电气设备状态检修方式方法的探讨
马文磊 戴时荣 贵州省贵阳市南供电局 550002
[摘要]本文介绍了电气设备状态检修的演变、现状及发展，通过对电气设备状态检修方式方法的探讨，从状态检修管理、人员素质和技术检测手段等几个方面阐述了在向状态检修模式迈进的历程中所采取的措施、设想和面临的困难及今后的前景,并论述了计算机技术在其中的应用。 [关键词]电气设备 状态检修 分析 检测 系统
随着现代社会和经济的发展，对能源的巨大需求促进了电力工业的飞速发展，使得电力系统向大容量、超高压和跨区域方向发展。然而，随着系统容量的增大和电力网规模的扩大，电力设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响越来越大，对系统的稳定经济运行也提出了越来越高的要求，而保证系统的经济性和稳定性的一个强有力措施就是在提高电力设备使用率的同时保障其正常运行。目前的设备检修，主要采用计划检修的方式，已经不能满足要求。为适应电力部门向市场化现代企业模式的转变，消化和移植一种新的检修策略，即电力设备状态检修。所谓状态检修就是根据设备的运行状态和健康状况而执行检修一种检修方式。
1.检修的演变
检修的演变经过了2个阶段：事后检修（18世纪第一次产业）和预防性检修（19世纪第二次产业）。事后检修也称故障检修，是最早的检修方式，这种检修方式以设备出现功能性故障为判据，在设备发生故障且无法继续运行的时候才进行检修。采用这种检修方式需要付出很大的代价和检修费用，不仅检修不足而且会严重的威胁到设备和人身的安全。
到第二次产业时期，开始推行预防性检修。预防性检修经过多年的发展，根据检修的技术条件、目标的不同而出现了定期检修、以可靠性为中心的检修、状态检修、故障查找、使用至损害再修等7种检修方式；其中以定期检修和状态检修这两种检修方式最为主要。 1.1定期检修
定期检修也称计划检修，这种检修方式以时间为依据，预先设定检修工作内容与周期。我国电力工业的定期检修制度是20世纪50年代从前苏联引入。直到80年代定期检修仍是主流的检修制度。定期检修主要是根据设备的运行周期，编制设备的大修与小修计划，贯彻预防为主的方针，做到“到期必修，修必修好”。当设备到达维修的时间周期时，不论设备是否有缺陷和问题，都要停下来进行维修。定期检修在保证重大电气设备正常工作中确实起到了直接防止和延迟故障的作用，但实践证明，在当代电网情况下，定期维修制度不可避免地存在两大缺点：维修过剩与维修不足，维修过剩会导致浪费，降低企业的劳动生产率，降低设备利用率和供电可靠性等。维修过剩势必增加工作人员误操作、继电保护与开关设备误动作的或然率，以致造成设备损坏和人身事故。至于维修不足显然恶果相同。 1.2状态检修
状态检修也称为预知性检修，这种检修方式是在定期检修和监测技术的基础上，发展形成的一种新的维修制度；其利用在线或离线监测技术，以电气设备当前的实际工作状况为依据，通过高科技状态监测手段，识别故障的早期征兆，对故障部位、故障严重程度及发展趋势作出判断，确定设备是否存在缺陷与问题，据此
判断各种电气设备最佳检修时机，是否需要退出运行进行必要的维修。状态维修的特点是“该修必修，修必修好”。状态检修是当前耗费最低、技术最先进的检修方式，它作为设备安全、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。
1.3实现设备状态检修的意义
在世界范围内的实践证明，设备状态检修可以实现经济效益和社会效益上的提高。主要表现在以下几个方面：
1.3.1状态检修之前的准备工作；状态管理不仅仅减轻了原手工作业的劳动强度、提高了工作效率，更重要的是，能够充分利用已有的状态信息，通过多方位、多角度的分析，最大限度地把握设备的状态，依此制定合理的检修维护策略。 1.3.2在实现设备状态检修之后；可以通过适时的维修来避免重要设备故障，同时又避免了不必要的维修作业，依此在有限维修经费中寻求优化分配使用。特别是在做到能对设备的寿命进行正确估计后，就可以更有效地储存和安排设备备件，这可节省大量的备品经费。
1.3.3通过设备的状态分析；对于预防类似事故、改进产品质量、提高设备监督管理水平具有重要的指导意义。
