状态评估理论在电力设备状态维修中的应用

吴湛

摘要：长期以来，我国电力行业一直根据《电力设备预防性试验规程》的规定，对电力设备进行定期的停电试验、检修和维护，对电力系统的安全运行起了非常重要的作用。随着状态维修技术的完善和广泛认同，状态维修技术取代定期维修己成为发展的必然。

关键词：电力设备，状态评估，状态维修。

1电力设备维修技术的现状

随着科学技术的发展，电力系统及其设备日益朝着高电压、大容量、系统化和自动化的方向发展，系统的组成和结构越来越复杂，单个设备的重要性不言而喻。对电力系统运行的基本要求中首要的就是保证安全可靠地持续供电。由于设备的故障而带来供电的中断将使生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失[1]。因此，电力设备安全可靠的运行显得尤为重要。

电力系统运行的要求推动了电力设备的状态监测和故障诊断技术的发展，设备状态评估的重要性也越来越突出。电力设备故障诊断技术，是了解和掌握设备运行状态的重要手段，以区分、识别设备的异常表现，尽早发现设备潜在故障的技术。它对保障设备安全运行，预防事故有着重要意义。

因此，在状态检测与故障诊断技术日益成熟之际，预防性检修也开始逐步向一种新的检修体制——“状态维修”过渡。

状态维修，是指通过对设备状态进行监测，然后按设备的健康状态来安排维修的一种决策方法(或称策略)。由于状态维修方式是以设备当前的实际工况为依据，通过先进的状态监测和诊断手段、可靠性评估手段以及寿命预测手段，判断设备的状态，识别故障的早期征兆，对故障部位及其严重程度、故障发展趋势做出判断，并根据分析诊断结果，在设备性能下降到一定程度或故障将要发生之前主动实施维修。

因此，状态维修的针对性强，经济合理。据有关统计，实施状态维修后，设备故障率可降低75%，综合维修费用可减少30%～50%。国内外一些电力企业应用电力设备状态维修的实践证明，这种设备维修管理策略具有明显的社会效益和经济效益[2，3]。

电力设备实施状态维修策略是电力设备维修管理制度改革和发展的必然方向[4]。

2电力设备状态维修的基本过程说明

（1）电力设备的状态维修过程

根据在线监测数据（如色谱分析数据、局部放电数据、红外测温数据等）、设备定期预试数据以及运行工况记录、缺陷记录、维修记录、出厂数据等，诊断电力设备可能出现的潜伏性故障，并作出故障的趋势预报，由此对电力设备的实际健康状态进行评估;根据电力设备故障性质及预报、电力设备健康状态、维修规则，拟订出初步的维修方案，确定影响维修的主要指标属性或目标，采用某种决策方法进行分析，选择出最优或次优（满意）的维修方案。

（2）状态维修的宗旨

根据设备的实际状态来确定采取的维修措施。因此，设备的状态评估是状态维修决策的重要一环，只有正确地评估了设备的状态，才能做出正确的维修决策。我国现行的《电力变压器检修导则》以及《电力设备预防性试验规程》中，只有检修周期、检修内容、检修工艺流程以及预试数据的注意值等，都没有涉及对变压器状态评估的内容，在实际工作中无法对电力设备的状态进行判断。因此，很有必要深入研究电力设备健康状态评估的方法。

（3）实施状态维修的必要性

电力企业由计划经济向市场经济转移，经济效益和社会效益都是其重要的追求目标，而提高供电可靠性和降低生产成本是实现该目标最重要的途径和提高经济效益的关键。由于状态维修是提高供电可靠性和降低设备维修费用的重要措施，而设备维修费用在整个生产成本中占有相当大的比重，因此从提高经济效益的角度来看，定期维修已不能满足形势发展的要求。由于停电维修合格的设备运行中出现事故的可能性依然存在，所以定期预防性维修不能及时发现设备内部的绝缘隐患。定期维修是不管设备状态如何“到期必修”，有失设备维修的科学性和合理性，用它来指导维修实践，可能会发生维修不足或维修过剩的情况，从而造成人、财、物的浪费；某些不必要的频繁检修还可能会增加误操作、人员伤亡和事故发生的几率；此外定期维修造成的计划停电很可能影响供电可靠性和售电量。随着形势的发展，全社会对供电可靠性的要求越来越高，大量定期检修所需要安排的停电时间越来越难；随着“电力法”的普及和深入，停电所造成电力用户的损失要实施赔偿制度，这给定期检修制度带来了不可避免的冲击。由于定期预防性试验的试验电压往往远低于运行电压，停电试验时，一般都是用最高10kV试验电压得出的结论去鉴定220kV甚至500kV运行电压下的设备状态和可靠性。因此，对运行电压下才能暴露的某些绝缘缺陷，这种试验手段是不合理的。在线监测是运行电压下对设备状态的监测，能较准确地反映设备的客观状态，因此，有效的在线监测技术是状态维修的重要手段。

