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1、第一章 概论,Overview,1,变压器,GIS ,电力电缆,发电机,电容性设备,电气设备界定,2,课程涉及的领域,高电压工程,电子测试技术,电磁兼容,人工智能,可靠性工程,传感技术,3,1. 电气绝缘在线检测技术，严璋 编 北京，中国电力出版社，1995.11 2. 电绝缘诊断技术，朱德恒、谈克雄主编 北京，中国电力出版社，1999.043. 电工高新技术丛书第五分册 (电气设备状态监测与故障诊断技术) 朱德恒、谈克雄编 北京，机械工业出版社，2000.03,主要参考书目,4,本章内容,电气设备的绝缘故障及其危害性在线监测与状态维修的必要性及意义在线监测技术的国内外发展概况及趋势在线监测系
2、统的技术要求,5,1.1 电气设备的绝缘故障及其危害性,全球截止到2030年仍将有1/5的人口，根本的不到电力供应。美国在未来20年中需要建设1300个发电厂（平均每年65个）才能保证充足的发电能力。否则，加州停电问题就肯定会在全国范围内出现。能源短缺将对美国所有的地区造成影响。发展中国家和不发达国家严重的能源短缺和电力工业的落后状态，已成为影响其经济发展的瓶颈。,世界电力之现状,6,中国电力之现状,到2010年底: 发电装机容量 9.62 亿千瓦 发电量完成 41413 亿千瓦时直流超高压线路7085公里，输送能力1856万千瓦中国超高压交直流输电工程的设计建设、运行管理和设备制造水平已处于
3、国际领先地位,7,电力系统的构成,8,瞬间平衡的电力系统,电力系统是世界上最大的“瞬间动态平衡系统” 。 发电和用电是同时发生的，基本没有存储环节。 电力系统的所有问题都是围绕这个特点展开的。,9,电力系统的稳定性问题,发电、输电和用电过程构成了不可分割的整体，任何环节发生故障都有可能引起链式反应，导致整个系统的崩溃。,10,历史上的大停电事故,11,停电原因,( % ),12,13,电气设备典型灾难性事故举例,可见提高设备的运行可靠性是保证电力系统安全运行的关键。现代电力设备的可靠性在很大程度上取决于其绝缘的可靠性。,保证设备安全的基本途径,制造100%可靠的设备 建立完善的维修计划,虽然设
4、备的质量和可靠性主要取决于设计和制造阶段，但为了保证设备的正常运行，在很大程度上也需要借助于投运后的维护工作，即在运行过程中通过对设备进行必要的巡视检查、监测和试验，建立完善的维修计划，以减少事故的发生，提高运行可靠性。,制造这样的大型电力设备，在技术上是极其复杂的，尤其是对于电压等级较高的设备，多数情况下这样的设计在经济上也是不合理的。,14,0,10,20,30,40,50,60,（年）,事故率 %,无在线监测,有在线监测,运行早期,稳定期,运行晚期,更 换,可接受的事故速率,无在线监测,有在线监测,1.2 在线监测与状态维修的必要性及意义,15,电力系统维修方式的演变过程,1. 事后修理
5、BM（Breakdown Maintenance）或故障维修；2. 定期检修TBM（Time Based Maintenance）或预防性维修PM（Preventive Maintenance）；3. 状态维修CBM（Condition Based Maintenance）或预知性维修（Predictive Maintenance）。,16,事后维修体制,早期技术及管理水平都很低 ，即使再重要的设备也只能坏了再修。以致工作毫无计划性，供电可靠性很低。 简单方便，对消耗性产品是有效的。 随着电力系统的不断扩大，设备故障所造成的停电损失也越来越大，事后维修无法满足系统对运行稳定性的需求。,17,现
6、行维修体制定期维修,预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。在我国已有40年的使用经验。 预防性试验、大修和小修构成了定期维修制的基本内容。,18,1. 维修周期频繁,2. 预防性试验项目过多,电力变压器 32项发电机 25项互感器 11项 GIS达 20项,定期维修制的种种弊端,19,大修一台30万kVA的发电机需要大约3个月的时间，耗费资金近百万元。大修一台12万kVA的变压器需投入300多个工作人日，资金10万元。大修一台220 kV开关需投入100多个工作人日，资金2万元。长时间停电检修，将造成大量的电量损失。300MW机组停运一天，少
7、发电720万度，直接损失150万元。,3. 经济性差,4. 增大不安全因素,易发生人身和设备安全事故。 发生在检修、试验人员身上的伤亡事故占全部供电伤亡事故的77.8%。停送电过程易造成误操作。,20,大连局的预试统计,19831991年，共检测111万片线路绝缘子，测出零值414片，且同一串无2片零值的。要否每13年普测？19821998年，继保及自动化装置不正确动作率：10kV及220kV电压级分别为0.02%及6.2%。要否每年同样要整定？,21,5. 过度维修,对110台高压变压器进行的162台次定期吊检大修结果进行统计。共发现缺陷24项，其中一般性缺陷23项，危及安全运行的仅1项。对
