在线监测课件1.ppt

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1、电气设备的状态检修,电气设备的状态检修,电气设备维护技术的发展 状态检修及其它主要检修方式的定义 实施状态检修的必要性 国外状态检修的基本策略 现阶段我国实施状态检修的基本规则 现阶段实施状态检修的基本策略 在线监测在状态检修中的作用及融合方法 电气设备实施状态检修的其它问题,电气设备绝缘诊断技术的含义,电气设备绝缘诊断 在设备运行和离线时，通过对电气绝缘试验和各种特性的测量，掌握设备绝缘参数，根据参数判定设备绝缘状态或故障的部位、原因和严重程度，预测设备绝缘的可靠性和寿命，并提出治理对策。诊断对象（按绝缘类型划分）电机、油浸绝缘设备、CV电缆（XLPE电缆）、气体绝缘设备。诊断过程 信号采集

2、、特征提取（信号及数据处理）、状态识别、预报决策,电气设备绝缘诊断技术意义,绝缘事故比例高大型电气设备的重要性定期预防性维修体制的不足状态监测的科学性绝缘诊断的目的：对各种电力设备绝缘体的老化状态进行检测。,电气设备检修技术的发展大致可分为三个阶段,事故检修,定期检修,状态检修,1.电气设备维护技术的发展,1.电气设备维护技术的发展,国内外应用状态检修的电力企业实践证明：电气设备状态检修管理策略具有明显的社会效益和经济效益 主要包括：检修与管理效率提高，设备大修间隔和小修频率降低，杜绝不足维修和过剩维修，减少重大事故发生，提高设备可用系数，降低企业经营成本,据统计，实施状态检修后，设备故障率可

3、降低75%，综合检修费用可减少30%50%根据美国对典型电厂开展状态检修的统计，在400-1300MW的电厂成功应用此项技术后，收益为每年160万美元,1.电气设备维护技术的发展,推行状态维修技术的直接效益 1、提高电气设备可用系数 2、确保发供电可靠性 3、增加发供电能力 4、延长设备使用寿命 5、节省大量维修费用 6、降低维修成本，减少维修风险,电气设备的状态检修技术,电气设备维护技术的发展 状态检修及其它主要检修方式的定义 实施状态检修的必要性 国外状态检修的基本策略 现阶段我国实施状态检修的基本规则 现阶段实施状态检修的基本策略 在线监测在状态检修中的作用及融合方法 电气设备实施状态检

4、修的其它问题,故障检修（事后检修），即RTF（Run Till Failure）,CM（Corrective Maintenance）预防性检修，即PM（Preventive Maintenance）定期计划检修，即TBM（Time Based Maintenance）状态检修（预知性检修），即CBM(Condition Based Maintenance),PDM(Predictive Maintenance)主动检修，即PAM（Proactive Maintenance）以可靠性为中心的检修，即RCM（Reliability Centered Maintenance）,2.状态检修及其它主

5、要检修方式的定义,在故障已出现后，为把设备恢复到能完成要求功能的状态而进行的检修，简言之，故障发生后才进行检修。,在预定的停机时间、或按照规定实行的，旨在降低故障可能性或功能劣化的检修。即在故障发生之前、功能明显劣化之前进行检修，以预防故障的发生,对设备状态进行监测，按设备的健康状态来安排检修方式，解决了预防性检修中存在检修过剩或检修不足的问题，可节约大量的检修费用和资源，提高设备运行的可靠性,理论依据：设备能通过定期检修，周期性地恢复至接近新设备的状态。检修工作的内容与周期都是预先设定的，到时间就修，目的是防止或延迟故障的发生。,主动监测参数的异常,寻找故障的根本原因，修改设计或对设备进行改

6、造，消除故障再次发生的可能，这是一种非常主动的、积极的方式。,通过选择要分析的系统，明确系统的边界、功能，进行故障模式和后果分析，逻辑树分析，最后选择合适的检修方式,电气设备绝缘预防性试验,高压电气设备主要由两类不同材料构成：一类为金属材料，包括铜、铝等导电材料，硅钢片等导磁材料，铸铁、钢板等外壳或结构材料；另一类为绝缘材料，如绝缘纸(及纸筒、纸板)、塑料薄膜、层压板(及筒)、电瓷、绝缘油等。对于金属材料而言，绝缘材料容易损坏，特别是有机绝缘材料，如绝缘纸、塑料、绝缘漆或胶等，很容易老化变质而使机电强度显著降低。因而绝缘结构的机电性能的好坏往往成为决定整个电气设备寿命的关键所在。,对110kV

