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1、状态监测技术国内外研究现状调查报告目 录1 检修的定义与检修体制的发展历程32 状态监测国内外研究现状42.1状态检修业务流程42.2状态监测技术的分类与发展52.2.1变压器在线监测技术52.2.2电容型设备在线监测技术72.2.3金属氧化物避雷器在线监测技术82.2.4断路器和GIS设备在线监测技术82.2.5交联聚乙烯电缆在线监测技术92.2.6输电线路在线监测技术92.2.7带电检测技术92.3在线监测及带电检测技术在中国的应用现状103 状态监测技术存在的问题10参考文献12附录 A14状态监测技术国内外研究现状调查报告1 检修的定义与检修体制的发展历程正常运行的设备可能会发生故障，
2、要求对设备进行检修，日本工业标准JIS对检修做了如下定义：“所谓检修，是指把产品保持在使用及运用状态以及为排除故障和缺陷所进行的一切处置及活动”。有效的检修应该能够降低设备故障的频率，减小设备故障的影响，延长设备使用寿命，对于电网企业来说，输变电设备的有效检修还可以提高供电可靠性，保证良好的供电质量，减少停电造成的经济损失，提升企业的社会影响与形象。因此，确保经济、合理、有效的设备检修方式对电网企业的发展意义深远。工业发展从手工作坊到机械化和电气化，各个时期的设备管理与检修方式有很大的变化，一般来说可以概括为四个阶段，各阶段特点见表A-1。第一次产业革命时期对设备实行事后维修，运行人员兼做维修
3、工作。第二次产业革命时期开始实行预防性计划检修，检修从生产中分离出来，形成相对独立的专业工作，产生了检修人员，有了专业性检修队伍。第三次产业革命时期推行考虑经济目标的检修，开始应用设备寿命周期费用概念进行设备管理。第四次产业革命时期正逐渐实施以设备状态监测和故障诊断为基础的状态检修，即基于设备状态的检修。从该表可以清楚地看到，设备检修体制是随着生产力的发展、科学技术的进步而不断演变的。它在很大程度上反映出生产力发展水平和技术管理水平的高低。在检修体制演变的过程中，根据不同的行业特点、不同的设备管理要求，出现了各种追求不同具体目标的检修方式。事后维修(Corrective Maintenance
4、)是当设备发生故障或其它失效时进行的非计划性维修。在现代管理设备要求下，事后维修仅用于对生产影响极小的非重点设备、有冗余配置的设备或采用其它检修方式不经济的设备。这种检修方式又称为故障维修。预防性计划检修(Preventive Maintenance)是一种以时间为基础的预防检修方式，也称计划检修。它是根据设备磨损的统计规律或经验，事先确定检修类别、检修周期、设备检修内容、检修备件及材料等的检修方式。定期检修适合于已知设备磨损规律的设备，以及难以随时停机进行检修的流程工业、自动生产线设备。状态检修(Condition Based Maintenance)是从预防性检修发展而来的更高层次的检修体
5、制，是一种以设备状态为基础、以预测设备状态发展趋势为依据的检修方式。它根据设备的巡检、例行试验、在线监测、诊断性试验等方式提供的信息、经过分析处理，判断设备的健康和性能劣化状况及其发展趋势，并在设备故障发生前及性能降低到不允许极限前有计划地安排检修。根据以上的定义可以看出，状态检修与事故检修均着眼于设备故障发生的时间，力图在设备故障现象发现前或发生后及时予以处理，消除故障隐患或故障，保证设备能够正常发挥其设计功能，而定期检修作为事故检修与状态检修的过渡性检修体制，其出现与特定时代的技术背景和设备的复杂程度有关，最终将被状态检修所替代，仅作为一种辅助性检修的选择。与早期的事后检修与定期检修相比，
