供电局状态评估研究可行性研究报告.docx

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供电局状态评估研究可行性研究报告

深圳供电局

状态评估研究

可行性研究报告

二〇一一年七月

批准

审核

编写

定义

状态检修Condition-basedMaintenance

状态检修是企业以安全、可靠性、环境、成本为基础，通过设备状态评价、风险评估，检修决策，达到运行安全可靠，检修成本合理的一种检修策略。

设备状态量EquipmentConditionIndicators

直接或间接表征设备状态的各类信息，如数据、声音、图像、现象等。

例行检查RoutineMaintenance

定期在现场对设备进行的状态检查，含各种简单保养和维修，如污秽清扫、螺丝紧固、防腐处理、自备表计校验、易损件更换、功能确认等。

巡检RoutineInspection

为掌握设备状态，对设备进行的巡视和检查。

例行试验RoutineTest

为获取设备状态量，评估设备状态，及时发现事故隐患，定期进行的各种带电检测和停电试验。

需要设备退出运行才能进行的例行试验称为停电例行试验。

诊断性试验DiagnosticTest

巡检、在线监测、例行试验等发现设备状态不良，或经受了不良工况，或受家族缺陷警示，或连续运行了较长时间，为进一步评估设备状态进行的试验。

带电检测EnergizedTest

在运行状态下，对设备状态量进行的现场检测。

初值InitialValue

指能够代表状态量原始值的试验值。

初值可以是出厂值、交接试验值、早期试验值、设备核心部件或主体进行解体性检修之后的首次试验值等。

初值差定义为：

（当前测量值-初值）/初值100%。

注意值AttentionValue

状态量达到该数值时，设备可能存在或可能发展为缺陷。

警示值WarningValue

状态量达到该数值时，设备已存在缺陷并有可能发展为故障。

家族缺陷FamilyDefect

经确认由设计、和/或材质、和/或工艺共性因素导致的设备缺陷称为家族缺陷。

如出现这类缺陷，具有同一设计、和/或材质、和/或工艺的其它设备，不论其当前是否可检出同类缺陷，在这种缺陷隐患被消除之前，都称为有家族缺陷设备。

不良工况UndesirableServiceCondition

设备在运行中经受的、可能对设备状态造成不良影响的各种特别工况。

基准周期BenchmarkInterval

实施细则规定的巡检周期和例行试验周期。

轮试InTurnTesting

对于数量较多的同厂同型设备，若例行试验项目的周期为2年及以上，宜在周期内逐年分批进行，这一方式称为轮试。

一、概述

（一）项目背景

深圳供电局在《深圳电网“十二五”可靠性规划》中提出，到“十二五”末，深圳城市供电可靠率将达到99.993%，用户年平均停电时间36分钟，达到国际可比城市供电可靠性指标先进水平。

要实现高供电可靠性，势必需要提高电网设备的可靠运行，确保电网的安全稳定。

传统的定期检修，会导致过检修或者欠检修，这将降低设备的可靠性，增加用户的停电时间，进而降低电网的供电可靠性和经济性。

将现行的检修模式向状态检修阶段推进已是势在必行。

状态检修是指根据对设备进行状态检测的结果，结合巡视数据和人工智能技术等，对设备的状态进行评估，并在设备状况对电网稳定运行的风险评估基础上，综合指导安排设备维修，从而节约大量的设备维护资金和停机检修时间，使现有的运行设备创造更大的安全经济效益。

对输变电设备实施合理科学的状态检修，能够提高检修的针对性和有效性，促使加强设备的综合分析和精细化管理，有效提高设备利用率，延长设备的使用寿命，保障系统安全性和供电可靠性，为电网创造更多的经济效益和社会效益。

本项目研究旨在借鉴国际同行先进经验，进行以可靠性为中心的维修策略研究，以深圳电网输电线路、变电、配电中的关键设备为对象，开展设备状态评价及风险评估，根据评价结果，指导设备状态检修工作。