7、及以上的电力变压器的93次事故原因分析，其中由于匝绝缘、引线及对地绝缘、套管绝缘引起的各事故约占43%、23%、15%；而铁芯、分接开关等非绝缘事故仅占20%以下。高压电气设备不仅在出厂前，应按有关标准进行严格而又合理的试验(型式试验及例行试验)；而且的投运前要进行交接试验，在运行过程中要定期进行预防性试验，这样才能较好地保证该设备的安全运行。,电气设备绝缘预防性试验,220kV主变压器大修,我国现行绝缘预防性试验项目的主要内容,电气设备绝缘预防性试验,绝缘预防性试验主要是停运时测量直流下的绝缘电阻Ri或泄漏电流I1、测量交流下的介质损耗因数tg等。对于油浸电气设备要取油样进行绝缘油试验，进行

8、油中气体的色谱分析等，然后对该设备的绝缘状况作出综合判断。非破坏性试验项目，如测量绝缘电阻Ri、测量介质损耗因数tg、测量直流高压下的泄漏电流I1等，几乎被广泛用作各种高压电气设备的预防性试验项目。破坏性试验项目，如交流耐压试验可能引起残余破坏，仅仅在必要时、大修后等情况下才进行，而且在非破坏性试验项目通过后才可进行。,我国现行绝缘预防性试验项目的主要内容,电气设备绝缘预防性试验,电气设备的状态检修技术,电气设备维护技术的发展 状态检修及其它主要检修方式的定义 实施状态检修的必要性 国外状态检修的基本策略 现阶段我国实施状态检修的基本规则 现阶段实施状态检修的基本策略 在线监测在状态检修中的作

9、用及融合方法 电气设备实施状态检修的其它问题,3.实施状态检修的必要性,3.1 电力体制改革的需要 3.2 定期预防性检修的技术手段不合理 3.3 定期预防性检修不能及时发现设备内部的绝缘隐患 3.4 定期预防性检修造成人、财、物的大量浪费 3.5 定期预防性检修影响发电效率 3.6 从电气设备故障的形成规律分析状态检修的必要性,3.1 电力体制改革的需要,发电企业追求经济效益和社会效益最大化,市场经济,提高发电效率和降低生产成本,定期检修已不能满足形势发展的要求状态检修是提高发电效率和降低设备检修费用的重要措施,计划经济,设备检修费用在整个生产成本中占有相当大的比例,3.2 定期预防性检修的

10、技术手段不合理,不能有效暴露某些绝缘缺陷，真实反映设备状态,设备运行电压为110kV、220kV、330kV、500kV或更高,预防性试验电压一般最高10kV,对运行电压下才能暴露的绝缘缺陷，定期预防性试验手段不合理在线监测在运行电压下对设备状态进行监测，能较准确地反映设备的客观状态,有效的在线监测技术是状态检修的重要技术手段,试验条件不同于设备运行条件，多数项目是在低电压下进行检查。运行时还有诸如热应力等其它因素的影响无法在离线试验时再现。低压试验电压难以灵敏检测绝缘缺陷和潜在故障。绝缘的劣化、缺陷的发展具有统计性，发展速度有快有慢，有一定的潜伏和发展时间，在此期间会发出反映绝缘状态变化的各

11、种信息。而例行试验是定期进行的，不能及时准确地发现潜伏性故障。,现行绝缘预防性试验的不足从技术角度分析,电气设备绝缘预防性试验,漏报，即预试通过后仍有可能发和故障，甚至严重事故。例如，一台220kV变压器爆炸起火事故，该变压器自1982年大修后预试结果一直正常，然而恰在91年底突然爆炸起火烧毁。误报或早报，例如预试结果虽超标，但若故障不进一步发展，可不必马上停电检修而仍可继续运行，只需加强监视即可。若按预试结果作出诊断，就会损失停电检修的费用。,现行绝缘预防性试验的不足从技术角度分析,定期预防性实验的局限性,电气设备绝缘预防性试验,3.3 定期预防性检修不能及时发现设备内部的绝缘隐患,定期预防

