浅议变电检修的技术及发展趋势

摘要：本文分析了变电检修技术从事故检修、定期检修直到状态检修的发展脉络，并对基于物联网的状态检修技术及发展趋势进行了研究。

关键词：电力系统；变电站；状态检修；物联网

引言

变电检修的对象包括变电站内的全部高压设备，如电力变压器、断路器、电抗器、互感器等。其目的是为了保障电力设备的安全性能与运行水平，从而保障电网在长期的运行中不会因设备的缺陷故障导致电能供应的中断或质量的降低。变电设备检修，除了技术方面的革新外，更重要的是观念方面的革新。检修方式的转变主要经历了 2 个阶段：18 世纪第一次工业革命时期开始的事故检修和从 19 世纪二次产业革命开始的预防性检修。

1 传统检修模式

从电力设备出现，就涉及到电力设备的检修问题。事故检修是开展最早、最为广泛而最为简单被动的检修方式。这种完全被动的检修方式，只有当电力设备不得不检修时，往往是已经发生严重故障且很难或不可修复时，方才进行检修。事故检修以电力设备出现影响设备正常运行功能的故障为依据，故电力设备在检修前往往表现为破坏性，只有在电力设备发生故障且无法继续承担运行任务时才进行检修维护。被动的检修方式往往需要付出极大的代价，同时还承担着设备、电网和系统多方面的威胁，其明显缺陷在于检修不足。随着电力设备越来越多，应运而生的检修方式是预防性检修，其是一种相对主动的检修方式。最早期的预防性检修为根据检修计划执行检修任务，或被称为定期检修，也是我国当前最主要的检修方式。早在 20 世纪 50 年代，其他行业为了提高生产效率，减少设备检修对生产可能造成的影响，美国与前苏联等国的专家先后提出了定期检修的概念，由故障检修向定期检修转变。定期检修的特点是设定了固定的工作内容与周期，这一周期称为维修间隔，其确定主要是依靠经验和统计资料，因而具有一定的科学性和实践性。这种检修方式可以保证电力设备完好率处于一定水平，但是固定间隔时间的检修方式无法应对由于随机因素引起的偶然事件，因为电力设备的故障经常是由偶然事件造成的。我国电力的定期检修模式是 20 世纪 50 年代从苏联引进的，直到现在仍然是电力系统最主要的检修方式。定期检修方式的特点是在检修计划的制定中安排固定的检修间隔时间，即按规定的计划时间完成，实际检修过程中形成了固定模式，其是一种对电力设备的运行状态程度和过往故障情况完全不作考虑的维修方法。这种固定的检修将不可避免地产生良好设备的“维修过剩”，不但会造成电力设备使用时间的损失，还浪费了大量人力、物力、财力，由于检修过程往往会对设备进行肢解与重装，还可能引发维修故障。这种检修模式在启用之初有一定的先进性，但当前的实际情况是，电力技术的发展和变电设备质量在不断提升，装置设备从设计、优化到制造在工艺和流程上都比几十年前有了极大的改进，全过程主要环节都完成了机械化、自动化甚至智能化的管理，设备的可靠性大幅度提高。这些状况都推动了现场安装工艺的规范化，留给修试部门需要定期进行检查的隐患逐步减少，这一切都使得定期检修制度中的计划制定与检验项目甚至检验设定时间与实际情况不匹配。

