变电设备在线监测投资建议

耿宝宏，张军阳，高强

（东北电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳 110006）

合理采用在线监测技术可以有效地反映变电设备的运行状态，及时发现某些缺陷，从而尽早制定检修策略，避免设备事故的发生，减少事故损失。在线监测的最终目标是为设备的状态检修服务，是状态检修基础数据的重要来源。在线监测能够在设备运行过程中实时跟踪设备的相关运行状态，为设备的状态评价提供真实可靠的依据，而准确的状态评价是制定正确检修策略的前提。状态检修的目标是要提高设备的运行效率，节约设备的运行维护成本，保证供电的可靠性，是设备全寿命周期管理的重要一环。然而，在线监测项目众多，技术水平参差不齐，应用效果以及实施费用也有很大的差异。另外很多一次设备由于新的工艺和材料的引入，其可靠性越来越高，维护量大幅减少。因此应从根本上把握在线监测投入的目标，即减少维护、节约成本，要具有最高的产出/投入比。对于在线监测进行投资分析是实现这一目标的重要环节。

显然，在线监测的投资分析应该综合考虑一次设备的检修方式、故障损失以及在线监测装置的可用性和投入费用等因素，进行合理的统计分析，得出最优的投资方案。

1 设备检修模式的考虑

为确定某种一次设备是否需要安装在线监测装置，首先应明确此设备的检修模式。实际上并不是所有一次设备都要求采用状态检修方式的，定期检修和事后检修这2种传统检修方式也没有被完全淘汰。因为受设备本身故障的后果以及自身成本、状态可监测性等因素影响，应根据一定的规则来确定设备的检修模式。对于设备检修模式的确定也有很多决策模型，例如模糊综合评判模型、故障树判断模型和专家评判模型等。决策原则如图1所示。

图1 电力设备检修策略的选择原则

显然如果设备采用事故检修或定期检修的模式，就不需要考虑安装在线监测装置。因此对于是否投资采用在线监测装置主要针对采用状态检修的一次设备。

然而，设备的状态量很多，许多状态量在设备运行过程中是无法测量到的，必须通过停电后的试验才能够得到，还有一些状态量在自动化系统中已经获取，也不需要另外安装在线监测装置去获取，例如变压器的风扇启停状态等。还有一些状态量可以采用便携式带电测量仪器获取。因此，设备状态量的获取途径是多种多样的，并不仅仅依赖于在线监测。对于需要采用状态检修模式的一次设备，在决定是否采用某一种在线监测技术之前仍需要进行进一步的投资分析。

2 在线监测技术有效性的考虑

在线监测技术的有效性是一个重要的参考指标，如果在线监测技术本身不成熟，得不到准确的状态量值，也就无法真实地反映被监测设备的状态，这样的在线监测装置投入运行，必将导致对设备状态的错误评价，影响最终的检修决策，不但不能够保证设备的稳定运行，节省检修成本，反而会适得其反，带来不必要的损失。为了考察在线监测设备的有效性，主要应关注以下几点。

2.1 测量的有效性

a．测量的精度要满足相关状态量分析的要求。很多状态量的分析都是通过前后测量的变化量来确定其是否出现异常，如果测量的精度达不到要求，就可能出现实际状态量已经异常的情况下却给出正常的结论，不能及时发现设备的缺陷。

b．对干扰量能够有效地排除。在高压变电站中，电磁环境相当恶劣，一些干扰信号可以通过传感器进入测量系统，对最终的测量结果造成干扰。如果不能够对这些干扰进行有效的抑制或滤除，也会导致测量结果的较大误差，从而影响状态评价的准确性。

c．在线监测的测量范围应能够达到对应状态量分析的要求。如果装置的测量范围达不到要求，必然会出现测量盲区，从而导致无法对设备的状态进行明确的评价。另外，还应注意被监测设备的类型，有可能在线监测装置对于设备的类型具有选择性，因此也应在实际的工程中考虑二者的匹配问题。

2.2 装置的稳定性

在线监测最大的优点就是可以实时对设备的某些状态量进行连续获取，随时掌握设备的运行状态。而这种连续性要靠在线监测装置的稳定运行来保证。影响装置稳定运行的因素大致有如下几个。

a．供电稳定性。主要考虑采用无线供电方式的稳定性，如太阳能电池的长期连续供电能力，另外双路电源以及配置UPS都是很好的稳定保证措施。

b．装置的电磁兼容能力。电力装置附近的电磁环境一般都很恶劣，如果电磁兼容做不好，会对主要采用电子及计算机技术的装置产生严重影响。很多现场经验也证实了这一点，很多在线监测装置都是由于电磁兼容能力不过关，最后导致系统瘫痪。

c．环境温湿度的影响。主要考虑不同地域的不同气候特点，例如东北的严寒天气，南方的南湿或炎热天气等。应关注装置的温度耐受检验报告，现场的集控箱应具有加热除湿措施等。

d．通信的可靠性。通信的可靠性直接影响整个系统的可靠性，一旦通信出现问题，则现场采集到的数据将存在丢失的风险，为了增加通信的可靠性，应要求采用规范的通信协议，就地增加非易失性存储功能，以便在通信故障后可以保存采集数据，保持数据采集的连续性，从而保证系统的稳定性。

总之为了考察装置的可靠性，一方面应提供足够的检测证明，一方面应该进行入网前的考察（模拟运行），还可以对投入运行的在线检测装置统计其平均故障时间，如果平均故障时间达不到要求，则认为系统不够稳定。

