【正文】 降低備件的庫(kù)存量以及更換部件與檢修所需費(fèi)用； 3）有目標(biāo)地進(jìn)行檢修，可提高檢修水平，是設(shè)備運(yùn)行更安全、可靠； 4）可系統(tǒng)地對(duì)設(shè)備制造部門反饋設(shè)備的質(zhì)量信息，用以提高產(chǎn)品的可靠性。在線監(jiān)測(cè)和可靠性為中心的狀態(tài)檢修 三峽大學(xué)電氣信息學(xué)院 周云海 Email: 緒論 ? 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，要求電力工業(yè)不僅能夠提供充足的電能，也要提高供電質(zhì)量和可靠性，同時(shí)要求減人增效。 ? 狀態(tài)檢修的組成及相互關(guān)系 運(yùn)行中的 設(shè)備 設(shè)備的設(shè)計(jì) 和制造 在線監(jiān)測(cè) 系統(tǒng) 診斷 檢修計(jì)劃 顯示和運(yùn)行 人員的操作 從上面的框圖可知，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)和根據(jù)。 ? 另外，在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也十分顯著。 ? 自 20世紀(jì) 80年代以來(lái)，我國(guó)的監(jiān)測(cè)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，各單位相繼研制了不同類型的監(jiān)測(cè)裝置。 ? 設(shè)備特征量可以分為運(yùn)行特征量和生產(chǎn)過(guò)程特征量。 2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的校正處理 在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)環(huán)境溫度、濕度和降雨等環(huán)境引起的測(cè)量誤差，運(yùn)行設(shè)備負(fù)荷大小引起的誤差，測(cè)量設(shè)備的漂移等測(cè)量環(huán)節(jié)引起誤差的校正能力。 ? 信號(hào)預(yù)處理。實(shí)則一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的專用軟件，在距現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)的控制室內(nèi) 輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的實(shí)際測(cè)量技術(shù) 變壓器的在線監(jiān)測(cè) ?變壓器是變電站中最重要和昂貴的設(shè)備，因此在線監(jiān)測(cè)中如何監(jiān)測(cè)變壓器是重要問(wèn)題。 ? 測(cè)量方法分為 電測(cè)法 非電測(cè)法 ? 電測(cè)法 電測(cè)法是利用局部放電所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，即測(cè)量因放電時(shí)負(fù)荷變化所引起的脈沖電流，稱脈沖電流法。 變壓器油中氣體的在線監(jiān)測(cè) ? 無(wú)論是變壓器內(nèi)部產(chǎn)生局放或存在局部過(guò)熱，這些物理現(xiàn)象都會(huì)使周圍的變壓器油產(chǎn)生氣體，因此使用色譜分析變壓器油中氣體組分的方法便得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是：色譜分析儀的價(jià)格和故障率高，需要經(jīng)常維護(hù)。 ? 變壓器繞組在線監(jiān)測(cè)是根據(jù)變壓器繞組的短路電抗值的變化進(jìn)行變形與否的監(jiān)測(cè)和判斷。 ? 因此，在線監(jiān)測(cè)電纜水樹(shù)枝劣化情況是十分重要的。 ? 工頻法 ? 介質(zhì)損耗因數(shù)法：將加于電纜的電壓 (通過(guò)電壓互感器 )及流過(guò)絕緣的工頻電流 (通過(guò)電流互感器 )信號(hào)取出，再通過(guò)數(shù)字化測(cè)量裝置測(cè)出電纜絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)。根據(jù)頻譜分析，其頻率分布在 10Hz特別是 3Hz以下。 電容性設(shè)備的在線監(jiān)測(cè) ? 電力設(shè)備中，高壓電容式套管、電容式電流互感器、耦合電容器等設(shè)備是由若干個(gè)電容元件串聯(lián)而成的，故將它們統(tǒng)稱為電容型設(shè)備。 ? 介質(zhì)損耗因數(shù)監(jiān)測(cè) ? 電容量監(jiān)測(cè) ? 三相不平衡電流監(jiān)測(cè) ? 介質(zhì)損耗因數(shù)監(jiān)測(cè) 在線監(jiān)測(cè)介損的基本方法是測(cè)出電容性電氣設(shè)備的電流相位，并于該相的純?nèi)菪噪娏鞅容^，其相角差就是介質(zhì)損耗角。 2）電容取樣：把取樣電容與被測(cè)設(shè)備的電容形成典型的電容分壓器。 