2 状态检修模式

基于电力设备状态的检修，被称为状态检修，这是一种建立在设备状态监测与评估的基础上，考虑设备当前状态、异常的发展情况、过往故障情况，综合进行分析诊断结果之后合理安排检修时间和项目，并主动实施的检修方式。状态检修创始于 1970 年的美国，由杜邦公司首先提出并倡议。状态检修至今仍然是耗费最低、技术最先进完备、总体效益最大的维修方式。状态检修的最大优势是为电力设备提供了一个以安全稳定、长周期甚至全寿命、全方位全性能、优质运行为标准的技术和管理保障体系，从而解决了多年来围绕在预防性检修中存在的检修过剩或检修不足的问题。状态检修的效果可以节约大量的维修费用和资源，并提高电力设备长期运行的可靠性。将状态检修方式引入电力系统，便形成了变电设备的状态检修。状态检修是当今世界电力设备检修方式的重要发展方向。国外状态检修发展较早，早在 20 世纪 70 年代，欧美少数发达国家便在其他行业影响下，将状态检测理念引入了电力系统。美国电力研究院（EPRI）的监测诊断中心（M&D）利用测量分析软件，对某公司的电网、电厂中的设备进行了在线监测与故障分析，掌握其健康水平和运行状况，并制定设备维护检修计划。日本发电设备检修协会从 20 世纪 80 年代开始，对核电站开展状态检修，进行专题研究，并在检修中采用设备诊断和寿命评估。加拿大的魁北克水电公司也研发了一套在线状态监视系统，使维修人员在不停机情况下监测水电机组的状态。欧洲大多数国家正在进行检修体制的改革，如德国对发电厂的状态检修工作等等。直到 2000 年，我国电力系统刚刚从事业单位转变为企业，供电企业便开始逐渐接受和学习国外先进的理念，首先就是引进监测诊断技术与适用于中国国情的管理方法，以便计划突破定期检修的束缚。当前，国内电力设备状态检修仍处于开展的初步阶段，虽没有建立完善状态检修的概念，但越来越多的电力设备成为状态监测的对象，涉及状态检修的标准也在不断地建立与完善之中。专家学者的普遍共识是，随着计算机网络技术、传感技术的普及和发展，以及电力系统改革的深入，电力设备状态监测和状态检修必将得到长远的发展，相应的也必将出现更多有效的管理软件系统。虽然我国起步较晚，但发展势头迅猛，已经有了许多成果及经验，也完善和发展了多种可执行监测及诊断方法。当前我国广为应用的监测技术有诸如振动、噪声、测温、红外热成像、绝缘及局部放电检测等。随着智能状态监测系统的研究和应用，将会解决常规数据处理中的一些困难，尤其是神经网络技术、模糊逻辑技术、小波变换等数学技术的应用和专家经验的积累，必定会给状态检修技术的发展和完善带来巨大的推动作用。

3 变电检修技术的发展趋势

近年来得到快速发展的数字化变电站和智能变电站，对变电站给出了全新的定义。智能变电站采用了大量新技术，最重要的发展方向之一为物联网技术。物联网技术是通过射频识别（Radio Frequency Identification，简称 RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传播与感应设备，按约定的技术协议，可将任何物品与互联网相连接，从而进行信息的交换和通讯，以达到智能化认知、识别、定位、追踪、监测和管理的一种网络技术。物联网有三层参考体系，即感知层、网络层与应用层。三个环节中，感知层负责信息的获取，网络层负责信息的处理，应用层负责根据电网的需要决定处理方法，物联网的三层布局与智能电网的构架有机结合。变电设备的状态参数主要有电压、电流、声音、温度、振动、光亮等物理量，还有油、气体经化学分析得到的化学量含量等。这些状态参数对于不同的电力设备具有不同的意义，如对于高压设备，其电压、电流为设备运行的关键，而温度、振动是设备正常运行的限制条件，含油设备的油温、气体含量都是表征设备是否正常运行的重要信息。变电设备的状态参数采集，首先要将各种来源的信号通过感应器转换为电信号或光信号等方便处理的信号。感应器技术是控制和测量技术的关键，也是当前技术发展中的难点和瓶颈。当前国产感应器的质量和性能，仍然与国际先进水平有相当大的差距。感应器根据所采集信号的不同，可能是光感应器、温度感应器、振动测量感应器、语音信号采集器，感应器可能固定或移动，从而做到全方位的监测。通过对电力设备的状态检测，可实时获得关于电力设备运行状况、评价、寿命等相关信息，并对设备的异常运行进行状态分析，对异常的部位、严重程度和发展趋势进行判断，识别故障的早期征兆。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进行维修，从而降低运行管理成本，提高电网运行可靠性。

4 变电检修技术展望

物联网技术与智能电网技术都是具有挑战性的课题，物联网技术在状态检修的应用中，主要体现在状态监测的方式与方法方面，为进一步的分析与决策提供实时的信息服务。状态检修不但是一项技术工作，更是一项管理工作，必须要有有效的信息管理与决策手段作为支撑。

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