状态检修在变电设备检修管理中的应用

郭继芳

（北京市电力公司平谷供电公司，北京 101200）

变电设备是电力系统中的基本元件和电能传输的载体，变电设备的正常工作是保证供电可靠性的重要条件之一，对变电设备进行合理的检修不但可以延长设备使用寿命和效率，而且也增强了电力系统的稳定性[1]。同时电力行业作为一个设备密集型行业可以通过良好的设备检修体系来减小企业运营的成本，提高企业资产的利用率，改善电能产品的成本和质量。因此，对于电力系统中的变电设备进行合理的检修具有十分重要的意义。本文根据当前检修技术发展的最新进展，分析了状态检修在变电设备检修管理中的应用。

1 检修方式的发展

1.1 传统检修的劣势

变电设备的检修方式通常有3种方式，即：故障检修、周期性检修和状态检修。其中周期性检修是指按照固定的周期（1年或数个月）对输电设备进行检修，这种检修方式由于简单且便于实行已成为国内电力企业进行设备检修的主要方式[2]。经过数十年的实践，周期性检修的方式国内已形成一套完整的技术体系和组织手段，保证了我国电力事业的稳步发展。周期性检修由于其固有模式导致了检修机制僵化，检修整体成本过高，随着我国电力改革的不断深化，电力企业在保障供电可靠性和优质服务的基础上，也追求着设备和资金利用的最大化，因此，周期性检修已经不能适应电力行业发展的要求，主要表现为以下几点[3]：①检修时必须进行停电试验，降低了设备利用率；②按照固定周期进行检查和检修，无法衡量设备运行状态，造成相关人员和材料的不必要浪费；③无法控制设备的状态：在理论上下一个检修周期前设备都应是处在健康的状态下的，但实际运行中可能出现多种情况，增加了设备故障的风险，缩短了设备的使用寿命。从以上分析我们可以看出，周期性检修由于缺乏必要的经济性和科学性已经不适应大电网发展的需要。

故障检修也称修正性检修，其主要是指对系统中出现故障和功能失效的设备进行抢修，故障检修对时间要求很高，因此拆修设备的部分可进行全部更换，故障检修的不足之处是无法实现设备状态的监控并对可能出现的故障进行预防，变电设备一旦出现事故就可能会演化为电力系统的连锁故障，将给国民经济和居民生活造成巨大的损失。

1.2 状态检修的优点

由于传统周期性检修和故障检修存在明显的不足，因此供电企业迫切需要采取一种新的检修方式来代替原有的检修方式，状态检修的理念在这种背景下应运而生的[4]：状态检修是指在完成设备状态评估的基础上根据设备状态诊断结果来合理地安排检修时间和周期，以在设备的寿命周期内最大限度地对其进行利用。相关的研究和实践经验表明状态检修具有以下优势：

1）进行状态检修不但可以完成检修的任务，同时也保障了生产的正常进行，这样就节约了大量的相关人员和材料，减小了因检修而带来的不必要的停电时间，提高了整个系统的供电可靠性，完成了设备利用效率和经济性的最大化。

2）进行状态检修减小了因常规检修而进行的停电试验，降低了因设备检修而发生故障的可能，在延长了电气设备寿命的同时也保证了设备维护的科学性和合理性。

3）进行状态检修减小了因常规检修而带来的开关的操作量，保证了整个系统的安全性、可靠性和经济性。

4）进行状态检修可以及时发现设备正常运行中潜在的绝缘性缺陷，降低了绝缘性事故突发的概率和设备整体的事故率。

根据美国电力研究院（EPRI）和工业设备维护公司（CSI）的相关统计数据，对电力中的输电设备实施状态检修可以将设备的利用率提高 2.5% ～10.4%，从而节省24% ～31%的检修费用，延长了设备的寿命达 11% ～14%。因此，状态检修是电力系统中设备检修的发展方向和趋势，实施状态检修具有巨大的社会效益和经济效益。