8、110kV及以上油开关大修统计表明，95%以上未发现部件损坏。 定期检修虽有成效，但过于保守。实践证明，频繁检修非但不能改善设备性能，反而常常会引入新的故障因素。,6. 维修不足,由于采用周期性定期检查，很难预防由于随机因素引起的偶发事故。设备仍可能在试验间隔期间内由于微小缺陷的持续发展导致发生故障。,22,预防性试验是在停电情况下，进行的非破坏性试验，试验电压一般不超过10kV。而大部分变电设备工作电压为110 500kV。很难正确反映高压电气设备在运行中存在的缺陷。,7. 预防性试验条件与实际运行工况不同,设备的现代化对设备的维修体制提出了变革的要求，设备运行的高可靠性和维修方式的经济性已
9、成为电力系统降低运行成本的关键。,23,发展中的维修体制状态维修,状态维修方式的基本思想“治于未病”,24,状态维修即根据具体设备的实际情况来确定检修周期和检修内容的维修体制。 通过对设备运行情况的实时监测，随时查明设备可能“存在着什么样的隐患，什么时候会发生故障”，预先得知将要发生事故的部位和时间，设备管理人员因此可以从容地安排停电计划和组织维修人力，采购必须的备件，以便在短时间内完成高质量的维修工作。 实现“无病不修、有病才修、修必修好”的目的。,状态维修的必要性,25,虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强随机性，但大多都具有一个的较为缓慢的发展过程，在这期间，会产生各种前期征兆，表现为其
10、电气、物理、化学等特性发生渐进的量变。根据这些特征量值的大小及变化趋势，即可对设备的可靠性随时做出判断，从而发现早期潜伏性故障。,状态维修的技术可行性,26,设备状态,在线监测,故障诊断,维修决策,状态维修的基础,27,28,电力设备维修方式分类原则,多种维修方式 并非对立,合理维修以延长寿命,29,状态维修与监测是一个铜板的两面,维修方式决定了所要采用的监测技术； 监测与诊断的结果将指导维修策略的建立。,30,运行现场的两种检测方法,带电测量 (On-site detection)：对在运行电压下的设备，采用专用仪器，由人员参与进行的测量。在线监测 (On-line monitoring)：
11、在不影响设备运行的条件下，对设备状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行的。,1.3 在线监测技术的国内外发展概况及趋势,31,设备状态维修管理流程,32,EPRI PDM Program的年收益,Equipment Life Enhancements,Operation,Enhancement,1%- 2% HR,Availability Improvements,30% - 50%,Maintenance,Savings 5% - 15%,$1.5 to 4.0百万/年,33,34,美国优化维修收益,35,HECO性能提高程度,已节省 $4.5M用于提高系统可靠性降低非计划维修约50%，更
12、有利于合理利用资源以提高维修效率及系统稳定性,36,Technologies/Benefits US Utilities,37,EPRI SPDM Program Implementation Project -Resulting UTILITY BENEFITS,38,Schematic of Transformer Condition Assessment and Condition Based Loading Analysis,39,SSPG的状态监测成果（一）,40,SSPG的状态监测成果（二）,41,状态监测的优点,避免事故提升电网表现 去除冲击延长设备寿命 提供数据支持状态检修,4
13、2,新加坡新能源电网的对策,43,电网资产管理面对的挑战,高服务质量零事故 低服务价格降低维修成本,44,新能源运行管理策略,45,状态监测质保策略,46,状态监测与资产管理流程,47,新能源例行状态监测项目,48,数字化变电站,Since the electronic transformer applied in 2004, and the first digital substation was built in 2005, lots of digital substations are building. Network in process level and smart switch
14、gear with smart terminal and PASS in electronic transformer have been put into practice. The digital substation will be used widely in the future.自2004年电子式互感器进入工程化应用，2005年数字化变电站投入电网运行以来，陆续已有五十多座数字化变电站投入运行. 网络化的过程层设备，智能开关，配置电子式互感器的PASS、GIS等也已在电网中批量应用。在不久的将来，数字化变电站将在电网中普及应用。,49,The first digital subst
