一种基于电气设备健康度状态检修方法的研究

中海油安全技术服务有限公司 孙 涛 王子维

长期以来，配电系统中电气设备检维修模式主要包括事后检维修和定期检维修两种方式。事后维修是20世纪五十年代前采取的维修方式，事后维修是一种电气设备出现了故障异常后才进行的检维修方式，主要基于电气设备发生故障时的影响较小，并且当时很多电气设备都比较简单[1]。事后维修的特点是非计划停机次数较多，对现场生产安全、维修成本、使用环境等影响都很大，并且对电气设备日常运行管理也具有不可控性。定期维修是一种基于时间的维修方式，定期维修的工作内容及周期均是事先计划好的，其特点是不管电气设备的状态如何到期就修，这种维修模式在预防电气事故发生有一定作用，但这样会给多数企业带来巨大的经济损失，同时也会对企业人力、财力及物力造成巨大的浪费。

随时现代技术的发展，基于电气设备健康状态检修方法的研究势必取代以往的检修模式，电气设备健康状态检修可以实现对电气设备应修必修、修必修好的思想，可通过对电气设备进行状态检修、以最少的资源消耗来实现对电气设备运行管理的安全性及可靠性的目的[2]。

1 状态检修分析技术

本文所述电气设备健康状态管理方法，主要是基于对电气设备运行情况进行状态评价，通过对电气设备状态评价模型的搭建，有效利用科学合理方法，结合对配电系统中电气设备的基础信息数据、历年预防性试验数据、现场日常运行记录数据、监测检测信息数据等进行系统统计筛选分析，进而做出对电气设备可能存在风险进行评估分析，针对电气设备不同风险情况制定不同的风险应对措施，使其风险处于可控状态，有效借助于信息化方法，将电气设备检修方式由传统的事故维修及周期性检修向状态检修转变，提高设备的可用率，降低不必要的经济损失，实现电气设备的健康度管理。

状态检修主要是基于对电气设备在线状态监测数据及日常运行情况数据进行收集整理，对其运行状态进行状态打分，通过对国家关于电气设备管理要求的相关法律法规、标准规范、技术要求、国际资产完整性管理规范及最佳行业实践的挖掘，梳理研究国内外完整性管理发展现状，结合配电系统中电气设备运行管理现状，深入系统分析电气设备运行管理中存在的不足、系统调研，明确电气设备管理需求。电气设备完整性管理状态检修技术路线图为：数据采集→数据整理分析→风险评估建模→状态风险评估→制定检维修侧率→结论。

1.1 数据采集与分析

对电气设备相关资料进行采集，主要包括电气设备属性数据、运行环境数据、设计数据、施工过程记录、运营期监测数据、各项试验检验记录，日常监测记录、历史的重要过程及事件记录等。数据收集资料主要为电气系统图、设备台账、施工安装记录资料、厂家说明书、历年试验记录、检维修记录、缺陷统计、运行记录、事故（故障）记录、检维修规程、检维修计划等。

1.2 风险评估建模

本文基于电气设备健康度状态检修研究方法，是采用对电气设备历次预防性试验数据、运行数据、监测检测数据等进行梳理分析，结合电气设备相关技术要求，搭建电气设备状态风险评估系统，借助于数字化、信息化技术，根据评价结果制订电气设备的检维修方案，将电气设备检修方式由传统的事故维修及周期性检修向状态检修转变，提前对设备故障进行预警并给出处理意见，从而实现电气设备的健康度管理。

1.3 状态风险评估

配电系统电气设备风险评估是电气设备健康度管理的依据，从电气设备功能现状分析开始，明确各部件功能、结构关系，对重点电气设备进行系统分析，分析电气设备在运行中面临的或可能面临的风险，分析各种故障类型的影响大小及重要度，确定风险等级，根据风险等级大小进行有针对性的制定检维修计划，从而为电气设备检测监测及维护维修改造提供管理依据[3]。

本文电气设备状态风险评估研究方法以百分制对电气设备状态进行赋值打分，100分为满分，表示电气设备为理想状态；0分为最低分，代表电气设备状态最差。其他情况的电气设备健康状态评分为0～100分之间。电气设备状态评分G为：G=B×T×E×F，式中：B表示电气设备基本得分，T表示电气设备历次试验得分，E表示电气设备不良情况得分，F表示电气设备家族缺陷评分。

1.3.1 基本评分（B）

基本评分结果可参考表1进行取值。其中B=60+式中Bi分别代表设备建造、运输、安装及实验等各阶段情况，其中B1代表设备建造材料质量情况，B2代表建造工序情况，B3代表建筑商信誉情况，B4代表出厂试验情况，B5代表设备运输情况，B6代表交接试验情况，B7代表同类设备运行情况，B8代表设备运行时间。