該方法比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)施，但是要注意 FFT采樣精度和同步取樣的穩(wěn)定性問(wèn)題，保證采樣數(shù)據(jù)的精度。用計(jì)算的方法得到電容量變化率。 3）導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)：利用熱電偶的電動(dòng)勢(shì)隨溫度變化的原理，或晶體振子的發(fā)振頻率隨溫度變化的原理構(gòu)成傳感器，來(lái)檢測(cè)導(dǎo)線或接頭的發(fā)熱情況，采集到的信息將其調(diào)劑到天線再發(fā)送，或通過(guò)線路的DPGOW光纖通信傳送到監(jiān)視中心站。 ?滅弧室故障的在線監(jiān)測(cè) 滅弧室故障通常與開(kāi)斷工作電流，特別是故障短路電流的大小和次數(shù)相關(guān)。 2）三次諧波法：利用避雷器閥片的非線性產(chǎn)生的三次諧波分量，用測(cè)量三次諧波的方法代替直接的阻性電流測(cè)量。同時(shí)避雷器動(dòng)作電流和過(guò)電壓監(jiān)測(cè)配合，可以掌握變電站的過(guò)電壓發(fā)生情況。 ?甚高頻法：監(jiān)測(cè)電氣高頻信號(hào)的方法。因測(cè)量原理不同，抵御不同形式的干擾能力亦不同，照成在不同干擾環(huán)境下不同的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量到不同數(shù)據(jù)。 ?在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的校正問(wèn)題 停電預(yù)防性試驗(yàn)可以在干擾較少的環(huán)境、良好的天氣下進(jìn)行，對(duì)溫度和濕度等可以做出明確的修正。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、專家評(píng)估、定量建模等手段，在保證設(shè)備安全與完好的前提下，以維修停機(jī)損失最小為目標(biāo)對(duì)設(shè)備的維修策略進(jìn)行優(yōu)化。 ? 目前的 RCM應(yīng)用領(lǐng)域已涵蓋了航空、武器系統(tǒng)、核設(shè)施、鐵路、石油化工、生產(chǎn)制造、甚至大眾房產(chǎn)等各行各業(yè)。 第一條曲線 2% t λ 第二條曲線 2% t λ 第三條曲線 7% t λ 第四條曲線 14% t λ 第五條曲線 14% t λ 第六條曲線 59% t λ 圖 1 RCM的故障曲線 復(fù)雜設(shè)備一般具有多種故障模式，可修復(fù)的復(fù)雜設(shè)備，故障部件修復(fù)或更新后，復(fù)雜設(shè)備的故障率隨著時(shí)間的增大而趨向于常數(shù)，即不存在耗損區(qū)，如圖所示： ? RCM 基本原理二：提出潛在故障的概念，進(jìn)行視情維修，可使設(shè)備在不發(fā)生功能故障的前提下得到充分的利用，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的使用目的。 ? RCM基本原理八：預(yù)防性維修大綱只有通過(guò)維修部門和研制部門長(zhǎng)期共同協(xié)作才逐步完善。 能夠彌補(bǔ)設(shè)備固有可靠性的不足，提高固有可靠性水平。 可單獨(dú)由使用部門或研制部門制訂。 Y N 圖 3 確定維修工作類型的工作流程圖 開(kāi)展 RCM的主要收益 ? 能合理地選擇維修作業(yè)類型。 Poor’s 穆迪 Moody39。 他并不依賴我們 , 而是 我們有賴于他 。 ? 能正確地發(fā)揮維修的作用。 ? 進(jìn)行系統(tǒng)劃分的主要內(nèi)容及目標(biāo)： （ 1）分析部件在系統(tǒng)中的功能； （ 2）分析部件故障對(duì)系統(tǒng)可靠性、可用度的影響； （ 3）分析部件維修方式改變對(duì)系統(tǒng)維修費(fèi)用的影響。 預(yù)防性維修能避免故障的發(fā)生還能改變故障的后果。 設(shè)備故障的發(fā)生與使用時(shí)間直接相關(guān)，定時(shí)拆修是對(duì)付故障的普遍使用的方法。 ? RCM 基本原理三：檢查并排除隱蔽功能故障是預(yù)防多重故障嚴(yán)重后果的必要措施。 ? 在航空上：由于 RCM的實(shí)施， 70年代初一架波音 747飛機(jī)每飛行兩萬(wàn)小時(shí)的結(jié)構(gòu)大檢查只要 ，而 50年代一架 DC8飛機(jī)每飛行兩萬(wàn)小時(shí)的結(jié)構(gòu)大檢查需要 400萬(wàn)工時(shí)，兩者相差 60倍。 70年代中期， RCM引起美國(guó)軍方的重視，美國(guó)防部明確命令在全軍推廣以可靠性為中心的維修（ RCM）。 輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與新技術(shù) ? 輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展與新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，有了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展才使得在線監(jiān)測(cè)技術(shù)走向?qū)嵱谩? ?