6、状态检修能够对设备进行适时地、有针对性地维修，不仅能保证设备处于良好的技术状态，而且能够充分利用零部件的寿命，有效地避免“维修不足”和“维修过剩”的情况，目前，状态检修已广泛应用于美国、法国等发达国家电力系统的检修实践中，美国电力研究院的研究结果表明，实施状态检修可提高设备利用率5%以上，节约费用25%30%。2 状态监测国内外研究现状2.1状态检修业务流程依据国家电网公司出台的设备状态检修管理规定的相关内容，状态检修是企业以安全、环境、效益等为基础，通过设备的状态评价、风险分析、检修决策等手段开展设备检修工作，达到设备运行安全可靠、检修成本合理的一种设备检修策略。根据国家电网公司相关规程，状
7、态检修业务流程如图2-1所示。图2-1 状态检修业务流程图设备状态量是指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，状态量主要由原始资料、运行资料、检修试验资料、其他资料四部分构成，基本涵盖了设备生命周期内的所有历史资料以及与该设备相关的家族缺陷、不良工况等资料。设备状态的评价应该基于巡检及例行试验、诊断性试验、在线监测、带电检测、家族缺陷、不良工况等状态信息，包括其现象强度、量值大小以及发展趋势，结合与同类设备的比较，对反应设备健康状态的各状态量指标进行分析评价，从而确定设备在评价时刻的状态等级。风险评估是指在设备状态评价的基础上，评估设备出现故障的可能性和后果的严重程度，确
8、定设备面临的和可能导致的风险。检修决策是指依据设备状态评价结果，考虑风险因素，确定设备检修的类别、内容及时间。2.2状态监测技术的分类与发展根据设备状态评价的定义可以看出，状态评价的基础是与设备健康状态相关的信息的获取，即广义的状态监测，传统的状态监测包含巡检和例行试验，然而，随着电力系统向高压、大容量、大电网发展，对电力系统安全可靠性指标的要求越来越高，传统状态监测手段的局限性越来越明显。主要体现在：巡检仅能发现设备明显的故障隐患或故障点；例行试验需停电、按固定周期进行，不能及时发现电气设备绝缘缺陷和反映设备及时状态；停电试验与设备实际运行环境、状态参数等方面存在很大差异，例行试验结果影响设
9、备状态评价的准确性。随着传感器技术、通信技术与数据处理技术的发展，在线监测与带电检测技术得到了快速的发展，已在国内电网进行了一段时间的应用，取得了大量宝贵的实践经验与基础数据信息，并已出台了相关设备规范与技术标准。下面即对在线监测和带电检测技术研究现状进行总结分析。国内外对数遍带你设备在线监测及带电检测技术的探索和研究已有30多年的历史。由于电气设备种类繁多、结构各异，其在线监测及带电检测项目各有不同。目前，相对成熟应用的在线监测及带电检测技术有变压器、GIS及罐式断路器等设备局部放电监测、变压器油色谱分析、电容性设备电容量及介损带电测试、氧化锌避雷器泄漏电流监测、红外测温、紫外检测等。2.2
10、.1变压器在线监测技术变压器是电力系统中最关键的设备之一，其安全稳定运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。目前，变压器在线监测的主要项目有：油中溶解气体测量和分析、局部放电测量和定位、绕组变形、铁芯接地电流监测及振动频谱监测等。1）变压器油中溶解气体在线监测监测变压器油中特征气体量油中溶解气体分析(Dissolved Gases Analysis，DGA)已被证明对于发现油浸变压器内部潜伏性故障，特别是过热性、电弧性、绝缘破坏性故障相当有效和可靠。现场试验和模拟试验表明，不同的故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体见表2-1。表2-1 不同故障类型产生的气体故障类型主要气体组
11、分次要气体组分油过热CH4，C2H4，H2，C2H6油和纸过热CH4，C2H4，CO，CO2H2，C2H6油纸绝缘中局部放电CH4，CH4，COC2H2，CO2，C2H6油中火花放电H2，C2H2油中电弧H2，C2H2CH4， C2H4， C2H6油和纸中电弧H2，C2H2， CO，CO2CH4， C2H4， C2H6安装油中特征气体传感器对油中气相色谱实施在线监测，就可监测那些发展周期较短的故障。目前，技术相对比较成熟的油中气相色谱在线监测装置有美国Servemn公司T8变压器在线监测仪，其除了监测油中H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2和O28种气体外，还可对油中水份和