1.3.4在电力供应者实现RCM后，零售用户将因更可靠的电能供应而受益。 2.国内外开展状态检修的现状
随着电力企业的不断发展定期检修制度已经渐渐不适应现代企业的运作需求，也不能保证设备的正常运行。因此，近几年状态检修在国内逐渐被提上日常议程。在国外，已经形成以可靠性为中心的检修策略（以下简称RCM）。 2.1 国外电力设备状态检修的现状：
国外的设备状态检修发展较早。七十年代末，美国电力科学研究院（EPRI）就对电力设备的状态检修进行研究和应用，目前已向RCM发展。日本是从八十年代开始对电力设备实施以状态分析和在线检测为基础的状态检修。而欧洲大多数国家也正在进行检修的改革，方向也是状态检修。到目前为止，基于计算机网络技术的设备管理、事故分析和预警系统在美、加等国已普遍应用，且已发展了几个版本。如Integrated Maintenance System等。这些软件系统应用Intranet、Internet及GIS（地理信息系统）等最新的计算机技术，将状态管理、事故预警和事故处理进行有机的集成，大大改善了其设备监督管理环境，提高了监督管理水平。
美国电力研究院（EPRI）设计的变电站的一体化系统是采用低成本传感器和先进的诊断方法来监测变电站设备的健康状况和性能。这些工具设计为发挥作用，但若综合化，它们可在改善系统可靠性的同时明显降低变电站监测的成本。EPRI一体化系统的方案以实施RCM开始，RCM是在状态分析的基础上，以设备重要性和性能数据为依据对监测和检修任务优化排序的方法。因此状态检修是实行RCM的前提。
2.2国内电力设备状态检修的现状 在我国，电力设备状态检修方面的工作开展还处于初步阶段，有的甚至还没有建立状态管理的概念，但发展势头强劲，已经有了许多成果，作为设备状态检修的必要条件的电力设备在线或离线的监测装置已经是种类繁多。如：清华大学自1985年开始研究的电力设备放电在线监测系统，至今已有十多年的历史。随着计算机网络技术、Internet技术的普及和发展以及电力系统的不断改革，我国的电气设备状态管理和状态检修得到一些发展，相应地出现了一些管理软件和检
修系统。
3.实现电力设备状态检修的步骤 设备状态检修从整体上来说，主要分为两部分。一个部分是设备数据的收集与管理，对相应的数据进行分类，从宏观初步把握设备的总体情况。通过宏观分析，对一些共性的设备质量问题发布相应的预防性措施，以防止类似事故的重复。微观主要是对作为个体的具体设备进行分析，以确定其劣化程度。另一部分是建立起相应的管理软件和检修系统，对数据进行系统化管理，通过电脑强大的分析与计算能力对所存储的数据进行分析，从而从根本上把握整个电网以及单个设备的运行情况和优劣程度。最终实现状态检修。 3.1数据的收集与管理
3.1.1做好基础管理工作；电力设备状态检修建立在电力设备基础管理工作之上。要注意做好设备原始记录、设备台帐、图纸、技术资料和有关设备的运行、检修、试验数据资料的加工管理工作。
3.1.2加强常规的测试工作；常规测试是指对处于停电情况下的设备状况的测定和功能的检测。所指的加强应理解为在加强对设备历史状态综合分析基础上，制定符合状态检修总策略的测试方案：对少数状态较差的设备，适当增加测试频率，对个别有严重缺陷的设备，必要时可以考虑进行跟踪测试，对大多数状态良好的设备，放宽测试周期。
3.1.3积极开展在线监测与带电测试；现阶段随着传感器技术与计算机的技术的不断发展，电力设备的在线监测技术得到了很大的提高，如：避雷器的在线监测、电容型设备的在线监测、变压器绝缘油色谱分析在线监测等等都已经在电力系统中得到了广泛的应用；通过在线监测可以对电气设备保持时时监控，随时了解电气设备的运行情况；另外对电气设备的带电测试，如：红外测温、电容电流的测量、避雷器泄漏电流的测量等都属于带电测试，通过带电测试的开展可以在一定程度上减少电气设备停电的次数，利用带电测试所测量的数据对设备的运行情况进行一定的分析。通过对在线监测与带电测试数据的收集与管理建立起相应的台帐为状态检修打好数据的基础。
