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摘 要 本文介紹了狀態維修技術的由來、內涵及在線監測技術,闡述了真空斷路器的狀態維護技術。
1 狀態維修技術
狀態維修技術(ConditionbasedMaintenance)其包涵可靠性為中心的維修技術(RCM)和預測維修技術(PDM)。狀態維修技術始于20世紀60年代,在西方發達國家這2項技術最初是應用于航空航天系統,后來移植應用于核電站的維修近年已成功地用于發電廠設備的維修,并正在用于輸變電設備的檢修。在國外狀態維修技術的應用領域在不斷延伸,為電力、化工、冶金等連續生產性強、自動化程度高的企業安全、穩定生產提供了有利的保證手段。
我國實行了幾十年的定周期維修制,隨著新工藝、新技術的不斷應用供電技術變得日趨完善與成熟,鑒于傳統的定期維修制度及離線試驗所暴露出來的問題,即一方面盲目地對多數完好設備定期維修,造成人力物力浪費而且這種過度維修還可能引人新的故障隱患;另一方面還存在因一些產品性能缺陷包括絕緣缺陷未能得到及時發現檢修而發展成重大故障的可能。供電系統的可靠性在很大程度上取決于電力設施的可靠性。隨著電網容量的增大和用戶對供電可靠性要求的提
高,維修管理的重要性日益顯現出來。維修費用占電力成本的比例也不斷提高。如何采取合理的維修策略和正確決定維修計劃,以保證在不降低可靠性的前提下節省維修費用,便成為供電部門或負責電氣設備維修的公司面臨的重要課題。這使得供電企業維修策略由定周期維修方式向狀態維修方式發展。通過以在線監測為主與離線試驗為輔的監測手段的結合,有利于逐步實現由定期維護到狀態維修的轉變。提高供電可靠性的途徑和措施應主要從加強供電網絡改造,提高設備質量,縮短檢修時間,改革停電檢修制度,逐步推廣"狀態維護"。
我國于20世紀80年代引進狀態維修技術(因是國外引進航天器的配套技術,僅局限與航天和航空業),進入20世紀90年代伴隨著我國核電站投入商業運行,狀態維修技術由核電站延伸到常規發電廠,并在電力行業進一步推廣應用。我部于1999年在供電系統首先部分應用狀態維修技術隨著技術的不斷推廣和監測設備的不斷完善每年可減少單回線路停電6個工作日,并有效的保證了供電網絡的安全、可靠、經濟運行,其取得直接經濟效益和間接的社會效益是非常巨大的。
2 預測性維修
以可靠性為中心的維修(RCM)和預測性維修是互相緊密聯系而又不同的2個技術領域。以可靠性為中心的維修(Reliability-centeredMaintenance)是在對元件的可能故障對整個系統可靠性影響
評估的基礎上決定維修計劃的一種維修策略。RCM技術在20世紀60年代末開始發展起來。當時由于寬體客機的投運,系統變得十分復雜,航空系統沿用定時大修的傳統方法在經濟上變得不可接受。根據元件故障后果的嚴重程度確定維修計劃的RCM收到了良好效果,使航空系統可靠性提高o現在RCM已成為全世界幾乎所有航空公司采用的方法。20世紀80年代美國EPRI將RCM引人核電站的維修,后來又應用于火電廠,取得了提高可靠性和降低維修費用的目的。現在正在研究變電站設備的RCM技術。