12、变压器油温进行在线监测，所采集数据经处理后可使用三比值、四比值、谱图法等进行分析和故障诊断。英国Kelman有限公司TRANSFIX新一代油中气体及微水在线监测系统首次将光声光谱(Photoacoustic Spectroscopy，PAS)技术应用于绝缘油中溶解气体及水份分析领域，监测8种气体及微水。加拿大BravTech公司TAM-VI变压器油色谱在线监测系统可同时检测H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H26种故障特征气体。国内产品有宁波理工MGA2000变压器色谱在线监测系统，其采用特制的纳米晶半导体检测器检测H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、总烃；采用微水检测
13、单元检测H2O。2）变压器局部放电在线监测局部放电是变压器常见故障的主要原因。据统计，中国110kV及以上电力变压器事故中，有50%属于正常运行电压下发生匝间短路，其原因大多是局部放电所致。目前，变压器局部放电在线监测方法很多，常用的方法主要有：脉冲电流法、射频检测法、放电能量检测法、声测法、超高频法。其中，射频检测法和超高频法由于信号频率高、抗干扰性能好，随着数字滤波技术、信号采集技术、选频技术的发展，得到了越来越多的应用。3）变压器绕组变形在线监测变压器绕组变形在变压器事故中占有很高的比例，绕组变形检测已引起了电力部门的高度重视。目前，国内主要采用频率响应分析法(Frequency Res
14、ponse Analysis，FRA)和低压脉冲法(Low Voltage Impulse，LVI)2种离线测试手段进行绕组变形检测。为了提高FRA诊断的准确率，测量频率范围被分为几段，在整个频率范围内及每一分段的相关系数和标准偏差都被作为诊断用的特性参数。与FRA相比，LVI具有对其他非试验绕组的变形不敏感、便于实现故障定位的优点；但也存在间隔时间较长时、重复性差的缺点。近年来，基于变压器短路阻抗及阻抗中的电感分量与绕组几何尺寸及相对位置有关，通过在线监测变压器短路电抗变化来分析绕组状况的技术逐渐得到重视。现场试验证明这种测量方法具有较高的准确性和稳定性；但是，由于它只是一个外在表征量，存在
15、对绕组的变形类型不敏感的缺点。4）变压器铁芯接地电流在线监测电力变压器正常运行时，铁芯必须一点可靠接地，否则铁芯对地产生悬浮电压或铁芯多点接地产生发热故障，严重威胁变压器以及电网的安全。目前，国内外都把铁芯接地电流作为诊断大型变压器铁芯短路故障的特征量。铁芯或夹件接地电流主要是容性电流，常利用穿心电流传感器取样测量。5）变压器振动频谱在线监测在线监测变压器油箱表面振动可反映绕组、铁芯、有载调压开关、油泵等机械性缺陷。20世纪80年代中期起，美国、俄罗斯和加拿大等国开始在试验室中利用振动信号对离线状态变压器的绕组和铁芯状况进行检测。检测结果表明，与正常运行的变压器相比，发生绕组或铁芯故障的变压器的器身振动信号有很大差异。变压器振动频谱的在线监测始于20世纪90年代中后期。在中国，振动法监测变压器的起步较晚，现仅有西安交通大学、上海交通大学等少数科研机构进行了这方面的研究目前，国内外在变压器振动在线监测研究主要有以下几方面：（1）利用传感器、数据采集卡以及计算机组建振动测试系统，并对监测到的振动数据进行研究和分析。（2）根据影响变压器振动的因素，将这些因素转化为各个参数建立数学模型，根据数学模型来研究变压器的振动状况。（3）由于在运行变压器的振动会产生噪声，因此，可以从噪声方面来研究变压器的振动。2.2.2电容型设备在线监测技术电容型设备主要包括电
