新设备应用、新的运行情况出现与先进检测设备的应用等；各部门每月对本部门缺陷管理工作进行一次分析，每年进行总结，分析的重点是频发性缺陷产生的原因，必要时经单位技术主管领导批准，上报相应的技术改造项目。基于上述基础，应用现有的生产管理信息系统，在生产管理上要有所创新、有所突破。生产管理系统是以设备资产为核心，以设备安全可靠运行为主线，涵盖变电运行与检修、试验、继电保护、调度和安全监察等专业，涉与送电

22、设备运行和检修管理、变电运行管理、设备定级管理、变电设备和保护装置的检修计划与管理、各类操作票和工作票管理、设备的绝缘和化学试验管理、设备缺陷管理等的计算机综合管理信息系统。而且要利用系统所具有的分析和统计功能，为设备的状态检修提供比较高效的信息。比如断路器的切断短路电流的次数、变压器经受短路冲击的次数、设备检修的时间、历史上设备试验结果的发展趋势等等。4.3制订完善的状态检修工作流程对变电设备实施状态检修是专业管理观念上的一次转变，要改变传统的专业管理模式，必须有完善的管理制度和技术要求。1、根据采集到的状态信息，对变电设备的状况进行评分，评分值可以基本上判断设备的健康状况，并以此作为延长或

23、者缩短检修周期的依据。对设备状态进行评分所依据的信息称为状态信息。主要包括运行工况、预试数据、缺陷、检修、在线监测数据、家族缺陷等。对设备健康状况的评分，目前采用综合分析，加权计算的方法，实施百分制评价，对一些重要状态信息合理选取加权系数，并通过分析计算，提高分析工作的准确性和效率。（基准周期为DL/T 596-1996 电力设备预防性试验规程所列试验周期）。2、设备状态检修管理的核心是如何基于对设备状态评估的结果，制定出经济、合理的维修、试验计划。设备检修的目的是通过检修消除设备缺陷，恢复设备的设计能力和出力，保证设备在检修周期稳定可靠运行。对此我们要积极探索，结合安全性评价、反季节性预防措

24、施、反事故技术措施、安全措施计划中有关检修改进的项目，初步形成一些状态检修原则和规定，产生基于设备状态检修理念的试验、大小修计划，对设备进行状态检修，做到了有的放矢，减少了检修工作的盲目性，大幅度减少检修时间，提高了设备的可用率。河间市电力局变电工区从2002年开始试行设备状态检修管理，几年来逐步完善了状态检修制度。制度规定了状态检修的原则、参量、状态信息的选择和维修、试验策略等，对设备状态检修工作进行了全面规和指导。3、客观的评价状态检修提高供电可靠性。状态检修实施的结果是减少了现场的工作量，特别是减少了变电所全停的次数，因而使得供电的可靠性得以明显的提高。降低检修成本，提高经济效益。减少停

25、电次数不仅提高了供电可靠性，减少了线损，而且减少了维护工作量，节省了成本。减少了倒闸操作。在实施状态检修的情况下，调度在安排计划提高经济效益。减少停电次数不仅提高了供电可靠性，减少了线损，而且减少了维护工作量，节省了成本。减少了倒闸操作。在实施状态检修的情况下，调度在安排计划时，为了使设备维护单位有充足的准备时间，设备检修仍按春季适当安排；对先进设备或室设备，在试验单位不要求试验的原则上不安排全所停电。对有两台变压器的110kV、35kV重要变电所，一般采用设备轮流停电检修而不安排全所停电。编制计划时，协调有关单位将定检予试任务和全年的送变电设备治理工作有机地结合起来，与早进行设备摸底调查，做

26、到心中有数。要求有关单位提报设备停电定检予试计划的同时，统筹考虑设备治理的具体容，做到一次停电，一次完成。提高人身和设备安全。通过状态检修减少了大量的停电检修和带电检修工作量，减少了发生人身事故的机率。由于计划检修时间比较集中，在23个月的时间进行，有时每天都有停电检修，工人很疲劳，在实际工作中，发生人身事故的险情在系统时有发生。状态检修由于减少了停电次数，减少了变配电设备操作，从而减少了变配电误操作的机率，对确保人身安全和设备安全十分有利。4、正确的认识状态检修对状态检修的复杂性、长期性、艰巨性与其蕴藏的巨大潜力缺乏足够的认识。从事状态检修工作的专业人员缺乏对其理论的学习与深入的研究，认为减

27、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。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。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与运行、检修、试验记录，或运行检修记录不详、不衔接、资

28、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，在这方面我们专业管理人员做得远远不够。5、典型案例随着经济的发展，长期以来形成的定期检修已不能满足供电企业生产目标，即用最低的成本，建设具有足够可靠水平的输送电能的电力网络。本着如何有效控制检修成本、合理延长设备使

29、用寿命等问题，河间市电力局下大力气推进变电设备状态检修管理理念的应用，使专业管理水平上了一个新台阶。截止2005年底，变电工区对17座35KV变电站安装与配置了基于事故预知技术的分布式在线监测装置与检测仪器，监测容涵盖避雷器在线泄漏电流、油中气体分析、顶层油温、SF6开关压力、变电设备红外参数、设备污秽参数等。所选取的这些指标可以较为准确和全面的反映变电设备的健康水平，为实施状态检修提供了有力的技术和数据支持。在专业管理方面，大力推行状态检修管理理念，几年来逐步建立了状态检修机制，通过对变电设备在线监测数据、交接预试信息、运行信息的分析，科学地判断设备综合健康状况，对设备进行状态评估，并根据评估结果，确定维修计划，做到当修必修、需修才修，从而节约了维修费用，减少了停电时间。在制度建设方面，2002年制定了河间市电力局状态检修管理办法，结合设备实际情况，对变电设备做出了细致的状态评估和由此产生的维修策略规定，为推广设备状态检修提供了制度保障。变电设备设备状态检修工作的实施在我局取得了良好的效果，收到了很好的经济和社会效益。据统计，近四年来根据设备状态评估情况，我们共推迟了20台次变电设备的大修，节约了维修费，并提高了变电设备的设备可用率；还根据状态评估结果，提前对2台主变进行大修，因维修与时，避免了重大设备损坏，