15、ation in 220kV of China.中国第一座220kV数字化变电站,50,Application of Digital Substation Now/现阶段的数字化变电站,国内智能变电站情况,51,变压器的智能化变压器状态监测参量,52,变压器的智能化变压器智能组件应用情况,53,54,组合电器/断路器的智能化组合电器/断路器状态监测参量,55,组合电器/断路器的智能化组合电器/断路器智能组件应用情况,56,57,避雷器的智能化避雷器状态监测参量,58,电子式互感器电子式互感器应用情况,59,信息一体化信息一体化应用范围,60,其他基础配置/功能网络报文记录分析系统通信与信息安全
16、防护系统一体化电源系统,61,高级应用技术先进性顺序控制源端维护设备状态可视化站内状态估计站域控制智能告警无功优化控制,62,高级应用技术先进性继电保护信息综合监视及分析变电站辅助系统综合运行与监视其他设备及环境智能化监控,63,64,65,白银超导变电站白银超导变电站集成了我国在超导电力技术近十年来最新、最先进的研究开发成果，是国内领先、国际一流的一系列技术成果的结晶，应用了包括：超导储能系统、超导限流器、超导变压器、超导电缆等多种高温超导电力装置。超导变电站采用串、并联相结合的系统结构。超导储能系统以并联方式接入；超导限流器、超导变压器、超导电缆依次串接，并与电网实际负荷相连接。,66,6
17、7,现场交流情况智能组件柜集成能力不足：220 kV 及以下电压等级采用保护测控一体化装置并就地安装时，智能终端、合并单元、在线监测IED 及保护测控装置均安装于就地智能组件柜中，设备厂家的集成能力有待提高。,68,现场交流情况智能组件柜运行情况不稳定。智能组件投运后，多次出现组件发送数据错误、信息品质异常等问题。就地安装仍需运行检验。需要进一步检验高低温、潮湿、振动、电磁干扰等运行工况。,69,70,已装在线设备收效不明显的原因,缺乏全局性的长远规划有些检测设备质量不高不善于选用、检验各类检测设备认识上的片面性、局限性相应的规章制度未跟上对监测设备的选择、运行、维护等缺乏责任制,现场交流情况
18、状态监测系统传感器故障率较高。因电源故障等原因传感器多次停止工作；监测系统部分数据与实测数据差距较大。,71,现场交流情况状态监测系统各设备供应厂家在联调及测试阶段，存在模型不统一、配置工具不统一等问题，影响了现场调试进程。因此需要继续补充完善IEC 61850标准的工程应用规范，并实现配置工具的标准化设计。,72,现场交流情况状态监测系统不同厂家设备之间的通信存在障碍。监测装置与监测系统平台通信存在问题，导致监测系统平台无法读取监测装置的数据信息。部分断路器三相智能汇控柜中的监测IED 通信模块出现故障，导致无法与监测网络连接，后台显示该相断路器监测装置未连接。,73,现场交流情况电子式互感
19、器性能不稳定。光学互感器的光学特性和测量精度容易受温度、振动和安装的影响。有源式互感器的供能问题。现有的供电方式主要包括母线电流取能和激光供能。小电流测量时精度问题。电磁兼容问题。目前的设计和检测标准过低。,74,现场交流情况在一次设备智能化方面，我国几乎是从无到有，搭建形成的技术体系在实践中得到初步应用。目前，传感器对一次设备本体的影响以及传感器本身可靠性等方面还需要进一步研究。智能组件就地安装对其内部IED的电磁兼容设计提出了更高的要求，因此需继续研究并规范一次设备本体传感器配置、安装模式等，对智能组件的布置方式、设备配置、内部通信等进行规范。,75,现场交流情况网络跳闸运行情况有待时间积
20、累，需全面总结和评价。一次设备智能化的通信要求和检测规范、二次设备的整合、站域控制等还需要深入研究设备的“传统质量”仍是变电站安全运行的主要保障，在发展智能化设备的过程中，一定要同时关注设备质量的保障与提升。,76,现场交流情况在智能变电站试点工程实践过程中，通过关键技术研发和工程建设应用，部分技术及管理要求已经较为成熟，具备推广的条件。同时，国网公司将会对以上内容进行规范化、标准化后加以推广，并以此指导后续的变电站建设。如一次设备智能组件、IEC 61850的应用、信息一体化技术、高级应用功能、站用一体化电源系统等。,77,1.4 在线监测系统的技术要求,78,监测系统应具有较强的抗干扰能力。监测系统应具有较强的对环境变化的耐受性。监测系统不应影响一次设备的正常运行。监测系统的寿命应长于被监测设备的预期寿命。,在线监测的基本框架,79,课程的主要内容,在线监测综述故障诊断概论电气故障分析,传感技术 电磁兼容及抗干扰数据采集与处理故障报警原理 智能诊断方法 可靠性评估及维修策略,电力电缆电容型设备电力变压器,实际应用,在线监测系统基本结构及关键技术,背景知识,80,思考问题,电气设备进行在线检测的必要性？在线检测技术在数字化变电站、智能电网中的作用？,81,
