范蓓 崔波

摘? 要：電力已經(jīng)成為社會現(xiàn)代化發(fā)展中必不可少的能源之一，人類的生產(chǎn)、生活、工作都會受到電力工程的影響。國家電力企業(yè)維持著社會龐大的電能需求量，并且還需要考慮在生產(chǎn)、輸送電力能源過程中，進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)效益，降低運(yùn)營成本。因此，維持電力設(shè)備的良好狀態(tài)，減少故障率是保證電力穩(wěn)定運(yùn)行、輸送的關(guān)鍵因素?；诖耍撐脑谔骄繃鴥?nèi)外相關(guān)的電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)也指出電力企業(yè)在狀態(tài)檢修技術(shù)的研究方面存在的問題，并提出一些新思路。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)備? ?檢修技術(shù)? ?電網(wǎng)? ?工程

中圖分類號：U673.37? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）07（c）-0029-03

Abstract： Electric power has become one of indispensable energy in the development of social modernization and human production， life and work will be affected by the electrical engineering. State power enterprises maintained a huge demand for electricity， and also need to consider in the process of production， the power energy， further improve economic efficiency， reduce operating costs. Therefore， maintain good state of power equipment， reduce the failure rate is the key to ensure stable power operation， transmission factor. Based on this， this article explores related electric power equipment state overhaul technology at home and abroad on the basis of the analysis of power equipment state overhaul technology development and application of the status quo， at the same time also is pointed out that the study of electric power enterprises in the state overhaul technology problems， and puts forward some new ideas.

Key Words： Power equipment; Maintenance technology; Grid; Engineering

在當(dāng)前國家電網(wǎng)工程中，許多電力設(shè)備的維護(hù)、檢修都采用的是計(jì)劃檢修機(jī)制，但是從長期的運(yùn)行維護(hù)效果來看，這類計(jì)劃檢修機(jī)制還存在不同程度的弊端，比如臨時(shí)性的維修情況出現(xiàn)頻繁、維修頻率不足或者過于頻繁、出現(xiàn)問題盲目進(jìn)行大規(guī)模維修等。而這也導(dǎo)致了電網(wǎng)工程在每年的設(shè)備維修保養(yǎng)工作中，成本消耗巨大。所以，如何妥善地安排電力設(shè)備的維護(hù)、檢修，降低檢修過程中的成本消耗，保證設(shè)備可以長期穩(wěn)定運(yùn)行就成為了相關(guān)技術(shù)部門一個(gè)重要的研究課題。

1? 檢修技術(shù)和機(jī)制的發(fā)展演變

1.1 檢修技術(shù)的效益目標(biāo)

21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，微電子、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等綜合性的智能系統(tǒng)工具，都在設(shè)備維護(hù)檢修、故障診斷過程中發(fā)揮了較大的作用。使得原本主要依靠人力診斷的方法逐步轉(zhuǎn)向依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行自動化、智能化的監(jiān)測、診斷技術(shù)。而這類新興的狀態(tài)檢修技術(shù)由于其高效率、高精確度、低成本的優(yōu)勢，成為了電力系統(tǒng)工程重要的研究領(lǐng)域。而影響電力設(shè)備狀態(tài)檢修效益的因素，主要涉及以下方面：維護(hù)檢修成本，延長電力設(shè)備的使用壽命、提高設(shè)備發(fā)電效率、提高電力設(shè)備供電穩(wěn)定性和可靠性等[1]。

1.2 檢修機(jī)制的演變

從18世紀(jì)的工業(yè)革命以來，設(shè)備的檢修機(jī)制大致經(jīng)過了兩個(gè)階段的轉(zhuǎn)變，即從最早的故障維修、事后維修機(jī)制，向著事前的預(yù)防性檢修過度。事后維修方式主要是在設(shè)備出現(xiàn)故障問題后，才開始診斷問題，對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。但是，顯然當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)明顯問題后，才維護(hù)修理，會花費(fèi)更多的成本。而到了19世紀(jì)中后期，才開始逐漸推行設(shè)備的事前預(yù)防性檢修。經(jīng)過了百年來的技術(shù)發(fā)展，狀態(tài)檢修的技術(shù)條件也發(fā)生了變化，隨之衍生出了更多不同的設(shè)備檢修方式。

1.2.1 定期檢修法

部分業(yè)內(nèi)人士也將其稱作為計(jì)劃檢修。這種檢修方式主要是依靠時(shí)間周期來制定設(shè)備的檢修內(nèi)容和具體時(shí)間。我國電力工業(yè)領(lǐng)域的定期檢修制度，是從20世紀(jì)50年代，因?yàn)橹刑K合作關(guān)系而傳入國內(nèi)的。直到20世紀(jì)80年代，定期檢修制度依舊是我國主要的設(shè)備檢修制度。而定期檢修制度確實(shí)在保證重大設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮了重要作用，降低了設(shè)備出現(xiàn)重大故障的概率。但是由于這種檢修制度沒有依據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，單純根據(jù)時(shí)間周期來制訂檢修計(jì)劃的方式，難以避免地產(chǎn)生了過度檢修的問題，造成了時(shí)間、人力、物力等成本的消耗。