預測性維修(PredictiveMaintenance)是根據對潛伏故障進行在線或離線測量的結果和其他信息來安排維修的技術。其關鍵是依靠先進的故障診斷技術對潛伏故障進行分類和嚴重性分析(CdticalityAnaly-sis),以決定設備(部件)是否需要立即退出運行和應及時采取的措施。
狀態維修需要準確、可靠的非破壞性試驗及簡易或連續的在線監測技術如對絕緣作出修復或更換等決策必須準確可信地預測或估計設備絕緣狀況。只有充分了解絕緣在各種應力及實際設備運行環境作用下的老化及擊穿機理,即找到能夠靈敏地反映絕緣的當前狀況及其變化趨勢的物理或邏輯參量,才有可能確定所要監測的參數并采取相應的測量方法。其根本目標是獲得絕緣系統狀態的相關信息,再從這些信息中抽取出一定的標準或判據對系統進行判斷,以便對系統采取相應的措施。同時,有研究者認為,了解非破壞性試驗結果與殘余擊穿電壓的關系是非常重要的,
并且,應利用相關性曲線將所有的非破壞性測試結果轉換成殘余擊穿電壓的形式。雖然通過其他辦法,也可能得到一些比較靈敏的、能夠在一定程度上反映絕緣狀況的檢測量但這些參量與絕緣老化之間可能并沒有直接的聯系且其尋找的過程也帶有很大的盲目性。因此了解絕緣的老化機制是找到能夠直接反映絕緣老化的檢測量的基礎。
3 在線監測
3.1 傳感器技術
先進的傳感器(AdvancedSensor)是實現預測性維修的重要手段,是一個長盛不衰的研究熱點o這是因為,故障診斷技術的發展首先決定于能否獲取盡可能多的有用信息,這是數據處理和診斷決策的基礎。為了提高故障診斷水平研究各種新型傳感器便成為電力界的研究熱點。原來用于軍事的傳感技術,也有一部分移植到電力設備的狀態監測上來。如用于鍋爐管道高溫應變測量的光纖傳感器是帶有內部諧振腔的光導纖維,它可直接貼在被測管道上。用于測量鍋爐燃燒室中溫度的傳感器其測量精度優于使用氧化鋁保護的鈾電阻1%。
美國電力研究院開發出一種直接測量分析油中氣體的金屬、絕緣子、半導體傳感器它可在線直接測量和分析油中的4種氣體并監視其變化趨勢,現已用于一些電力部門的變壓器口下一步工作是把測量微水分傳感器和它集成起來,并配合負荷電流測量,弄清油中氣體、水分隨負荷的變化關系。
對紫外光下發螢光的一些傳感器,可能會用于測量發電廠中的高溫和應變。研究人員還在研究利用偏振光遙測電場和磁場的技術,研究用壓電材料的薄膜來測量腐蝕和積塵傳感器測得數據的無線傳輸也是需要解決的一個重要問題。
3.2 故障診斷的信息處理技術
對采集到的信號加工處理,要比采集信號本身更為困難,信號加工和處理的目標有三:從現場中大量的背景干擾信號提取有用的信號;根據測得的信號進行故障分類;判斷故障的嚴重程度,以便決定設備是否需要退出運行。
為抑制現場測量中不可避免的干擾,除了應用硬件濾波器和數字濾波技術以外近年的研究發現小波變換技術可有效地濾除穩態信號(如現場測試中經常遇到的載波信號干擾和噪雜聲干擾),可以把有用信號從比信號強幾個數量級的干擾中提取出來。
故障信號的分類則是更為困難的研究課題。過去用頻譜來區分故障類型的方法有很大的局限性。因為許多不同類型的故障信號頻譜往往有一部分甚至大部分是重疊的,在頻域內很難加以區分。研究故障的"指紋特征"以及提取和識別指紋特征的方法便成為故障診斷研究的一個重要的分支。在研究的故障分類方法有:神經網絡、專家系統、小波分析、分形維分析等。
3.3 在線監測現狀