預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可比性問(wèn)題 停電監(jiān)測(cè)與帶電測(cè)量數(shù)據(jù)的可比性問(wèn)題一直是在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的爭(zhēng)論焦點(diǎn)。 ? GIS的放電性故障在線監(jiān)測(cè) 在放電性故障發(fā)生后，由于短路電弧的加溫，在GIS外面能觀測(cè)到 GIS故障點(diǎn)金屬外殼溫度明顯高于其他部分溫度，但持續(xù)時(shí)間較短，因此如何記憶放電故障時(shí)的溫度就成了放電故障在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵。 ? GIS的局部放電在線監(jiān)測(cè)方法主要有： ?振動(dòng)法 ?電氣測(cè)量法 ?甚高頻法 ?振動(dòng)法：是通過(guò)檢測(cè)局部放電時(shí)外殼的機(jī)械振動(dòng)，判斷 GIS內(nèi)部局部放電的方法。缺點(diǎn)：容易受電力系統(tǒng)內(nèi)存在的三次諧波的影響。 ?斷路器機(jī)械故障在線監(jiān)測(cè) 據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，高壓斷路器機(jī)械故障占總故障的60%以上，斷路器機(jī)械性能的變壞主要表現(xiàn)在分合閘的時(shí)間合速度不正常。日本 NGK公司開(kāi)發(fā)了自動(dòng)定時(shí)或定期自動(dòng)刷洗絕緣子，并對(duì)刷洗液自動(dòng)測(cè)量電導(dǎo)率的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由電容量變化率可以判斷容性設(shè)備的狀況。 缺點(diǎn)是有些原理的電橋每次自動(dòng)調(diào)平衡所需時(shí)間較長(zhǎng)。 ? 兩個(gè)正弦信號(hào)的相位比較 在取得標(biāo)準(zhǔn)相位信號(hào)和被試品電流信號(hào)后要通過(guò)比較這兩個(gè)正弦波信號(hào)的精確相角才能測(cè)出介質(zhì)損耗。但由于把標(biāo)準(zhǔn)電容器或電阻器作為一次設(shè)備長(zhǎng)期連接在高壓母線尚，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行照成威脅，因此一般不用這兩種方法。正因如此，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展較早和較多的在線監(jiān)測(cè)工作也就是電容型設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷。由于低頻電流也是納安級(jí)的，對(duì)測(cè)量裝置要求較高。要注意電壓、電流互感器角差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。在運(yùn)行電壓下，在由電源線、電纜導(dǎo)芯、電纜絕緣層和護(hù)層、電纜接地線、 GPT(接地保護(hù)用電壓互感器 )、電源線構(gòu)成的回路中通過(guò)微電流測(cè)量裝置可以測(cè)出此電流。 ? 通過(guò)理論研究和實(shí)際測(cè)試，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)繞組短路電抗的變化對(duì)在線監(jiān)測(cè)變壓器繞組變形具有很好的實(shí)效性。 ? 由于變壓器油中氫氣的測(cè)量比較容易，儀器價(jià)格低，因此是通過(guò)變壓器油的監(jiān)測(cè)，掌握變壓器狀態(tài)的有效方法。 局部放電分解出氫和甲烷 。 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高。變壓器常見(jiàn)的問(wèn)題有局部過(guò)熱、局部放電、絕緣老化和鐵芯多點(diǎn)接地等，也有繞組變形、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)失靈等機(jī)械方面產(chǎn)生的問(wèn)題。對(duì)處理后信號(hào)進(jìn)行采集、 AD變換和記錄 ? 信號(hào)傳輸。 4）縱向的數(shù)據(jù)比較 從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索出被測(cè)設(shè)備的出廠數(shù)據(jù)和歷年測(cè)量數(shù)據(jù)，提供被測(cè)量隨時(shí)間的變化情況 5）同組橫向數(shù)據(jù)類比 該類比是指在監(jiān)測(cè)三相獨(dú)立的設(shè)備時(shí)（ A,B和 C相分開(kāi)的設(shè)備）三相監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比較。如在線監(jiān)測(cè)絕緣子污穢時(shí)，只監(jiān)測(cè)部分絕緣子。 輸變電設(shè)備故障原因和測(cè)量原理 ? 