1.2.2 以可靠性為核心的檢修方法

這種方法的理念是以最低的檢修成本來保障設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)用這種理念方法，可以較為合理地制定設(shè)備的大修周期，防范重大故障的發(fā)生概率。電力工業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用此種方法，是從1983年開始探索研究的，隨后在技術(shù)方法的逐步完善的過程中，美國的絕大部分企業(yè)，都開始推廣運(yùn)用此種辦法。

1.2.3 狀態(tài)檢修法

也被稱作為預(yù)知性的檢修辦法，采用這種辦法主要是根據(jù)當(dāng)前設(shè)備的實(shí)際運(yùn)作狀況來判斷，利用電子工程技術(shù)來對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障的早期征兆，然后對故障部分的嚴(yán)重程度進(jìn)行分析，并設(shè)定設(shè)備元件的最佳維修時(shí)間[2]。狀態(tài)檢修法最早是由美國杜邦公司所提出的，而隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)電子工程技術(shù)的進(jìn)步，狀態(tài)檢修技術(shù)成為目前設(shè)備檢修成本消耗最低的方法，技術(shù)機(jī)制也是最為先進(jìn)的。它為我國電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了非?？煽康募夹g(shù)支持和管理保障。

2? 電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)的深入發(fā)展

狀態(tài)檢修技術(shù)隨著電子工程技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、故障診斷技術(shù)的發(fā)展，逐步進(jìn)入實(shí)用化層面，而由于其高效、準(zhǔn)確帶來的巨大效益引起了業(yè)界的重點(diǎn)關(guān)注，由此也使得其研究和實(shí)踐應(yīng)用都有了進(jìn)一步深入。國外的許多發(fā)達(dá)國家在狀態(tài)檢修技術(shù)的理論研究和實(shí)踐應(yīng)用上都積累了許多豐厚的經(jīng)驗(yàn)。美國、德國、日本等國家都有相關(guān)技術(shù)的研究報(bào)道，而與狀態(tài)檢修密切相關(guān)，可以有效提升狀態(tài)檢修工作質(zhì)量的技術(shù)主要會涉及到以下幾個(gè)方面：設(shè)備的可靠性分析、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與信息管控、設(shè)備壽命預(yù)測管理等[3]。

2.1 設(shè)備強(qiáng)度的壽命預(yù)測管理

工業(yè)較為發(fā)達(dá)的國家，在進(jìn)入21世紀(jì)之后，其電力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)都得到了大規(guī)模的擴(kuò)充，很多國家的電力主設(shè)備使用時(shí)長都在25～30年左右，而隨著時(shí)間推移、技術(shù)進(jìn)步，很多設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入了老化階段，而這樣的情況也在迫使很多電力企業(yè)在考慮如何有效地延長電力機(jī)組的使用壽命，并且可以有效地保證生產(chǎn)效益。所以，狀態(tài)檢修技術(shù)中，對于設(shè)備的壽命預(yù)測和評估技術(shù)就逐步突顯出來。而主要的分析對象就放在了發(fā)電機(jī)組、變壓器、高壓開關(guān)等重要設(shè)備上。

比如：變壓器的使用壽命評估就是當(dāng)前電力企業(yè)監(jiān)測的重點(diǎn)內(nèi)容之一。目前，主要評估變壓器剩余壽命的方法，多數(shù)只是簡單地考慮到設(shè)備的溫度、絕緣材料、負(fù)荷狀況等。由于變壓器在運(yùn)行過程中，會出現(xiàn)短路、過電壓、修理等多種因素的影響，變壓器的功能發(fā)揮也會出現(xiàn)不同程度的差異。所以，ABB公司和歐洲一些電力研究機(jī)構(gòu)開發(fā)了一種變壓器排列的等級方法，作為變壓器的壽命評估方法做出大量工作。

2.2 電力設(shè)備的可靠性分析

電力設(shè)備的可靠性，可以理解為機(jī)械設(shè)備和相關(guān)原件在一定的條件下，和規(guī)定的實(shí)踐周期內(nèi)，可以完成預(yù)定目標(biāo)或者功能的能力。而設(shè)備系統(tǒng)的可靠性數(shù)學(xué)模型在很多的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中也都有過相關(guān)的分析介紹，目前工程業(yè)界將可修系統(tǒng)大致歸類為馬爾科夫模型和費(fèi)馬爾科夫類型。而傳統(tǒng)的電力設(shè)備的可靠性評估，主要是依托于威布爾所研究出的浴盆曲線方法，主要是這種方法所計(jì)算出的特征曲線與浴盆的外形較為相似而得名。在這類方法引入到國內(nèi)后，一些電力研究機(jī)構(gòu)通過將可靠性理論與設(shè)備的強(qiáng)度壽命理論相結(jié)合，然后綜合考慮設(shè)備部件可能出現(xiàn)的各種故障因素，對預(yù)測電力設(shè)備鍋爐部件的可靠性提供了一定嘗試方法。