表1 电气设备基本评分

1.3.2 试验评分（T）

电气设备试验评分是先对设备每个单独试验内容进行评分，每项实验评分后对其加权计算出全部实验几何平均值。在评分过程中，单个实验项目的得分取值范围为0%～100%，0%表示该项实验劣化情况严重，其各状态量接近于预警值或者注意值，需要重点关注。其计算方法如下：如果一个电气设备有n个单项试验，每个试验又是相互独立，第i项试验的评分情况为Gi，权重为Wi，当权重没有提供时取值为1，则该电气设备的试验评分T为：T=

1.3.3 不良情况评分（E）

不良情况是指电气设备在运行时出现过负荷、过载、短路等不良情况，以及在运行过程中出现过冰冻、高温、雷电、大风等自然灾害影响电气设备的健康状况，进而对电气设备健康情况进行的评估。不良情况评分取值范围介于0%～100%，其中0%表示电气设备健康状态最为严重。不同设备的影响因素也不同，对于变压器影响最为严重的主要是突发的侵入波及近区（出口）短路等，对于断路器影响最为严重的是开断短路电流等。在电气系统中，根据情况，现在其他设备暂不考虑不良情况影响。

便于计算，目前对于电气系统中断路器暂时考虑开断短路电流的一种不良工况:×100%，式中：Ij代表断路器第j次开断时大电流的峰值，L代表断路器累积开断寿命的80%（设备累积开断寿命可查看设备出厂的技术文件），单位按kA 表示。如果断路器设备出厂时设备技术文件中没有给出该值，这时可以默认累积开断寿命为3000，或者根据该断路器设备运行经验情况确定。当E评分结果小于0时按0计。

1.3.4 家族缺陷评分（F）

家族缺陷是指经确认电气设备是由工艺、设计、材料、制造等共性因素问题出现的设备缺陷称为家族性缺陷。当电气设备存在家族缺陷时，即便运行设备没有发生故障、运行情况良好，在隐患未消除之前也应考虑其对电气设备状态的影响，家族缺陷评分也应考虑在内，其家族缺陷评分计算公式如公式：式中：N表示存在家族缺陷的电气设备总台数，n代表出现该家族缺陷的设备台数（1≤n≤N）。计算家族缺陷评分时，f值大小是根据电气设备缺陷发生的部位和性质来确定，f取值原则如表2所示。若存在家族缺陷设备的隐患已经消除，这时可以不需考虑其影响。

表2 f 取值原则

评分结果对应状态如下：80～100正常状态、60～80注意状态、40～60异常状态、40以下严重状态。

1.4 制定检维修策略

传统的电气设备维修主要包括事后检维修和定期检维修两种方式。随着科技水平的发展，传统的检修模式已不能满足当今的电气检修的要求，制定合理的检维修策略和任务是电气设备检修发展的趋势。电气设备维修的历史记录可通过电气设备管理系统进行查询，利用电气设备健康度状态检修系统，对已积累电气设备维修记录数据进行分析，可分析出某一特定环境下电气设备的不同特性参数，对其一一打分，并加权计算，得出电气设备状态评价结果，在依据电气设备的健康度状态评分结果，有针对性的对电气设备进行检修，这样既可避免电气设备的过修或欠修，又可避免不必要的资源浪费[4]。

同时，很多电气设备的维修均属于一种破坏性的维修，对电气设备进行状态检修，可以有效地减少电气设备发生故障的频率、提高电气设备使用效率，又可以有效合理延长电气设备的维修周期，从而可以大幅度提供电气设备的预期使用寿命。

1.4.1 制定维修策略

维修策略制定是以电气设备健康度状态评估结果为依据，在制定维修策略前，通过对电气设备健康度状态进行分析评估，了解电气设备的运行状态良好情况，综合考虑电气设备对电气系统运行的重要程度及影响等级（低影响、中影响、高影响）[5]，建立电气设备健康度状态和风险的二维关系决策模型，决策模型如表3所示。根据决策模型风险情况来判断电气设备的检维修类型，通常电气设备的检维修类型分为大修、中修、小修，再按不同的维修类型进而有针对性低制定电气设备相应的维修策略[6]。

表3 电气设备健康度状态和风险的二维关系决策模型

1.4.2 状态维修决策

电气设备完成健康度状态分析评估后，根据评估结果及确定的设备风险等级大小，结合系统定义好的维修策略，系统会自动给出对应推荐的应对措施，用户制定电气设备检修计划时参考系统措施，也可根据现场实际添加。风险应对措施如表4所示。

表4 风险应对措施

2 结语

通过电气设备状态检修技术的应用，可解决传统电气设备检修模式中的维修过度及维修不足，合理有效利用维修资源，减少资源浪费，提供配电系统中电气设备的安全性及可靠性。