12、性检修体系存在的最大问题不能及时发现设备内部的绝缘隐患停电检修合格的设备运行中仍然可能出现事故一旦出现事故，直接或间接损失十分巨大,定期试验和大修均需停电，不仅要损失电量，而且增加了工作安排的难度。定期大修和更换部件的投资是否必要。某些设备不必作任何维修而仍能继续长时期运行，若维修水平不高，反而可能使设备越修越坏，从而产生新的经济损失。英国P.J.达夫勒曾提到定期检查和维修的计划维修方式的经济效益问题，乐观的估计认为其中60%维修费用是该花的；另有学者认为定期维修中更换下来的设备中有90%是没有必要更换的。,现行绝缘预防性试验的不足从经济角度分析,电气设备绝缘预防性试验,定期检修不管设备状态“

13、到期必修”，有失科学性和合理性。定期检修可能会造成检修不足或过剩的情况，造成人、财、物的浪费。如，某些不必要的频繁检修可能会增加误操作、人员伤亡和事故发生的机率。,3.4 定期预防性检修造成人、财、物的大量浪费,某电网继电保护及自动装置动作情况（19821998年）,3.5 定期预防性检修影响发电效率,发电量减少,计划停电,赔偿停电造成用户的损失,定期检修,定期预防性检修影响发电、供电效率，不能满足提高供电可靠性的要求。,3.6 从电气设备故障的形成规律分析状态检修的必要性,3.6.1 电气设备故障和缺陷的浴盆曲线,图1 常规运行时间变化的设备故障率曲线 图2 多次定期检修可能形成的设备故障率

14、曲线,经常性的定期检修使常规的设备运行浴盆曲线规律发生了变化，每检修一次，出现一次新的磨合期，使检修后的故障率增高。,3.6.2 电气设备功能退化的规律（P-F曲线）,电气设备大多故障一般不会在瞬间发生，并且在功能退化到潜在故障P点以后才逐步发展成能够探测到的故障P点之后将会加速退化，直到达到功能故障的F点而发生事故P-F间隔：从潜在故障发展到功能故障之间的时间间隔如需在功能故障前检测到故障，必须在P-F之间的时间间隔内完成不同设备、不同故障形式对应的P-F间隔的时间不是定值，定期检修一般情况下不能都满足P-F间隔的时间要求，导致设备功能故障的发生在线监测可能捕捉到P-F间隔的整个发展过程，并

15、在到达功能故障F点之前的合理时机采取措施进行检修处理,图3 电气设备功能退化的P-F曲线,3.6.3 传统的检修观点与现代设备的故障特征有差异,传统观点认为：电气设备运行时间与发生故障的可能性有直接关系，这意味着大多数设备可以可靠地工作一个周期，然后逐步发生故障或缺陷；从设备故障的历史数据可以确定设备可靠工作的周期，并在设备即将出现故障之前采取检修预防措施。现代先进的电气设备比过去的老设备要复杂得多，技术上、结构上、工艺上都有了质的变化；故障模式发生了很大的变化。,认为设备的可靠性与运行时间之总是存在某种固定关系，定期检修越频繁设备发生故障或缺陷越少的观点是错误的。,电气设备的状态检修技术,电

16、气设备维护技术的发展 状态检修及其它主要检修方式的定义 实施状态检修的必要性 国外状态检修的基本策略 现阶段我国实施状态检修的基本规则 现阶段实施状态检修的基本策略 在线监测在状态检修中的作用及融合方法 电气设备实施状态检修的其它问题,4.1 欧洲的一种典型检修策略4.2 美国的一种检修策略,4 国外状态检修的基本策略,基于可靠性的检修策略（RCM）通过状态检测及时掌握设备的真实情况考虑该设备在电网中的重要性、该设备的故障对企业影响程度,4.1 欧洲的一种典型检修策略,4.1 欧洲的一种典型检修策略,以断路器为例，列出了设备状态的评估方法。,断路器评估时各项取分表,4.1 欧洲的一种典型检修策