在線監測,由于是在運行電壓下連續進行的,能夠比停電測試更有效和及時地發現設備早期缺陷。在線監測首先需要解決的問題是:
究竟要對哪些量進行監測?不同的設備,不同的絕緣系統,能靈敏地反映設備絕緣狀態的檢測量顯然不同。目前廣泛采用油中溶解氣體分析(DGA)判斷和識別油浸電力變壓器故障o傳統的DGA程序比較繁瑣。目前連續跟蹤變壓器油中氣體并進行相應診斷的設備正在逐步試用,利用聚合物薄膜實現將特征氣體H2、COSH452H252H4、C2比從油中分離并采用新型催化媒氣體傳感器檢測氣體含量,能判斷是否存在異常及故障類型。一般認為,對油-紙絕緣變壓器,紙的聚合度可說明固體絕緣的老化程度,油中糠醒的濃度又可以反映紙絕緣的聚合度,而其變化率則可反映紙的老化速率。一種便攜式光電設備檢測變壓器油中的糠醒濃度的靈敏度達到10-7,克服了現場取紙樣困難且損傷絕緣的缺點。對于固體絕緣特別是有機聚合物絕緣,監測其中電樹校的產生和發展具有現實意義。
超聲探測作為一種無損檢測技術也已用于聚合物試品的老化探測,且被認為是絕緣老化檢測的最經濟實用的非破壞性測試手段之一。目前,多采用脈沖-回聲技術,以A掃描模式(將入射波與反射波同時顯示在示波器屏幕上)探測絕緣缺陷,能檢出諸如絕緣介質中的空腔、裂紋、分層及電、水樹校、介質中包含的異物、介質不均勻及局部機械應力集中等。該技術還可用于多層結構的實際絕緣系統。
電氣設備局部放電是有機絕緣逐漸老化并最終擊穿的主要原因,設備的局放情況能夠反映設備的絕緣狀況。目前已經出現了以計算機為數據存儲、處理中心的局放自動測量系統,各種設備的在線監測裝置也相繼出現并投入現場應用,主要電容型設備均可實現在線檢
測,對局部放電機理的研究也有了很大的提高并正在作進一步的探索。但是目前精確定位局部放電源及確定放電對絕緣危害程度還有很大難度,需要進行大量研究。
4 真空斷路器的狀態維護技術
4. 調試、交接試驗
實踐證明,只有嚴格把好設備的調試及交接試驗關,及時發現并處理設備存在的先天缺陷,才能保證設備以良好的狀況投入運行,減輕運行中的壓力,降低設備運行中的故障和事故率。做好真空開關調試及交接試驗工作,及時發現真空開關本體漏氣及附屬絕緣件擊穿機構(含連桿、分合閘緩沖器等)異常,機械特性(彈跳、速度、同期等)不合格等情況,作出整改處理后才投入運行,對確保運行的安全相當重要。
4.2 運行中的檢查、維護、預試
4.2.1 定期檢測
真空開關本體常見的缺陷主要有:真空泡慢性漏氣、本體絕緣件絕緣擊穿等。在目前仍未有完善的在線監測手段的情況下,定期檢查絕緣,試耐壓是檢驗上述缺陷的主要手段。真空開關出現問題的時間主要集中在投產6個月到2年這段時間,這時真空開關的運行狀態較不穩定,需加強運行檢測。在新投運真空斷路器增加了投運后3個月五個月年、1年各進行一次預防性試驗的內容,然后再按正常的預試周期進行預試,從而達到在真空開關不穩定期間內加強對其運行檢測的目的。實踐證明效果很好。
尚要說明的是開關本體絕緣子,特別是拉桿絕緣子是非"全工況"產品,運行中常因爬距不足和裂痕等原因造成電擊穿或閃絡放電。更要注意那些為滿足爬距而采用內外兩層結構的拉桿絕緣子,其內外兩層之間的有機填充物在內部有氣泡或受潮時亦會產生沿面閃絡和電擊穿。
4.2.2 加強運行巡視
在操作中注意觀察有無異常現象,如在分閘操作中,開關斷開后,檢查電纜頭的帶電顯示裝置有無顯示帶電;拉開母線側刀閘時,觀察刀口有無火花和真空泡有無閃光(玻璃泡)。