3.2积极开发和应用状态监测与故障诊断技术 设备监测是状态检修的核心。可以说没有的状态监测与故障诊断就没有真正的状态检修。状态监测的覆盖面及其水平在一定程度上反映了状态检修的深度。由于设备故障是由多种因素决定的复杂函数，加上开展设备的状态监测与故障诊断工作受到许多条件的影响，为了促进这门技术的发展，应从多方面出发，开展这一项工作。
3.2.1选择监测与诊断的方法和层次：采用综合方法是比较科学的，尽可能采用不同原理和不同层次的检测手段，对于特定的监测对象。只有在全面分析其结构和参数和故障模式的基础上。才能合理地确定监测方法的种类、层次及配合关系。 3.2.2正确发挥监测与诊断技术的作用：设备的状态监测与故障诊断技术只有在科学的维修体系的保证下，才能具有生命力，通过建立适合本企业的维修，使状态检修作为维修结构中的一部分，以保证设备的状态监测与故障诊断技术的制度化、标准化和程序化，这是把设备的状态监测与故障诊断技术纳入设备管理现代化中不容忽视的重要方面。
3.2.3高度重视数理分析工作：要实行状态检修，必须要有能描述设备状态的准确数据，对数据的分析与管理就显得由为重要，随着计算机与神经网络等相关技术的不断成熟，使得有条件的电力企业可以建立起相应的现代化数据综合管理软
件就是数据库和分析系统的有机结合。状态检修数据库和分析系统的有机结合。状态检修数据管理的基础是数据库，包括设计数据、运行记录、检修记录、设备状态监测与诊断数据、机组可靠性数据等。因此。结合本企业管理信息化的建设，建立状态检修计算机管理信息系统是推行这一的基础性工程。
3.2.4建立起相应的状态评估方案：对电气设备的状态检修需要有一定的评估手段来判断此设备的状态情况，要对各种电气设备分别建立状态评估方案，总体上可以按照图1来建立不同电气设备的状态评估方案。
图1不同电气设备的状态评估方案 3.3建立状态检修分析软件
3.3.1建立信息中心。我们所建立的信息中心主要包括静态数据和动态数据两种。其中，静态数据主要包括以下几方面： ①设备的出厂试验数据；
②设备的缺陷、事故和检修记录； ③设备的定期或非定期试验数据等。
动态数据主要是指在线监测传送的实时数据；与设备状态相关的实时运行信息等，即建立和完善信息的采集、传输、储存环节。 信息的采集方式是多种多样的，不同的信息类型有不同的采集方式，有模拟量采集、数字量采集等等。在实践中，为了作到更可靠的纵向分析，在设备投运之前就要记录它的原始“资料”了，包括设备的型号、参数指标、出厂试验数据等等。在运行中，各种采集单元将现场设备的各个参数传送到状态检修下位机，并转化成数字量。然后通过现场总线传送到状态检修上位机，并在此作初步的状态分析。而检修中心则通过因特网定期或者不定期地从状态检修上位机和变电站综合自动化系统接受信息，以便进行综合状态分析。 系统中，数据库是信息的主要载体。要注意的是状态管理的网络化和数据库规划的统一化。只有这样才能实现真正的信息共享。其中，最重要的是数据库的规划和设计。这是实现状态管理的基础，既要避免信息的重复，又要求能完整、准确地表述设备的事故和状态，这就要求仔细规划表的结构、表与表之间的关系、视
图、存储过程等。为了实现状态分析，一些字段还必须进行必要的约束，以便规范其取值范围；同时为保持数据的一致性，需认真规划事务、触发器。此外，如何保证接受数据的真实性、合法性、有效性和安全性也是需要认真研究的问题。 3.3.2实现设备状态的监督和预测工作，来确定合理的设备检修周期。过去对设备的监督仅仅是对其“好”与“坏”进行判断，实际上，相当部分的设备处在正常和有缺陷之间的第三种状态，即临界状态，而这些设备才是状态监督的重点。作好这些设备的监督工作对提高企业的经济效益和运行水平具有非凡的意义。我们可以在状态信息数据库之上设立一个专业状态分析层，并与数据库中的各类信息有机集成，可对设备状态进行多方位的分析和评估。