（二）项目目标

研究对输电线路、变电、配电中关键设备的部件和通道环境的安全评估技术，在此基础上，开展安全风险评价、可靠性评估、寿命预测和经济性评价等全面智能评估。

初步实现输电线路系统的安全风险评价、可靠性评估、寿命预测和经济性评价。

（三）项目范围

本项目对深圳供电局管辖范围内的深圳电网输电线路、变电、配电中的关键设备进行状态评估研究。

二、项目必要性分析

（一）设备检修的发展阶段分析

就检修体制的发展阶段而言，可分为故障后检修、定期检修和状态检修三种。

故障后检修又称事后检修，为最早期的检修方式，指在对故障之后的设备进行维护、修理或更换，其特点是检修工作在故障发生后才进行，适用于投资小且故障后对生产影响不大的设备。

考虑到输变电主设备的重要性及其故障后的影响程度，故障后检修显然不适用。

定期检修是一种以时间为基础的预防性检修方式，又称为计划检修，指根据设备故障的统计情况或经验，按预先规定的周期对设备进行检修，其特点是检修周期以时间为基准，与设备状态无关，一般适用于可靠性不高且易产生规律性故障的设备。

然而，在输变电设备日益增多的情况下，若按定期检修模式，势必造成检修任务与检修人力之间的矛盾日益突出。

我国电网制造行业质量水平在近年来有了质的提高，绝大多数的新装设备性能和质量已是今非昔比。

根据对这些设备运行情况的分析，仍然按固定周期检修显然是没有必要的，重点应该放在把握和维护设备的状态上。

状态检修是一个综合性的决策过程，它区别于以往的故障后检修和定期检修方式之处在于利用预防性实验、在线监测、历史记录以及同类设备家族缺陷等全过程数据资料，通过状态评估和最佳策略的选择等多种技术手段和经济手段来综合评价设备的当前状态，并预测事态的发展，从而制定设备检修计划，是一种动态优化的过程。

与故障后检修和定期检修相比，状态检修可以节约大量的设备维护资金和停机检修时间，使现有的运行设备创造更大的安全经济效益。

（二）状态评估的理论研究分析

国内外专家学者对在在输变电状态检修方面进行了大量的研究工作，这些研究成果对于指导开展状态检修以及状态检修的策略具有重要的指导意义。

本节将回顾和总结状态评估领域的理论研究成果。

在输变电主设备中，以变压器状态检修的研究最多，文献[1]采用模糊数学理论，选择了电气试验、油中气体状态量、绝缘油特性参量等几种状态参量，对变压器运行状态进行多层模糊综合评判；文献[2]将反映变压器指标间相对重要性的指标权重引入证据理论，采用加权平均与证据理论相结合的评估方法；文献[3]提出的将各类状态信息评分加权平均并由此评分直接确定变压器状态评估方案；文献[4]在灰色预测理论的基础上，提出了基于贝叶斯网络的变压器状态综合评估改进方法；文献[5]将变压器看作是典型的灰色系统，提出了采用灰色聚类决策方法对变压器健康状态进行评估；文献[6]根据变压器状态信息的多层次性和多因素性，引入了灰色层次评估法，分别建立变压器突变状态和渐变状态评估模型，利用关联层次分析确定变压器的具体状态；文献[7]提出了基于物元理论的变压器状态综合评估方法；文献[8]把模糊推理系统与神经网络集合起来，以模糊评判理论为基础，结合神经网络，构造了变压器运行状态的多层次模糊综合评价模型，以实现变压器运行状态的定量评估；文献[9]提出了一种模糊学习矢量量化网络，根据溶解气体分解的数据，在人工神经网络的基础上对变压器运行状态进行评估。