17、略,在对变电设备试行RCM时，应先统计过去运行中各设备的事故率，如表为德国产品在19801993年的事故率，再考虑该设备事故影响程度，以确定那些设备首先要考虑状态检测及状态检修，而且在同样缺陷时，重要的、影响大的要优先考虑。,19801993德国产设备的事故率（每年、每100台）,4.2 美国的一种检修策略,美国也是实行以可靠性为中心的检修策略（RCM），并且实现了计算机程序管理。右图为美国电力研究院EPRI新开发的优化检修系统的功能。,从国外实践看，要实现状态检修，必须抓住三个主要环节设备信息的掌握（含原始数据、历史数据、家族数据、当前数据）综合的状态诊断（含规程、导则、专家系统、智能系统）

18、检修管理（软件系统、规程、结果反馈）。,4 国外状态检修的基本策略,电气设备的状态检修技术,电气设备维护技术的发展 状态检修及其它主要检修方式的定义 实施状态检修的必要性 国外状态检修的基本策略 现阶段我国实施状态检修的基本规则 现阶段实施状态检修的基本策略 在线监测在状态检修中的作用及融合方法 电气设备实施状态检修的其它问题,5.1 将各类设备的检修统筹考虑5.2 采用量化的设备状态评价体系（百分制）5.3 采用综合的设备状态信息获取方法5.4 建立数字化管理体系,5 现阶段我国实施状态检修的基本规则,5 现阶段我国实施状态检修的基本规则,5.1 将各类设备的检修统筹考虑 电气设备的维护一般

19、要求退出运行，不论是全面的预防性试验，或是拆装性检修。考虑到各种电气设备的维护是相互关联和相互影响的，为了尽可有保证设备的可用性和减少停电时间，必须统筹安排电气设备的检修工作。如果我们把检修的周期及项目上升为一种管理策略，就必须将各类设备统筹考虑。,5.2 采用量化的设备状态评价体系（百分制）目前，我国还没有建立严格的设备状态评价体制，例如，现行电气设备预防性试验规程，设备要么合格、要么超标（不合格），显然仅仅把设备分为合格与不合格两种状态时，状态分析便无从谈起，所以应该建立量化的设备状态评价指标体系，设备状态评分，从需立即退出运行到设备最优状态分成0到100分。设备的评分基于与设备状态相关的

20、信息，包括各个试验项目、家族缺陷事故纪录、不良运行工况记录等。对设备状态信息也引入评分制，如依据接近阈值的程度以及劣化的速度等对试验项目进行评分。,5 现阶段我国实施状态检修的基本规则,5.3 采用综合的设备状态信息获取方法 反映设备的状态信息应来自于，在线监测获取信息，各项试验获取信息（含现行预防性试验），设备家族缺陷事故记录信息，不良运行工况记录信息。这是一个综合的信息来源，各项信息依其对设备状态的准确反映以权重反映，信息也应考虑折旧，越新的设备折旧越小。,5.4 建立数字化管理体系 状态检修主要包括设备信息获取、综合诊断、检修管理。建立数字化管理体系才能引入智能综合诊断和检修管理系统，才

21、能适于未来发展的需要，前述的量化的设备状态评价体系就是为建立数字化管理体系奠定基础，实际上，建立数字化管理体系就是建立数字化综合诊断，数字化检修管理系统。,电气设备的状态检修技术,电气设备维护技术的发展 状态检修及其它主要检修方式的定义 实施状态检修的必要性 国外状态检修的基本策略 现阶段我国实施状态检修的基本规则 现阶段实施状态检修的基本策略 在线监测在状态检修中的作用及融合方法 电气设备实施状态检修的其它问题,6.1 状态信息的构成6.2 状态分析和检修策略,6 我国现阶段实施状态检修的基本策略,状态检修的技术基础设备监测技术的发展和广泛应用 对故障模式及其影响的深入分析,6.1 状态信息

