摘 要 本文介紹了狀態(tài)維修技術(shù)的由來(lái)、內(nèi)涵及在線監(jiān)測(cè)技術(shù),闡述了真空斷路器的狀態(tài)維護(hù)技術(shù)。
1 狀態(tài)維修技術(shù)
狀態(tài)維修技術(shù)(ConditionbasedMaintenance)其包涵可靠性為中心的維修技術(shù)(RCM)和預(yù)測(cè)維修技術(shù)(PDM)。狀態(tài)維修技術(shù)始于20世紀(jì)60年代,在西方發(fā)達(dá)國(guó)家這2項(xiàng)技術(shù)最初是應(yīng)用于航空航天系統(tǒng),后來(lái)移植應(yīng)用于核電站的維修近年已成功地用于發(fā)電廠設(shè)備的維修,并正在用于輸變電設(shè)備的檢修。在國(guó)外狀態(tài)維修技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷延伸,為電力、化工、冶金等連續(xù)生產(chǎn)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的企業(yè)安全、穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有利的保證手段。
我國(guó)實(shí)行了幾十年的定周期維修制,隨著新工藝、新技術(shù)的不斷應(yīng)用供電技術(shù)變得日趨完善與成熟,鑒于傳統(tǒng)的定期維修制度及離線試驗(yàn)所暴露出來(lái)的問(wèn)題,即一方面盲目地對(duì)多數(shù)完好設(shè)備定期維修,造成人力物力浪費(fèi)而且這種過(guò)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(chǎn)品性能缺陷包括絕緣缺陷未能得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢修而發(fā)展成重大故障的可能。供電系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于電力設(shè)施的可靠性。隨著電網(wǎng)容量的增大和用戶對(duì)供電可靠性要求的提
高,維修管理的重要性日益顯現(xiàn)出來(lái)。維修費(fèi)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(jì)劃,以保證在不降低可靠性的前提下節(jié)省維修費(fèi)用,便成為供電部門或負(fù)責(zé)電氣設(shè)備維修的公司面臨的重要課題。這使得供電企業(yè)維修策略由定周期維修方式向狀態(tài)維修方式發(fā)展。通過(guò)以在線監(jiān)測(cè)為主與離線試驗(yàn)為輔的監(jiān)測(cè)手段的結(jié)合,有利于逐步實(shí)現(xiàn)由定期維護(hù)到狀態(tài)維修的轉(zhuǎn)變。提高供電可靠性的途徑和措施應(yīng)主要從加強(qiáng)供電網(wǎng)絡(luò)改造,提高設(shè)備質(zhì)量,縮短檢修時(shí)間,改革停電檢修制度,逐步推廣"狀態(tài)維護(hù)"。
我國(guó)于20世紀(jì)80年代引進(jìn)狀態(tài)維修技術(shù)(因是國(guó)外引進(jìn)航天器的配套技術(shù),僅局限與航天和航空業(yè)),進(jìn)入20世紀(jì)90年代伴隨著我國(guó)核電站投入商業(yè)運(yùn)行,狀態(tài)維修技術(shù)由核電站延伸到常規(guī)發(fā)電廠,并在電力行業(yè)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。我部于1999年在供電系統(tǒng)首先部分應(yīng)用狀態(tài)維修技術(shù)隨著技術(shù)的不斷推廣和監(jiān)測(cè)設(shè)備的不斷完善每年可減少單回線路停電6個(gè)工作日,并有效的保證了供電網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,其取得直接經(jīng)濟(jì)效益和間接的社會(huì)效益是非常巨大的。
2 預(yù)測(cè)性維修
以可靠性為中心的維修(RCM)和預(yù)測(cè)性維修是互相緊密聯(lián)系而又不同的2個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。以可靠性為中心的維修(Reliability-centeredMaintenance)是在對(duì)元件的可能故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可靠性影響