对高压断路器运行状态检修的研究主要集中在对断路器故障诊断和在线监测方面，文献[10]研究了对断路器操动机构的监测技术；文献[11]介绍了对断路器电寿命的预测方法；文献[12]建立了基于知识的高压断路器故障诊断专家系统；文献[13]分析了高压断路器机械方面和电气方面的各种在线监测方法，探讨了基于模糊理论的故障诊断技术；文献[14、15]研究了断路器故障诊断和分析技术，文献[16]提出了一种基于模糊神经网络的高压断路器故障诊断；文献[17]提出了一种基于DSP和CPLD的断路器在线监测系统；文献[18、19]选取了断路器开断电流、动态电阻、合分闸时间及位置等状态参量，结合模糊数学理论，提出了用模糊综合评判法评估高压断路器的工作状态；文献[20]利用初始模糊隶属函数和突变级数，将突变理论与模糊分析结合起来，对断路器状态进行模糊综合分析与评判；文献[21]在模糊层次分析法的基础上，提出将模糊聚类分析应用到高压断路器状态评估模型中评价因素的分类上。

现阶段国内外对电力电缆的状态检修开展相对较少，随着电网的发展和城网改造的进行，电缆在电网线路中所占的比例正日益增长，电力电缆的状态评估的重要性日益突出。

文献[22]介绍了输配电电力电缆的局部放电在线监测技术、以及DGA（dissolvedgasanalysis）分析技术在冲油电缆和油纸绝缘电缆状态评估方面的应用；文献[23]介绍了电力电缆线路运行温度在线检测技术，为了当前及时发现电力电缆线路的局部过热点位置、检测运行线路的绝缘状态、计算导体载流量的首选技术措施，为此基于光频域反射OFDR测温法和TCP/IP通讯协议，提出分布式光纤连续在线检测长距离电力电缆线路表面温度方法和技术，提高了检测温度的速度；文献[24]提出了基于接地线电流法的110kV交联聚乙烯（XLPE）电力电缆绝缘在线监测的方案，以此设计出一套电力电缆绝缘在线监测系统；文献[25]介绍了红外热成像技术监测热故障在电力电缆运行状态评估的应用。

（三）状态评估的科学性和经济性分析

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

实践证明大多数电气设备的故障率是时间的函数，典型故障曲线称之为浴盆曲线（Bathtubcurve），曲线的形状呈两头高，中间低，具有明显的阶段性，可划分为三个阶段：

早期故障期，偶然故障期，损耗故障期。

设备在刚投入使用时,由于设备未经磨合,故障率很高；随着使用时间的增加,故障率渐渐地趋于稳定；在使用寿命期终了的时候,故障率又逐渐增加。

定期检修的理论认为在耗损故障期到来之前对设备进行拆检，更换磨损的零部件，就能防止其功能故障出现。

但是定期检修计划性太强,检修周期卡得太死,不管设备实际技术状态如何,到期就修。

随着设计的日趋完善和制造水平的不断提高,设备的固有可靠性越来越高,定期检修方式的不合理性凸显出来。

表现之一：

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。

图2多次定期检修可能形成的设备故障率曲线

表现之二：

定期维修产生的背景是当时的设备基本上是机械,电气单一的结构模式,针对的故障率模型是浴盆曲线.而现代设备集机械,电控,液压,气动,激光等多种技术于一身,又以微机为信息存储及处理手段,设备的基本故障率曲线不止是浴盆曲线一种,而是六种。

图3故障率曲线模型的演变

模式A是典型的浴盆曲线；

模式B是没有磨合期的耗损故障率曲线；

模式C显示出故障率随时间缓慢增长而没有具体的耗损期；

模式D表示开始时故障率低而后快速增长到一个固定水平；

模式E则表示故障率不随时间变化；

模式F具有高的早期故障率,而后降低到一个稳定水平或呈现略增趋势。

一般而言,具有机械损耗的机械设备符合A、B、C三种故障模型,电子设备的故障符合D、E、F模型。

随着设备的日趋复杂,越来越多的设备符合模式E和F。

这就意味着大部分的设备没有耗损期,故障的发生具有随机性,设备运行时间和故障率的大小没有必然的联系。

把定期维修运用到所有设备上面,不具有理论合理性。

事实上,不必要的定期拆修会把早期故障引入本应稳定的系统,这只能增加设备整体故障率。

2）电气设备功能退化的规律（P-F曲线）

图4电气设备功能退化的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（参见图3）。

之后将会加速退化的