2.3 装置的安全性

在线监测装置的安全性主要考虑其安装是否会对被监测的一次设备运行带来安全隐患，当然也应考虑运行和维护工作是否会对人身安全带来威胁。配置在线监测的目的是为了提高被监测一次设备的运行稳定性和安全性，如果因为安装在线监测装置反而降低了被监测一次设备的安全性，显然是不合适的。所以应充分评估一个监测技术的安全性，主要包括一次设备结构的无关性，即不对原有被监测设备的结构和形式做任何改变，如采用穿心式电流互感器获取接地电流;还包括必要的保护措施，例如SF6监测装置的安装和维护应有防止造成气体泄漏的措施等。

2.4 分析预警方法的有效性

在线监测装置最终是为设备的状态评价来服务的，因此装置对于设备故障的预判与报警是非常重要的，即分析模型要有效，能够正确预测到设备的潜在故障，能够明确给出设备的运行状态，做到正确报警，无论出现误报还是漏报，都说明在线检测系统是无效的，因此应考察装置预测故障的历史记录，或者统计其误报率和漏报率，来综合评定其分析的有效性。

3 相关费用的考虑

无论从设备全寿命周期管理的角度还是从设备状态检修的角度，其根本目标都是要控制成本，节约开支，即考虑经济性。因此，还应结合前面两个因素，综合考虑费用问题。费用的考虑主要体现在以下几个方面。

a．一次设备常规维护的费用

为了保证一次设备的正常稳定运行，及时发现可能存在的安全隐患，需要对设备进行日常巡检和一定的检修。而安装在线监测的一个重要目的就是要减少巡检或延长检修试验，从而节省相应人力、试验的成本及停电可能带来的电费损失。因此需要考虑这方面的费用。

b．一次设备的故障费用

在线监测的一个重要目标就是及时发现设备的早期缺陷，以便提醒检修人员及时进行检修，从而避免重大事故的发生。因此，需要考虑一次设备发生故障之后的专家诊断费用、诊断之后的设备检修或更换费用和停电期间的电费损失。

c．一次设备发生事故后的社会影响

如果重要设备的故障造成其退出运行，势必导致大面积停电，将会带来负面的社会影响，包括相关生产企业的暂时停产和百姓生活的不便等。

d．在线监测系统的安装及维护费用

在线监测本身的投入费用应包括在线监测技术的前期调研和考核费用、装置或系统的购置费用、运行及维护费用等。

前面3项费用为产出项，而最后1项费用为投入项。在考虑对在线监测进行投资以前，应综合考虑以上的费用因素，参照以往的运行维护经验和事故统计情况，结合单位的实际预算等情况进行合理的费用评估，即投入/产出比是否能够达到预期的目标。

4 使用寿命的考虑

4.1 一次设备的使用寿命

一方面要考虑被监测一次设备的寿命，对于新投运的一次设备主要考虑使用寿命，对于已经在运行的设备则应评估其剩余寿命。一次设备的使用年限一般要比电子设备的寿命长，变压器和开关设备的寿命应该都在20～30年，避雷器的寿命也在20年左右，电容型设备的寿命一般也可以达到30年。并且近年来由于技术的进步，各种一次设备的寿命还会有所增加。

4.2 在线监测装置的使用寿命

由于在线监测装置都是电子设备，因此，电子元件的寿命基本上决定了在线监测装置的寿命。虽然有些装置由于结构上的相对独立布置，有可能在电子模块故障的情况下更换整个电子模块，但是由于电子技术的飞速发展，在其大概10年的寿命期内，其结构和形式可能已经有了多次的更新换代，旧版本电子模块的更换可能性也不是很大。在线监测装置的实际运行年限可以参照继电保护装置的管理要求，继电保护装置的使用年限在10～12年，一般10年就要进行更换，其使用的开关电源模块则要求在5年后就要进行更换。在线监测装置一般都运行于现场，其运行环境较继电保护装置要恶劣得多，虽然其稳定性要求不如继保装置苛刻，但基本上可以认为其使用寿命与继保装置相当。

4.3 一次设备监测装置投资费用

通过以上的分析可以看出，就新投运设备来说，一次设备与在线监测装置的使用寿命是有很大差距的，前者的寿命可以达到后者的3倍左右。如果不考虑未来技术革新而造成的一些产品更新或监测手段更新的情况，假设1台设备在其服役期内始终需要某类监测，那么可能需要3台甚至更多台此类监测设备才能够满足其要求。由此，前面关于费用的计算就应该采用如下的公式:

式中:Fp为一次设备安装某种监测的总投资费用; Fm为相应监测装置的单台安装费用及维护费用总和;Tm为相应监测装置的预期使用寿命;Tp为一次设备的预期使用寿命。

可见，由于一次设备与监测设备在使用寿命上的非对称，导致实际的在线监测投入费用将会成倍增加。因此，只有考虑了使用寿命这一因素，才能够得出正确的分析结果。

5 结束语

本文对在线监测的投资分析所应考虑的因素进行较为详尽的分析。为了使投资分析更为清晰明了，可以将各种因素全部转换为费用，例如时间、人力等，然后通过对投入费用和所能产生的收益性费用进行核算，得出最终的经济效益指标。投资单位可以结合本单位的相关预算情况及单位的设备、人力、生产模式等各种因素的实际情况，合理制定投资标准，使对于在线监测的投资能够得到预期的最大收益。

［1］李华，董明，严璋．对正确开展状态检测及状态维修的建议［J］．电力设备，2004，5（5）48－51．