評(píng)估的基礎(chǔ)上決定維修計(jì)劃的一種維修策略。RCM技術(shù)在20世紀(jì)60年代末開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。當(dāng)時(shí)由于寬體客機(jī)的投運(yùn),系統(tǒng)變得十分復(fù)雜,航空系統(tǒng)沿用定時(shí)大修的傳統(tǒng)方法在經(jīng)濟(jì)上變得不可接受。根據(jù)元件故障后果的嚴(yán)重程度確定維修計(jì)劃的RCM收到了良好效果,使航空系統(tǒng)可靠性提高o現(xiàn)在RCM已成為全世界幾乎所有航空公司采用的方法。20世紀(jì)80年代美國(guó)EPRI將RCM引人核電站的維修,后來(lái)又應(yīng)用于火電廠,取得了提高可靠性和降低維修費(fèi)用的目的。現(xiàn)在正在研究變電站設(shè)備的RCM技術(shù)。
預(yù)測(cè)性維修(PredictiveMaintenance)是根據(jù)對(duì)潛伏故障進(jìn)行在線或離線測(cè)量的結(jié)果和其他信息來(lái)安排維修的技術(shù)。其關(guān)鍵是依靠先進(jìn)的故障診斷技術(shù)對(duì)潛伏故障進(jìn)行分類和嚴(yán)重性分析(CdticalityAnaly-sis),以決定設(shè)備(部件)是否需要立即退出運(yùn)行和應(yīng)及時(shí)采取的措施。
狀態(tài)維修需要準(zhǔn)確、可靠的非破壞性試驗(yàn)及簡(jiǎn)易或連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)如對(duì)絕緣作出修復(fù)或更換等決策必須準(zhǔn)確可信地預(yù)測(cè)或估計(jì)設(shè)備絕緣狀況。只有充分了解絕緣在各種應(yīng)力及實(shí)際設(shè)備運(yùn)行環(huán)境作用下的老化及擊穿機(jī)理,即找到能夠靈敏地反映絕緣的當(dāng)前狀況及其變化趨勢(shì)的物理或邏輯參量,才有可能確定所要監(jiān)測(cè)的參數(shù)并采取相應(yīng)的測(cè)量方法。其根本目標(biāo)是獲得絕緣系統(tǒng)狀態(tài)的相關(guān)信息,再?gòu)倪@些信息中抽取出一定的標(biāo)準(zhǔn)或判據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行判斷,以便對(duì)系統(tǒng)采取相應(yīng)的措施。同時(shí),有研究者認(rèn)為,了解非破壞性試驗(yàn)結(jié)果與殘余擊穿電壓的關(guān)系是非常重要的,
并且,應(yīng)利用相關(guān)性曲線將所有的非破壞性測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換成殘余擊穿電壓的形式。雖然通過(guò)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(cè)量但這些參量與絕緣老化之間可能并沒(méi)有直接的聯(lián)系且其尋找的過(guò)程也帶有很大的盲目性。因此了解絕緣的老化機(jī)制是找到能夠直接反映絕緣老化的檢測(cè)量的基礎(chǔ)。
3 在線監(jiān)測(cè)
3.1 傳感器技術(shù)
先進(jìn)的傳感器(AdvancedSensor)是實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維修的重要手段,是一個(gè)長(zhǎng)盛不衰的研究熱點(diǎn)o這是因?yàn)?故障診斷技術(shù)的發(fā)展首先決定于能否獲取盡可能多的有用信息,這是數(shù)據(jù)處理和診斷決策的基礎(chǔ)。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(diǎn)。原來(lái)用于軍事的傳感技術(shù),也有一部分移植到電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)上來(lái)。如用于鍋爐管道高溫應(yīng)變測(cè)量的光纖傳感器是帶有內(nèi)部諧振腔的光導(dǎo)纖維,它可直接貼在被測(cè)管道上。用于測(cè)量鍋爐燃燒室中溫度的傳感器其測(cè)量精度優(yōu)于使用氧化鋁保護(hù)的鈾電阻1%。
美國(guó)電力研究院開(kāi)發(fā)出一種直接測(cè)量分析油中氣體的金屬、絕緣子、半導(dǎo)體傳感器它可在線直接測(cè)量和分析油中的4種氣體并監(jiān)視其變化趨勢(shì),現(xiàn)已用于一些電力部門的變壓器口下一步工作是把測(cè)量微水分傳感器和它集成起來(lái),并配合負(fù)荷電流測(cè)量,弄清油中氣體、水分隨負(fù)荷的變化關(guān)系。
對(duì)紫外光下發(fā)螢光的一些傳感器,可能會(huì)用于測(cè)量發(fā)電廠中的高溫和應(yīng)變。研究人員還在研究利用偏振光遙測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的技術(shù),研究用壓電材料的薄膜來(lái)測(cè)量腐蝕和積塵傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸也是需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。