4.3 真空開關的狀態檢修
定期測量斷路器的超行程;真空斷路器的超行程與少油斷路器的超行程的概念有所不同,少油斷路器的超行程為動觸頭插入靜觸頭的深度,而真空斷路器的超行程為分合閘絕緣拉桿一端觸頭彈簧被壓縮的距離,這個距離要保持在要求的范圍內,觸頭間就有足夠的壓力,就可以保證觸頭接觸良好。真空斷路器的超行程一般為4mm(+05、-1;不同型號的斷路器有差異),觸頭允許磨損厚度一般為2-3mm。真空斷路器在分合負載電流或故障電流過程中,觸頭不斷磨損,從而超行程不斷減少因此必須定期對斷路器的超行程進行測量,對不符合要求的要及時調整,以保證觸頭間有足夠第二壓力以保證其接觸良好。一般真空斷路器每開斷2000次或開斷短路電流兩次及新投入運行3個月,應進行一次超行程測量。
4.3.1 機構的檢修
一般來說,真空開關的檢修主要針對機構檢修,開關的本體不能檢修。對機構的檢修嚴格執行有關檢修規程、規定和檢修工藝導則,保證檢修質量。
(1)新投運1年后,利用停電機會,應進行一次分合閘時間、速度、同期、彈跳、行程、超程、動作電壓及機械連動部分的測試和維護工作在維護中注意對開關分合閘緩沖器的動作性能進行檢查。
(2)運行中的機構利用停電機會每年進行一次維護工作。
(3)運行中的機構每4年進行一次大修,不能以臨修代替大修。
3.3.2 開關本體
通過測量試驗和統計對真空泡的運行狀態作出綜合的判斷,定期檢測滅弧室的真空度。真空斷路器滅弧室的真空度直接影響到斷路器的開斷能力。一般滅弧室真空度應每開斷2000次或每年進行一次檢測。檢測方法為在真空斷路器動靜觸頭在正常開距下(13mm),兩觸頭間以不大于12kV/s的速率升加工頻電壓至42kV,穩定一分鐘后應無異常現象。滅弧室更換條件。對使用壽命己到或有異常現象的滅弧室必須更換,其更換的條件一般為。
(1)真空斷路器的觸頭磨損已達到或超出規定值(2)滅弧室真空度已達不到標準的要求值
(3)其機械操作壽命已達到規定值,真空斷路器滅弧室的更換,應嚴格執行制造廠的具體技術標準和相關的技術要求。
4.3.3 測量試驗
對真空泡進行分合閘耐壓試驗以發現漏氣;測量真空泡合閘接觸
電阻,結合行程、超程等參數判斷觸頭的損壞情況。
4.3.4 極限開斷電流值統計
真空開關在達到極限開斷電流值時,應更換真空泡。極限開斷電流值IΣ可由廠家給定的額定開斷電流及滿容量開斷次數計算得出:
IΣ=n極限.I滿容量
統計極限開斷電流值的內容有以下兩點:
(1)正常的開斷操作:
IΣ=n1.Ir
式中nl-正常開斷次數;Ir-廠家提供的開關額定工作電流。
(2)短路開斷:
IΣ"=n2.Ik
式中 n2--短路開斷次數.Ik--母線最大開斷電
流。
IΣ=IΣ+IΣ"
5 結束語
采用真空斷路器改造老系列的開關柜的少油斷路器,其技術成熟可行,并具有投資少、見效快,改造期間停電時間短等優點該項技術值得在城網和企業電網的技術改造中推廣應用o要確保真空開關安全、可靠地運行,一定要做好以下幾項工作。
(1)做好開關設備的選型工作,嚴格把好開關調試交接關。
(2)在運行中加強開關設備的監視,爭取做好預防性試驗工作。
(3)嚴格執行部頒檢修規程、規定和檢修導則工藝,結合實際情況,保證到期必修,修必修好。