2 设备状态信息的采集方法

设备状态采集是进行设备状态检修的基础，通常将设备的状态信息分为静态数据和动态数据两大类[5]。其中设备的静态数据主要指其投入使用前的参数，主要包括设计、材料、制造工艺、出厂前试验，安装、调试等技术参数，是由生产厂家的设备安装的质量决定的，与设计标准、使用材料及制造工艺等因素有关。静态数据作为设备状态的基础数据，为设备状态的判断提供了原始的信息。动态数据作为判断设备状态并为检修提供决策的依据，其产生于设备的运行及检修中的各个环节，主要包括事故和故障、检修、巡视检查等信息，通常采用检测的方法获取。将静态数据与动态数据相结合就可以描述设备的变化趋势，从而判断设备的状态并为检修决策提供数据支撑。设备数据的关系如图1所示。

图1 配电自动化系统结构图

由此可见，设备状态采集是对其进行状态评估和状态检修的基础。其中设备静态数据的采集主要是对原始资料进行汇总和整理，而设备动态数据的采集可根据其对供电可靠性的影响分为停电和不停地两种，不停电采集设备的状态数据对于设备状态检修具有特别重要的意义，不但能保持设备实际运行中大电压、大电流的工作状态，而且确保了供电的可靠性和供电企业的服务质量。

3 基于设备可靠性的状态检修周期确定方法

状态检修的实质就是确定设备潜在故障和功能故障的时间间隔，因此通常采用计算潜在故障发生的概率来计算状态检修的周期，潜在故障与功能性故障发生的示意图如图2所示，其中P点代表设备正常运行与潜在故障的临界点、称从潜在故障至功能性故障的时间间隔为P-F间隔，P-F间隔内设备所表现的故障特性为振动、表面过热等，F点代表设备潜在故障与功能性故障的临界点，F后设备已经丧失了基本功能。

图2 潜在性故障与功能性故障发生的示意图

确定状态检修周期时应先计算设备参数漂移的分布，统计数据表明设备参数的变化量X(T)是服从均值为CT，方差为DT的正态分布的，因此有下式：

式中，T为检修周期，C为设备参数的漂移系数，D为参数的扩散系数。

由变电设备的实际运行经验可知设备参数的CT、DT与检修间隔成正相关的关系，若假设参数的标准值为Y0，则后参数T时刻可表示为

然后应确定参数 C、D的估计值，若检测到的参数值 Y(T)的一个容量为 n的样本为 Y(T)1，Y(T)2，…，Y(T)n，且该样本的检测间隔期为T0，结合参数的漂移系统均值可以得到其无偏估计如下式所示：

解式（3）可得

因此，参数扩散系数的无偏估计式如（5）所示：

解式（5）可得

最后计算设备的参数漂移及可靠度，设参数的允许值范围为（YL，YH），YL，YH为设备不发生功能性故障的下限值和上限值，暂不考虑其他故障模式的影响，参数从额定值Y0经过一个检测周期T后，参数值 Y(T)仍然落在允许的范围（YL，YH）内的概率等于其在T内的可靠度R(T)，即

这样通过假定变电设备的可靠度要求值 R已知，即可通过反复迭代来确定状态检修间隔期T。

4 结论

状态检修能够综合设备的实际状态及历史运行情况，对设备进行合理的评估和诊断，克服了周期性检修的盲目性，避免了由于检修过剩所导致的资源浪费，不但提高了设备的利用率而且减小了应检修而带来的停电次数，提高了电网的可靠性，为社会和企业带来了显著的经济效益。对变电设备实施状态检修不仅是检修技术和方式上的变革，更是变电设备管理上的创新。

[1]张文广,张田乾,等.带电状态检修监测技术[J].电工技术, 2004(9): 56-61.

[2]苏鹏声,王欢.电力系统设备状态监测和故障诊断技术分析[J].电力系统自动化, 2003(1): 61-65.

[3]邱仕义.电力设备可靠性维修[M].北京：中国电力出版社, 2004.

[4]应高亮.高压电气设备状态检修的探讨[J].浙江电力,1999(2): 32-34.

[5]徐敏,刘井萍,左重华,等.变电设备状态检修中试验数据的处理方法探讨[J].电力系统保护与控制, 2009,37(22): 91-93, 98.