3.2 故障診斷的信息處理技術(shù)
對(duì)采集到的信號(hào)加工處理,要比采集信號(hào)本身更為困難,信號(hào)加工和處理的目標(biāo)有三:從現(xiàn)場(chǎng)中大量的背景干擾信號(hào)提取有用的信號(hào);根據(jù)測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行故障分類;判斷故障的嚴(yán)重程度,以便決定設(shè)備是否需要退出運(yùn)行。
為抑制現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中不可避免的干擾,除了應(yīng)用硬件濾波器和數(shù)字濾波技術(shù)以外近年的研究發(fā)現(xiàn)小波變換技術(shù)可有效地濾除穩(wěn)態(tài)信號(hào)(如現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中經(jīng)常遇到的載波信號(hào)干擾和噪雜聲干擾),可以把有用信號(hào)從比信號(hào)強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的干擾中提取出來(lái)。
故障信號(hào)的分類則是更為困難的研究課題。過(guò)去用頻譜來(lái)區(qū)分故障類型的方法有很大的局限性。因?yàn)樵S多不同類型的故障信號(hào)頻譜往往有一部分甚至大部分是重疊的,在頻域內(nèi)很難加以區(qū)分。研究故障的"指紋特征"以及提取和識(shí)別指紋特征的方法便成為故障診斷研究的一個(gè)重要的分支。在研究的故障分類方法有:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、小波分析、分形維分析等。
3.3 在線監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀
在線監(jiān)測(cè),由于是在運(yùn)行電壓下連續(xù)進(jìn)行的,能夠比停電測(cè)試更有效和及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期缺陷。在線監(jiān)測(cè)首先需要解決的問(wèn)題是:
究竟要對(duì)哪些量進(jìn)行監(jiān)測(cè)?不同的設(shè)備,不同的絕緣系統(tǒng),能靈敏地反映設(shè)備絕緣狀態(tài)的檢測(cè)量顯然不同。目前廣泛采用油中溶解氣體分析(DGA)判斷和識(shí)別油浸電力變壓器故障o傳統(tǒng)的DGA程序比較繁瑣。目前連續(xù)跟蹤變壓器油中氣體并進(jìn)行相應(yīng)診斷的設(shè)備正在逐步試用,利用聚合物薄膜實(shí)現(xiàn)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(cè)氣體含量,能判斷是否存在異常及故障類型。一般認(rèn)為,對(duì)油-紙絕緣變壓器,紙的聚合度可說(shuō)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(shè)備檢測(cè)變壓器油中的糠醒濃度的靈敏度達(dá)到10-7,克服了現(xiàn)場(chǎng)取紙樣困難且損傷絕緣的缺點(diǎn)。對(duì)于固體絕緣特別是有機(jī)聚合物絕緣,監(jiān)測(cè)其中電樹(shù)校的產(chǎn)生和發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。
超聲探測(cè)作為一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也已用于聚合物試品的老化探測(cè),且被認(rèn)為是絕緣老化檢測(cè)的最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的非破壞性測(cè)試手段之一。目前,多采用脈沖-回聲技術(shù),以A掃描模式(將入射波與反射波同時(shí)顯示在示波器屏幕上)探測(cè)絕緣缺陷,能檢出諸如絕緣介質(zhì)中的空腔、裂紋、分層及電、水樹(shù)校、介質(zhì)中包含的異物、介質(zhì)不均勻及局部機(jī)械應(yīng)力集中等。該技術(shù)還可用于多層結(jié)構(gòu)的實(shí)際絕緣系統(tǒng)。