輸變電設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生故障，同時(shí)設(shè)備的絕緣也會(huì)逐步老化。 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r ? 1951年，美國(guó)西屋公司的約翰遜針對(duì)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)因槽發(fā)電的加劇導(dǎo)致電機(jī)失效，提出并研究了在運(yùn)行條件下監(jiān)測(cè)槽發(fā)電的裝置。其優(yōu)越性表現(xiàn)為： (1)由于在線監(jiān)測(cè)是帶電進(jìn)行的。 ? 為保證安全運(yùn)行，以往對(duì)輸變電設(shè)備采用規(guī)定檢修周期、定期停電檢修的方法。 ? 狀態(tài)檢修，也稱預(yù)知性檢修，是根據(jù)輸變電設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)決定檢修時(shí)間和檢修內(nèi)容的方法。某些停電監(jiān)測(cè)儀表所用電壓遠(yuǎn)低于運(yùn)行電壓，特別是測(cè)量絕緣泄漏電流或測(cè)量介質(zhì)損失角正切值，在運(yùn)行電壓下在線監(jiān)測(cè)的結(jié)果更切合實(shí)際。 ? 20世紀(jì) 70年代中期，能使油中氣體分離的高分子塑料滲透膜的發(fā)明和應(yīng)用，解決了在線連續(xù)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。 ? 發(fā)現(xiàn)破壞性的故障，這種信號(hào)一般稱之為 故障信號(hào) ；預(yù)防功能性故障的發(fā)展，這時(shí)采集的是 異常信號(hào) ，它是設(shè)備部分缺陷的外在反應(yīng)（現(xiàn)狀）。 在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理和設(shè)備狀態(tài)的判斷 ? 在線監(jiān)測(cè)要從大量的測(cè)量數(shù)據(jù)中判斷出設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)，因此對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理方法提出了新的要求。特別是進(jìn)口設(shè)備的制造工藝和材料于國(guó)內(nèi)設(shè)備不同，而國(guó)內(nèi)可比的該類設(shè)備較少時(shí)，有必要比較國(guó)外同類設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。和歷史數(shù)據(jù)或其它信息進(jìn)行比較，對(duì)設(shè)備狀態(tài)和故障部位做出診斷，提出維修建議或計(jì)劃 ? 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物理構(gòu)成 ?被監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳感器。變壓器局部放電會(huì)逐漸侵蝕變壓器的絕緣，因此掌握變壓器的局部放電是判斷變壓器內(nèi)部是否存在絕緣電侵蝕現(xiàn)象的有效手段。 優(yōu)點(diǎn)：基本不受現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾的影響，信噪比搞，可以確定放電源的位置。 ? 《 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則 》對(duì)一些特征氣體的注意值和產(chǎn)氣率也作了規(guī)定 ,如表所示。變壓器繞組的變形具有相當(dāng)大的隱蔽性，而且由變形帶來(lái)的后果也相當(dāng)嚴(yán)重，它會(huì)直接威脅變壓器的安全運(yùn)行。 電力電纜的在線監(jiān)測(cè) ? 近年來(lái)，由于交聯(lián)聚乙烯（ XLPE）塑料電纜的性能優(yōu)良、工藝簡(jiǎn)單、安裝方便而得到廣泛應(yīng)用，已逐步取代了傳統(tǒng)的油紙絕緣電纜。 ? 直流疊加法 直流疊加法的基本原理是在變電站變壓器的中性接地點(diǎn)處或者是母線處，通過(guò)電壓互感器將低壓自流電源疊加在電纜絕緣己施加的交流相電壓上，并通過(guò)并聯(lián)一高壓電容來(lái)免除交流高壓對(duì)自流電源的影響。 ?局部放電法： 對(duì)于局部放電法來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)主要是在終端頭和附件等處采集局部放電量，經(jīng)過(guò)小波理論和信號(hào)處理從干擾信號(hào)中來(lái)辯識(shí) X LPE電纜的局部放電量。采用幾種方法，互相配合進(jìn)行復(fù)合診斷可提高診斷的正確性。 ? 對(duì)于電容性絕緣的設(shè)備，通過(guò)對(duì)其介電特性的監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)尚處于早期發(fā)展階段的缺陷。缺點(diǎn)：存在角誤差。該測(cè)量方法測(cè)量原理較為直觀，但特征點(diǎn)