22、的构成,状态信息,状态检修,状态分析,以预防性试验规程为主，综合考虑近年来发展的新的试验技术,设备不同而异,从出厂试验、交接试验和运行过程中发现的各种异常和缺陷,同一型号、特别是同一制造商的设备，往往有共同的质量弱点，家庭质量记录对其它设备有警示作用,基础,基础,6.2 状态分析和检修策略,状态分析的目的在于准确诊断设备究竟存在何种缺陷，但在目前或许是不现实的。这里状态分析的目的是基于设备的状态信息，对设备状态做出一个初步的评价，作为安排检修的一个依据。基于这样一种认识，设备状态不列出具体缺陷，而是对设备状态进行评分，分值从0到100，这里0分表示需要立即检修的严重缺陷状态，如变压器轻重瓦斯或

23、红外检测套管头严重过热等；100则表示所有状态信息均远离超标值，且既没有经历不良运行工况，又没有家族质量缺陷纪录；其他状态介于0-100分之间。,设备状态评分立足于设备状态信息，状态信息分以下三个方面：状态试验数据r1（如在线监测、预防性试验、交接试验等）不良运行工况记录k1 家庭质量缺陷记录k2,（1）综合试验评分值r1 进行若干个试验，若对每一个试验进行评分，并按项目的重要性进行加权处理，参见式(1)，可以得到一个设备的综合试验分值：(1)式(1)中n1i，w1i分别表示试验项目评分及权重。推荐的试验项目评分值如表所示。,试验项目评分n1i推荐表（示意性）,在项目评分的具体操作中，要考虑以

24、下几个方面的因素：(1)注意值；(2)劣化评价；(3)状态量预报。,6.2 状态分析和检修策略,（2）家族质量缺陷因子k1：家庭质量缺陷记录是影响设备维护策略的重要方面。但缺陷的性质、家族的亲疏关系等不同，影响的程度也不同，类似地，这一影响可以表达为：,（2）,式(2)中n2j，w2j分别表示家族质量缺陷记录评分及权重，m2表示家族缺陷总台次数，若设备无缺陷，缺陷评分为100。参见下表。家族质量缺陷记录评分n2j,家族质量缺陷权重w2j,6.2 状态分析和检修策略,（3）不良运行工况影响因子k2 不良运行工况会对设备状态造成威胁，在考虑设备维护策略时，必须考虑设备是否有不良运行工况记录。不良运

25、行工况的影响可按式（3）给出一个综合影响因子k2。,（3）,式(3)中，n3k表示不良工况记录评分，根据不良工况对设备状态潜在影响的大小(性质和程度)，n3k取值从0到1；m3表示不良运行工况发生次数。考虑不良运行工况记录时，暂不考虑是否实际对设备造成损害，只要发生这样的情况而且在程度上已有可能对设备状态造成损害，便记录并参与式(3)的评分。若无法得到不良运行工况记录，忽略此项(k2=1)。或取统计平均值。,6.2 状态分析和检修策略,（4）设备维护策略因子r的确定 r1、k1、k2决定设备的维护策略。由于r1、k1、k2是独立的，且均为决定维护策略的重要因素，故此，总的设备维护策略因子r可以

26、表达为：,（4）,上式中，we表示设备岗位权重，按岗位的重要性依次分为0.82、0.91、1.0。对于不同类型的设备上列各式可以有不同的形式，但为了对设备统一处理，r的取值约定在0-100之间，并大致符合下表的要求。,6.2 状态分析和检修策略,6 我国现阶段实施状态检修的基本策略,许多地方仍采用经典的处理方式，不一定全面反映客观实在，因此，引入人工智能是十分重要的。在设备状态评估中引入神经网络或专家系统，其评分应该更反映设备真实状态。在综合诊断中可以采用多种人工智能方式帮助决策，不但可诊断出是否检修，并可给出故障类型、严重程度。在检修管理系统中引入智能技术，可以更准确、科学安排检修计划，总结

27、历史经验，优化配置人力、物力，提高管理水平等。,电气设备的状态检修技术,电气设备维护技术的发展 状态检修及其它主要检修方式的定义 实施状态检修的必要性 国外状态检修的基本策略 现阶段我国实施状态检修的基本规则 现阶段实施状态检修的基本策略 在线监测在状态检修中的作用及融合方法 电气设备实施状态检修的其它问题,7 在线监测在状态检修中的作用及融合方法,状态信息的获取是实施状态检修的关键，否则，不可能实施状态检修在线监测在状态检修中主要提供在线的状态信息，因其信息更准确、更及时、更能反映设备的真实健康状态，是其它信息获取方法所不可替代的随着在线监测技术的进步，状态检修技术的水平将不断发展和提高。,