電氣設(shè)備局部放電是有機(jī)絕緣逐漸老化并最終擊穿的主要原因,設(shè)備的局放情況能夠反映設(shè)備的絕緣狀況。目前已經(jīng)出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理中心的局放自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),各種設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)裝置也相繼出現(xiàn)并投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,主要電容型設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)在線檢
測(cè),對(duì)局部放電機(jī)理的研究也有了很大的提高并正在作進(jìn)一步的探索。但是目前精確定位局部放電源及確定放電對(duì)絕緣危害程度還有很大難度,需要進(jìn)行大量研究。
4 真空斷路器的狀態(tài)維護(hù)技術(shù)
4. 調(diào)試、交接試驗(yàn)
實(shí)踐證明,只有嚴(yán)格把好設(shè)備的調(diào)試及交接試驗(yàn)關(guān),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備存在的先天缺陷,才能保證設(shè)備以良好的狀況投入運(yùn)行,減輕運(yùn)行中的壓力,降低設(shè)備運(yùn)行中的故障和事故率。做好真空開(kāi)關(guān)調(diào)試及交接試驗(yàn)工作,及時(shí)發(fā)現(xiàn)真空開(kāi)關(guān)本體漏氣及附屬絕緣件擊穿機(jī)構(gòu)(含連桿、分合閘緩沖器等)異常,機(jī)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(yùn)行,對(duì)確保運(yùn)行的安全相當(dāng)重要。
4.2 運(yùn)行中的檢查、維護(hù)、預(yù)試
4.2.1 定期檢測(cè)
真空開(kāi)關(guān)本體常見(jiàn)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(jiān)測(cè)手段的情況下,定期檢查絕緣,試耐壓是檢驗(yàn)上述缺陷的主要手段。真空開(kāi)關(guān)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)間主要集中在投產(chǎn)6個(gè)月到2年這段時(shí)間,這時(shí)真空開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)較不穩(wěn)定,需加強(qiáng)運(yùn)行檢測(cè)。在新投運(yùn)真空斷路器增加了投運(yùn)后3個(gè)月五個(gè)月年、1年各進(jìn)行一次預(yù)防性試驗(yàn)的內(nèi)容,然后再按正常的預(yù)試周期進(jìn)行預(yù)試,從而達(dá)到在真空開(kāi)關(guān)不穩(wěn)定期間內(nèi)加強(qiáng)對(duì)其運(yùn)行檢測(cè)的目的。實(shí)踐證明效果很好。
尚要說(shuō)明的是開(kāi)關(guān)本體絕緣子,特別是拉桿絕緣子是非"全工況"產(chǎn)品,運(yùn)行中常因爬距不足和裂痕等原因造成電擊穿或閃絡(luò)放電。更要注意那些為滿足爬距而采用內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)的拉桿絕緣子,其內(nèi)外兩層之間的有機(jī)填充物在內(nèi)部有氣泡或受潮時(shí)亦會(huì)產(chǎn)生沿面閃絡(luò)和電擊穿。
4.2.2 加強(qiáng)運(yùn)行巡視
在操作中注意觀察有無(wú)異常現(xiàn)象,如在分閘操作中,開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,檢查電纜頭的帶電顯示裝置有無(wú)顯示帶電;拉開(kāi)母線側(cè)刀閘時(shí),觀察刀口有無(wú)火花和真空泡有無(wú)閃光(玻璃泡)。
4.3 真空開(kāi)關(guān)的狀態(tài)檢修
定期測(cè)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(dòng)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(gè)距離要保持在要求的范圍內(nèi),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(hào)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(fù)載電流或故障電流過(guò)程中,觸頭不斷磨損,從而超行程不斷減少因此必須定期對(duì)斷路器的超行程進(jìn)行測(cè)量,對(duì)不符合要求的要及時(shí)調(diào)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(kāi)斷2000次或開(kāi)斷短路電流兩次及新投入運(yùn)行3個(gè)月,應(yīng)進(jìn)行一次超行程測(cè)量。