3状态评估理论在电力设备状态维修中的应用

状态维修是一种以设备状态为基础，采用预测设备状态发展趋势的方法，以提高设备可靠性和可用度为目标的一种维修方式。显然，这种维修是建立在设备现行状态的基础上，而设备的现行状态是通过一定的方式对设备进行状态评估之后予以确定。因此，可以说设备的状态评估是开展状态维修的基础。

3.1设备状态评估的意义

（1）状态评估是状态维修的前提依据

状态维修与计划维修的最大不同点是维修工作的前提条件不同，计划维修是根据事先安排的时间计划而进行的，而状态维修是根据设备的状态情况而确定的。计划维修是到期应修，以时间期限为唯一依据条件，而状态维修则是根据设备的状态，在状态评估的前提下，以评估的结果为依据来决定维修的方式，首先是决定现在是否要进行维修，只有当认为设备即将会发生故障或连续运行下去其安全、可靠性不能满足要求时，才能决定安排维修。

（2）状态评估的结果决定了状态维修项目和内容

状态维修与计划维修的另一个不同点是维修工作的项目和内容。计划维修的项目和内容是按有关规程、规定和制度等要求所确定的，这些要求是在计划编制中预先确定了的。而状态维修的内容，则取决于对设备惊醒状态评估的结果，特别是对设备的缺陷、异常情况或潜在故障情况的评估及发展预测来决定维修的项目和内容。固然它有规程、规定中的标准项目，但很重视对缺陷和潜在故障的检修处理。

（3）状态评估工作直接影响状态维修的效果和质量

计划维修工作是“按章办事”，要求认真执行规程制度中的规定。而状态维修工作由于建立在状态评估基础上，因此状态评估工作的完整性、正确性就直接影响了状态维修的效果，影响了设备维修的质量。要做到状态评估的完整性、正确性，则要求我们在设备基础管理、运行管理、缺陷管理、安全经济分析及开展在线检测等方面积极主动地做好各项工作并注意协调好彼此间的关系。状态评估工作是充分发挥人的主观能动作用，要求认真扎实地去做好状态维修的一些前期及准备的工作。这样才能保证状态评估的完整性和正确性。

3.2影响设备状态的有关因素

设备状态评估，要求能全面地、准确地反映该设备现时的实际状态，要做到这点高，首先应当了解那些因素能对现时状态产生影响，从某种意义上说，状态评估实际上是对这些因素的影响量作出评估。

（1）厂家的产品（设备）质量信息，包括厂家的信誉、质量等级、设备出厂的时间、出厂检验报告及有关质量存在的问题和记录等。产品质量直接影响设备安全性和可靠性。

（2）设备安装调试的各种记录、安装质量验评记录、交接试行小结和有关质量问题、缺陷记录。遗留的缺陷问题等对设备的安全运行一直是个隐患。

（3）历次的预防性试验报告，历次检修（大修）记录和报告所记录问题和缺陷会影响设备日后的运行。

（4）在线检测数据，特别是监测中异常数据和参数变化率表明现在设备已有缺陷或潜在故障。

（5）运行情况：设备运行参数是否已有越限警告，是否出现过热、过载或过电压损坏；设备巡视检查情况是否有异常声响、变色、振动以及闪络放电、密封不良、泄漏程度等；点检查情况是否有异常及潜在故障发生；运行环境的变化，系统短路故障次数的大小，雷电活动情况及设备表面污闪等情况。

（6）同类设备运行情况，特别是同一产商、同一型号及同一批次的产品设备在其他系统运行情况，尤其是在同一环境条件下同类设备，更可以作参考对象。

3.3状态评估的分析重点

（1）设备现在运行状况：状态评估是指设备现在的状态，因此设备现在运行情况是评估设备等级的主要依据。可以从两方面进行，一是设备的运行参数，二是设备巡视检查和定点检查情况。前者指设备能完成基本的规定的动作的功能和能力的运行负载、转速、电流、电压和温升，而后者的检测用来表征设备是否存在潜在故障或异常特征的迹象，是设备的安全性、可靠性指标的分解，是设备能否继续安全可靠运行的重要依据。

（2）历史状态对现在设备状态影响的分析：通过设备以前的状态或性能参数来分析它对设备现在及以后的影响。电力设备一些性能劣化与应力相关外，还与时间相关。设备诊断预测，实质上是一个时间系列的预测，是以时间为函数的性能特征参数的统计量的变化关系分析。一般情况下，当设备性能良好，特征参数的变化率很小，此时表明设备工作性能稳定，设备可以继续工作下去并完成其功能任务，而当设备曾出现了异常或有潜在故障发生，而且性能劣化速率较大时，缺陷在积累、劣化在加剧、潜在故障在发展，因此现在的状态肯定不如当时的安全性和可靠性。应安排及早消除缺陷或潜在的故障，以免小缺陷酿成大故障。