2.3 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主要是依托于電子工程技術(shù)的在線診斷和離線分析技術(shù)。從國內(nèi)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用狀況來看，在汽輪機(jī)等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)方面，已經(jīng)處于國際上較為先進(jìn)的水平。國內(nèi)的科研工作者也在不斷地進(jìn)行研究，并開發(fā)出了一系列的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，且已經(jīng)上線使用。

2.4 信息管理和決策

電力設(shè)備的狀態(tài)檢修技術(shù)作為一種先進(jìn)的機(jī)制，也是與多學(xué)科知識和管理手段密不可分的。從不同的管理目標(biāo)出發(fā)，也會形成不同的管理系統(tǒng)。比如：芬蘭的IVO輸電公司所開發(fā)的變電站檢修系統(tǒng)，就是針對一座變電站進(jìn)行長期檢修分析的基礎(chǔ)上而研發(fā)得來的。這個(gè)檢修系統(tǒng)是從電力設(shè)備的壽命周期費(fèi)用入手，引入設(shè)備的逐漸劣化計(jì)算模型來評估設(shè)備在未來時(shí)間段的狀態(tài)變化，獲得了一定成效。

3? 電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 變壓器檢修中的實(shí)際應(yīng)用

利用電子工程技術(shù)中的數(shù)據(jù)挖掘方法來對變壓器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。主要是利用監(jiān)測系統(tǒng)來收集設(shè)備的各類運(yùn)行參數(shù)，對比實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫做出分析。比如：在對某個(gè)電力設(shè)備的狀態(tài)特征量來進(jìn)行聚類分析，深入分析其中所蘊(yùn)含的主要參數(shù)信息、性能狀態(tài)的變化趨勢、實(shí)際損耗等。通過分析參數(shù)，建立數(shù)據(jù)漸變模型，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障的征兆，從而對設(shè)備可能發(fā)生嚴(yán)重?fù)p耗的部分和趨勢狀況做出準(zhǔn)確判斷，并制訂檢修方案。國內(nèi)相關(guān)電力科研機(jī)構(gòu)應(yīng)用粗糙集數(shù)據(jù)挖掘方法，來對變壓器油中的溶解氣體進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并作為診斷變壓器狀態(tài)的手段之一。當(dāng)然由于變壓器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，粗糙集理論中提出了一些故障診斷模型[4]。首先是將變壓器相關(guān)的歷史故障數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化處理，然后集中模糊處理后的數(shù)據(jù)，建立診斷決策表和數(shù)據(jù)庫。其次是采用粗糙集數(shù)據(jù)挖掘辦法，從診斷決策表中提取隱含的數(shù)據(jù)條件，為分析變壓器故障提供依據(jù)。

3.2 在配電網(wǎng)設(shè)備檢修中的應(yīng)用

配電網(wǎng)的故障診斷，主要是依靠事故發(fā)生環(huán)境下，產(chǎn)生的實(shí)時(shí)信息來判斷故障區(qū)間。目前，在該領(lǐng)域的研究中，已經(jīng)擁有較為成熟的技術(shù)，比如：專家系統(tǒng)、電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、邏輯處理系統(tǒng)等，可以智能化地監(jiān)測配電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)中的故障。不過在實(shí)際的檢修工作中，由于受不同環(huán)境、設(shè)備的影響，故障診斷所依據(jù)的實(shí)時(shí)信息可能不完整，或者是由于信息發(fā)生畸變，導(dǎo)致檢測系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤的診斷結(jié)論。所以，通過將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)充分運(yùn)用到配電網(wǎng)的故障診斷過程中，可以很大程度上預(yù)防此類問題的發(fā)生。

3.3 在高壓輸電線路檢修中的應(yīng)用

電網(wǎng)工程中，高壓輸電線路出現(xiàn)問題可能會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。所以，準(zhǔn)確地排除故障和提前預(yù)防診斷技術(shù)，對于保證電力系統(tǒng)安全有著重要意義。利用粗糙集理論的數(shù)據(jù)挖掘模型，來處理信息的實(shí)時(shí)畸變和保證輸電線路系統(tǒng)的故障診斷。通過粗糙集的定型分析能力，來對挖掘到的數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理分析，之后運(yùn)用遺傳數(shù)據(jù)算法來取得測試樣本的理論數(shù)據(jù)，以此來提升故障診斷系統(tǒng)的容錯(cuò)性，保證狀態(tài)檢修系統(tǒng)能夠發(fā)揮真正效用。

4? 結(jié)語

電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)的應(yīng)用，需要依托于對設(shè)備參數(shù)的全面監(jiān)測分析。當(dāng)前國內(nèi)的電力設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)，還存在監(jiān)測環(huán)節(jié)少、功能性單一、綜合性不強(qiáng)等弊端。尤其在監(jiān)測邏輯方面，缺乏層次化和系統(tǒng)化，影響了設(shè)備狀態(tài)信息的集中、綜合分析。所以，在未來的研究方向上，相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)該針對如何構(gòu)建可靠的分析模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化、準(zhǔn)確化的在線監(jiān)測來進(jìn)行深入研究，爭取推出更加完善的電力設(shè)備診斷系統(tǒng)。

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