4.3.1 機(jī)構(gòu)的檢修
一般來(lái)說(shuō),真空開(kāi)關(guān)的檢修主要針對(duì)機(jī)構(gòu)檢修,開(kāi)關(guān)的本體不能檢修。對(duì)機(jī)構(gòu)的檢修嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)檢修規(guī)程、規(guī)定和檢修工藝導(dǎo)則,保證檢修質(zhì)量。
(1)新投運(yùn)1年后,利用停電機(jī)會(huì),應(yīng)進(jìn)行一次分合閘時(shí)間、速度、同期、彈跳、行程、超程、動(dòng)作電壓及機(jī)械連動(dòng)部分的測(cè)試和維護(hù)工作在維護(hù)中注意對(duì)開(kāi)關(guān)分合閘緩沖器的動(dòng)作性能進(jìn)行檢查。
(2)運(yùn)行中的機(jī)構(gòu)利用停電機(jī)會(huì)每年進(jìn)行一次維護(hù)工作。
(3)運(yùn)行中的機(jī)構(gòu)每4年進(jìn)行一次大修,不能以臨修代替大修。
3.3.2 開(kāi)關(guān)本體
通過(guò)測(cè)量試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)對(duì)真空泡的運(yùn)行狀態(tài)作出綜合的判斷,定期檢測(cè)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(kāi)斷能力。一般滅弧室真空度應(yīng)每開(kāi)斷2000次或每年進(jìn)行一次檢測(cè)。檢測(cè)方法為在真空斷路器動(dòng)靜觸頭在正常開(kāi)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(wěn)定一分鐘后應(yīng)無(wú)異常現(xiàn)象。滅弧室更換條件。對(duì)使用壽命己到或有異常現(xiàn)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(dá)到或超出規(guī)定值(2)滅弧室真空度已達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的要求值
(3)其機(jī)械操作壽命已達(dá)到規(guī)定值,真空斷路器滅弧室的更換,應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行制造廠的具體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的技術(shù)要求。
4.3.3 測(cè)量試驗(yàn)
對(duì)真空泡進(jìn)行分合閘耐壓試驗(yàn)以發(fā)現(xiàn)漏氣;測(cè)量真空泡合閘接觸
電阻,結(jié)合行程、超程等參數(shù)判斷觸頭的損壞情況。
4.3.4 極限開(kāi)斷電流值統(tǒng)計(jì)
真空開(kāi)關(guān)在達(dá)到極限開(kāi)斷電流值時(shí),應(yīng)更換真空泡。極限開(kāi)斷電流值IΣ可由廠家給定的額定開(kāi)斷電流及滿容量開(kāi)斷次數(shù)計(jì)算得出:
IΣ=n極限.I滿容量
統(tǒng)計(jì)極限開(kāi)斷電流值的內(nèi)容有以下兩點(diǎn):
(1)正常的開(kāi)斷操作:
IΣ=n1.Ir
式中nl-正常開(kāi)斷次數(shù);Ir-廠家提供的開(kāi)關(guān)額定工作電流。
(2)短路開(kāi)斷:
IΣ"=n2.Ik
式中 n2--短路開(kāi)斷次數(shù).Ik--母線最大開(kāi)斷電
流。
IΣ=IΣ+IΣ"
5 結(jié)束語(yǔ)
采用真空斷路器改造老系列的開(kāi)關(guān)柜的少油斷路器,其技術(shù)成熟可行,并具有投資少、見(jiàn)效快,改造期間停電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)該項(xiàng)技術(shù)值得在城網(wǎng)和企業(yè)電網(wǎng)的技術(shù)改造中推廣應(yīng)用o要確保真空開(kāi)關(guān)安全、可靠地運(yùn)行,一定要做好以下幾項(xiàng)工作。
(1)做好開(kāi)關(guān)設(shè)備的選型工作,嚴(yán)格把好開(kāi)關(guān)調(diào)試交接關(guān)。
(2)在運(yùn)行中加強(qiáng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的監(jiān)視,爭(zhēng)取做好預(yù)防性試驗(yàn)工作。
(3)嚴(yán)格執(zhí)行部頒檢修規(guī)程、規(guī)定和檢修導(dǎo)則工藝,結(jié)合實(shí)際情況,保證到期必修,修必修好。