由图1所建立的电气设备评估方案构建状态检修分析系统中的核心模块（即智能管理系统），随着电力系统逐步走向区域性或跨区域的大电网，电力设备的容量越来越大，电压等级越来越高，其运行状态也越来越复杂。对于一个比较大型的电力设备，如变压器，单一的技术或者单一的专业往往不能充分地把握其状态，至少需要两种的方法才能做出判断。现在更有效的监督手段就是对设备进行跨专业分析。综合各专业的优势专长，更准确地掌握设备的健康状态。建立次系统就是要利用模糊数学和人工神经网络等方法综合了各个专业的优势，建立各种型号设备的档案，对设备的状态做总体的评估，该系统并不只针对某种具体设备，而是可以由用户自己建立某种设备的档案，然后根据用户提供的数据远程判断此类设备的总体或者个别状态。对于某种设备，很多种专业都有自己的评判结果，但是对于某种状态，并不是每个专业都能得出一样的结果，所以本系统将各个专业的评判结果综合起来，以利用它们各自的优势。
Internet和Intranet的兴起给科学技术带来飞跃性的变革，同样地，我们也可以建立网上设备分析系统，通过Internet和Intranet，约请专家远程会诊设备状态，分析事故原因，制定防范事故措施等。同时建立设备事故预警系统，一旦发现典型的设备事故，并认定对其他企业类似设备有警示作用，立即通过自动Email将事故设备的型号、制造商、出厂年月、事故前后的状态信息等知会相关企业的相关人员。
3.3.3通过系统进行预测。在总体把握设备状态的基础上，着眼于保持重要的系统功能，通过故障模式、后果及重要性分析，做出设备的寿命估计，预测设备的事故风险率，寻求可靠性与维修成本间的平衡。这就实现了以可靠性为中心的维修策略（RCM）。 3.4技术关键
3.4.1在引进先进设备和技术时，要注重其系统的二次开发能力，注重和本单位特定专业的结合，注重本单位对技术的自主版权。这样才能更有利于设备在现场的使用和操作。
3.4.2状态检修不仅仅是对“限值”的比较，更多是对设备状态的发展趋势进行监测。在实际运行中，趋势比“限值”更重要，特别在固定的“限值”不能确定的场合，对状态趋势的监视和判断将更有用。因此，如果当前试验工具技术水平许可的情况下，从一开始就要跟踪和储存许多设备的“资料”，以实现状态的分析。
3.4.3一方面要提高人员的技术素质，另一方面，更重要的是要实现管理理念上的变更。状态检修不仅仅是技术方面的工作，更多的应该是加强管理上的作用。现在之所以在全国范围内没有形成有效的、系统的检修策略和管理方案，原因之一就是没有形成系统的设备生命全过程管理。只有提高管理质量才能克服制约状
态检修发展的主观因素。而将高质量的管理有效地加入状态检修策略中，不仅可以使状态检修早日实现，还能够将状态检修实现的效益反作用于整个电力行业的设计、制造、施工、运行、试验和检修等方面。 4.状态检修的发展趋势
状态检修是电气设备检修的发展趋势，当前和今后随着电气设备检修要求的提高将会要求使用先进的电气设备状态检修技术，因而研究电力设备状态检修势在必行。根据国际上设备状态检修的发展趋势，我们认为：对设备状态检修的研究应该在消化、吸收国内外已有先进的相关技术和管理经验的基础上，根据我国国情提出适应我国实际情况的设备状态检修方案。 作为设备检修的一种新策略，状态检修在理论和技术上还有许多值得进一步研究的地方。我们有理由相信：随着科学技术的不断进步和电力设备状态检修的实施，将极大地提高电力系统的安全、经济、稳定运行水平，并对电力企业的社会效益和经济效益产生深远的影响。 参考文献：
[1]许婧，王晶，《电力设备状态检修技术研究综述》，昆明理工大学电力工程学院，2000
[2]高滨，王金强，《电力系统主要电力设备状态检修策略研究》，天津市电力公司，2001 [3]管玉红，《电力企业实现状态检修的策略探讨》，内蒙古通辽发电总厂，2002 [4]常万福，王泳，《供电设备实施状态检修的探讨》，河北省张家口供电公司，2000
[5]黄建华，《变电站高压电气设备状态检修的现状及其发展》，国电南京自动化股份有限公司，2002 [6]王雪，莫娟，严彰，《国外电力设备维修策略的更新》，西安交通大学电气学院，2003
[7]刘有为，李光范，高克利，杜彦明，张勤，牛晓民，孙维本，《制订电气设备状态维修导则的原则框架》，中国电力科学研究院，武汉高压研究所，华北电力科学研究院，2003 [8]坚敏，《电力设备状态检修及计算机辅助分析预测顾》，复旦大学计算机系，2004
[9]《电力设备预防性试验规程》，中国南方电网有限公司，2004