28、7.1 在线监测在状态检修中的作用,7 在线监测在状态检修中的作用及融合方法,7.2 在线监测数据与状态检修的融合,单一数据在线监测的数据融合 对单一变电站实施在线监测，一般应将数据传送到如图所示的局内MIS系统，可以通过MIS将在线监测数据与状态检修系统融合在一起。,集中控制式变电站发电厂电气设备多参量多功能综合在线监测系统原理图,7 在线监测在状态检修中的作用及融合方法,7.2 在线监测数据与状态检修的融合,多个变电站在线监测的数据融合 对于具有多个变电站监测的情况，如图所示，前置站1-n表示监测变电站，这时可以在局内建立监测中心，由监控中心实施对全部前端站的控制，由监控中心的监测工作站实

29、施在线监测数据与状态检修的融合,监控中心结构图,电气设备的状态检修技术,电气设备维护技术的发展 状态检修及其它主要检修方式的定义 实施状态检修的必要性 国外状态检修的基本策略 现阶段我国实施状态检修的基本规则 现阶段实施状态检修的基本策略 在线监测在状态检修中的作用及融合方法 电气设备实施状态检修的其它问题,8.1 开展状态检修需要观念更新8.2 开展状态检修需要体制创新8.3 开展状态检修需要加强管理8.4 开展状态检修需要提高人员素质,8 实施状态检修中的其它问题,8 实施状态检修中的其它问题,状态检修不单是技术方面的问题，更是观念的更新，体制的创新和管理的改革及高素质人员的要求。,8.1

30、 开展状态检修需要观念更新 实施状态检修需要改变人们传统的预防性检修思维方式，同时又要逐步地用变化的观念去解决技术及管理问题。应该认识到在实施状态检修及管理工作中，不可能寻得一种快速的、一次性解决所有问题的方法，这样的系统工程不可能在短期内完成。实践证明，观念更新和脚踏实地的从基础工作做起是实施状态检修的关键之一。,8.2 开展状态检修需要体制创新 电气设备的定期检修制度及方法一般都是通过相关规程、条例得以体现的。而实施状态检修首先在剖析现行各专业规程的基础上，结合设备现状制定出一个可靠、有效、客观的指导性文件。如对专业规程规定的技术条件、标准、工艺等原则上要执行，而对设备检修的“周期规定”要

31、逐步改革，并对检修内容及方法进行改进，对事故责任的追究亦作相应客观而合理的改变，使之有利于状态检修的试行和逐步发展，并在实践中积累经验，完善制度。,8.3 开展状态检修需要加强管理 开展状态检修工作首先要领导重视，在科学管理的基础上，领导要敢于承担技术责任，要建立起负责、策划、组织、协调并指导状态检修工作的领导小组，以协调变电、配电、检修、继保、试验及其它相关专业部门的分工、配合、衔接、实施等各项具体工作。状态检修是一种先进的科学技术手段，需要科学的管理手段支撑。状态诊断主要是建立在大量数据统计分析析的基础上，随着计算机管理信息系统的普及及推广应用，建立设备动态档案管理系统就显得十分必要。目前

32、一些企业已与某些大学或科研院所合作开发状态检修管理专家系统，并利用这类系统逐步实现检修管理工作的标准化、程序化、准确化。,8 实施状态检修中的其它问题,8.4 开展状态检修需要提高人员素质 状态检修涉及变压器、互感器、开关、配电、继电保护、自动化、避雷器、电缆、带电作业、高压试验、油务试验、仪器试验、仪器仪表、起重、运输等多个专业工种，需要各类专业人员协同工作。特别是大型变电站设备检修、预试，均需要大量专业人员的参与。这就需要高素质的检修人才队伍。同时，随着电压等级的提高、带电作业的增多、状态检修的推行等，对人员素质提出了更高的要求。因此，迫切需要加强对专职人员的技术培训，素质培训，努力提高专职人员的综合素质。,8 实施状态检修中的其它问题,