（3）设备运行的环境条件分析：设备状态受其工作环境条件的影响，如工作场所的温度、湿度对绝缘的影响很大；设备所处的系统短路电流，对开关遮断性能、灭弧室影响很大，电机、变压器等高压电器的动稳定与其所处的系统短路容量有很大关系。设备运行的污秽等级、雷电活动等环境条件对设备外部绝缘状态影响很大。凡此种种表明设备运行环境条件的分析不可忽视，它也直接影响了设备工作的可靠性。

3.4状态评估的参照标准

所谓评估，就要有标准来参比才能够评价并衡量设备存在的问题和性能差异。电力设备使用中，有多个标准和要求，供不同场合、不同方式下采用，主要有：

（1）厂家出厂的设备检验、调试报告；

（2）电力设备预防性试验标准；

（3）检修工艺导则；

（4）国家颁发的各种设备技术条件、标准；

（5）电力设备的运行规程；

（6）其它有关的技术要求规定标准。包括维修的要求、安全性评价的要求、设

备的评级标准等中有关设备性能的技术标准与要求。

3.5评估等级划分

根据设备所处的安全性、可靠性，将电力设备状态评估等级划分为四个等级。即一级（优良级）、二级（良好级）、三级（缺陷级）、四级（故障级）。具体可划分如下：

（1）一级（优良级）状态：运行使用状态良好，无任何异常现象发生，运行参数符合要求，环境条件不影响安全使用，设备点检结果正常，无异常变化；最近一次技术性能检测项目完整，全部符合规定标准和要求，且有一定的裕度；最近一次结构检查元部件完好如初，无任何异常；无任何不良的历史状态的缺陷和遗留问题。

一级状态的设备不仅满足当前安全、可靠运行，且有较好的稳定性，其质量总体完全在可控状态中，而且还能维持今后一段时间的安全性和可靠性。

（2）二级（良好级）状态：运行使用状态良好，无任何明显的异常现象发生,点检结果无任何的异常变化；最近一次技术性能检测项目基本齐全，符合规定要求，但有部分检测结果裕度不大；最近一次结构检查元部件无任何异常，但部分劣化现象已开始，即使有历史状态一般的缺陷或遗留问题，但至今影响很小。

二级状态设备能满足当前安全、可靠运行的要求，且无影响安全性、可靠性的缺陷或潜在故障，设备质量状态基本处于可控状态，可以维持今后一段时间的安全性和可靠性。

（3）三级（缺陷级）状态：在运行使用中已有一项及以上异常现象发生，或点检结果有一项及以上有明显的异常变化，或最近一次技术性能检测项目有一项及以上超出规定标准的允许值，或内部元部件有缺陷或某项指标劣化严重，或历史状态缺陷及遗留问题已开始影响现在设备的安全运行。

三级状态表明设备已有明显缺陷或潜在故障已发生，但还能运行，虽可靠性在下降，但还不会立即发生事故。设备质量已不在控制状态之内，需要进一步检查试验，并对缺陷进行消缺处理。

（4）四级（故障级）状态：设备状态表明，已经发生故障，或缺陷和潜在故障已发展到接近功能性故障，应当安排设备立即进行维修，否则设备的损坏程度将进一步加剧。

3.6状态评估的应用

设备状态评估主要是为状态维修而进行的前期工作，是为状态维修方式的决策提供依据。目前最常用的是通过状态评估来确定该设备是否要进行预防性检修试验，何时进行检修、试验；是否立即进行检修或大修，或适当结合停电时间进行检修，或延长一个周期或者更长的时间进行维修。通过状态评估，也为维修工作的项目和内容提供更具体的要求，并且提出维修应达到的某项性能指标。

4结束语

本文主要研究了状态评估理论在电力设备的状态维修决策支持系统中的应用。本文对目前电力部门所广泛采用的电力设备状态维修技术做了比较深入的分析，通过对电力设备状态评估的研究，在电力设备故障定位和状态维修决策支持方面取得了一些进展。

本文主要从理论方面研究电力设备的状态评估，没有深入去研究其技术基础：状态监测技术和故障诊断技术，以及设备故障定位技术。因此，这些都是值得进一步进行研究的。

参考文献

[1]陈珩.电力系统稳态分析（第二版）.北京：中国电力出版，1985

[2]严璋.电气设备绝缘的状态维修[J]，电气设备状态检修和在线监测论文集.江苏省电力公司，江苏省电机工程学会.2001

[3]潘波，易莉.变压器在线监测与状态检修工作[J].电气设备状态检修和在线监测论文集.江苏省电力公司，江苏省电机工程学会.2001

[4]郑健超.电力前沿技术的现状和前景[J].中国电力.1999,32(10):9-14