发电厂电气设备绝缘的状态维修技术

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1、1 发电厂电气设备的状态检修技术 陈伟根 重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室 1 发电厂电气设备维护技术的发展 1发电厂电气设备的检修技术的发展大致可以分为三个阶段：事故检修定期检修 状态检修。事故检修是 50年代以前主要采取的方式，就是在设备发生了故障或事故以后才进 行检修。这是基于那时设备发生故障时的影响面小，同时大部分设备都比较简单，设 备的设计裕量大而且修复容易，设备停运对企业的经营活动影响不大，人们的依赖性 也没有现在这样强烈，所以当时只进行简单的日常维护和检修，没有开展系统的检修。6070 年代，由于设备的生产效率越来越高，突发故障所造成的损失也越来越大， 因此如何避免和减

2、少损失就成为十分突出的问题，于是逐步形成定期预防检修体系。 在前苏联，主要发展了定期计划检修，这类检修方式为在东欧各国和我国推广应用并 延续到现在。定期检修是一种基于时间的检修，其理论依据是：设备能通过定期检修，周期性 地恢复到接近新设备的状态。因此，检修工作的内容与周期都是预先通过计划安排设 定的，不管设备的状态如何，到时间就要修，目的是为了防止或延迟故障的发生，以 期望达到最大限度地保证设备运行的可靠性。但这种定期检修的管理制度往往是以牺 牲企业的自身经济利益为代价的，在设备尚未发生缺陷且可正常运行的情况下就进行 停运检修甚至更换设备，从而造成了不必要的人、财、物的浪费。当时，日本形成的

3、是以预防性检修发展起来的全员生产检修，是一种以最高的设备综合效率为目标、以 降低设备检修费用为目的，确立全系统的全员参与的预防性检修体系。其主要内容是 取消运行与检修的界限，按时间折算设备的总费用及对寿命周期程度而进行研究和改 进的一种方式，美国发展起来的预防性检修系统的主要特点是根据设备故障的不同模 式采用不同的检修对策，因此，针对性较强，指导设备检修比较经济合理。状态检修是通过对设备状态进行监测，然后按设备的健康状态来安排检修的一种 策略。这种检修方式起源于 60年代美国航空工业飞行器的设备检修工作中，1978年开 始广泛应用于美国海军舰艇的设备检修，80年代又在核是工业中推广应用，并很快

4、发 展到电力工业的电气设备检修中，因此状态检修是按设备的实际运行情况来决定检修 时间与部位，针对性较强，经济合理。据有关统计，实施状态检修后，设备故障率可 降低 75%，综合检修费用可减少 30%50%，国内外一些电力企业应用电气设备状态检 修的实践都能证明，这种设备检修管理策略具有明显的社会效益和经济效益。状态检修得益于设备监测技术得到广泛应用，人们对故障模式及其影响进行较深 入的分析；企业对设备的可靠性、对检修的成本效益比的高要求，它是在设备发生实 质性故障之前及时进行检修的新方式。2 2 状态检修及其它主要检修方式的定义 2（1）状态检修（预知性检修）即 CBM(Condition Ba

5、sed Maintenance), PDM (Predictive Maintenance)对设备状态进行监测，按设备的健康状态来安排检修的检修方式，这种检修方式 解决了多年来在预防性检修中存在检修过剩或检修不足的问题，可以节约大量的检修 费用和资源，并提高设备运行的可靠性。（2）故障检修（事后检修） ，即 RTF（Run Till Failure）,CM（Corrective Maintenance）在故障已出现后，为把设备恢复到能完成要求功能的状态而进行的检修，简言之， 故障发生后才进行检修。（3）预防性检修，即 PM（Preventive Maintenance）在预定的停机时间、或按照

6、规定时行的，旨在降低故障可能性或功能劣化的检修。 即在故障发生之前、功能明显劣化之前进行检修，以预防故障的发生。（4）定期计划检修，即 TBM（Time Based Maintenance）或叫做基于时间的检修，它的理论依据是：设备能通过定期检修，周期性地恢复 至接近新设备的状态。检修工作的内容与周期都是预先设定的，到时间就修，目的是 防止或延迟故障的发生。我国目前的检修模式基本上就是这样，它这是预防性检修的 一种。（5）主动检修，即 PAM（Proactive Maintenance）寻找故障的根本原因，修改设计或对设备进行改造，消除故障再次发生的可能， 这是一种非常主动的、积极的方式。对于

7、设备的频发性故障，要改变设计进行改造， 这并非什么新见解。但作为一种检修方式，却是提出不久。状态检修和主动检修都要对一些参数进行监测，区别在于：主动检修监测的是参 数的异常，这些异常出现时，设备尚未发生实质性故障，但若这些异常不得到及时纠 正，则会引发实质性故障，即会发生材料的劣化或设备性能的下降。而状态检修中所 监测的是实质性故障的征兆，这时设备已处于初始故障阶段。（6）以可靠性为中心的检修，即 RCM（Reliability Centered Maintenance）通过一套特殊的程序来为设备和零件确定有效的、经济的预防检修任务，并规定 检修或监测间隔的一种系统方法。所谓的“特殊的程序”是

8、一套工作方法或是分析方 法；先选择要进行分析的系统，明确系统的边界、功能，进行故障模式和后果分析， 逻辑树分析，最后选择合适的检修方式。主动检修（PAM）属于状态检修的范畴，RCM 是状态检修的发展和完善。 3 实施状态检修的必要性 1随着电力体制的改革和经营机制发生的变化，提高发电效率的要求进一步提高，3 定期检修制度已逐步不能完全适应形势发展的要求。因此，迫切希望能实现对电气设 备检修管理由“到期必修、修必修好”的方针向“应修必修、修必修好”的观念转移， 并对传统的设备检修制度进行改革。电气设备的状态检修是当前先进的工业国家普遍 推行的一种科学的设备检修管理策略。实施状态检修的必要性主要体

9、现在以下几个方面： 3.1 电力体制改革的需要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，降低生产成本是发电企业实现目标最重要的途径和提高经济效益的关键。由于状 态检修是提高发电效率和降低设备检修费用的重要措施，而设备检修费用在整个生产 成本中占有相当大的比例，因此从提高经济效益的角度来看，定期检修已不能满足形 势发展的要求。 3.2 定期预防性检修不能及时发现设备内部的绝缘隐患停电检修合格的设备运行中出现事故的可能性依然存在，且一旦出现事故，直接 或间接损失十分巨大，这是目前这一检修体系存在的最大问题。所以预防性检修体系 不能及时发现设备内部的绝缘隐患。 3.

10、3 定期预防性检修造成人、财、物的大量浪费 定期检修是不管设备状态如何“到期必修” ，有失设备检修的科学性和合理性。用 它来指导检修实践，可能会发生检修不足或检修过剩的情况，从而造成人、财、物的 浪费。如，某些不必要的频繁检修可能会增加误操作、人员伤亡和事故发生的机率。 表 1 某电网继电保护及自动装置动作情况（19821998 年） 10kV 系统 66kV 系统 220kV 及以上系统 动作评价 1982 1991 1992 1998 1982 1998 1982 1991 1992 1998 1982 1998 1982 1991 1992 1998 1982 1998 总动作次数 13

11、754 10714 24468 1096 626 1722 173 166 339 正确次数 13752 10711 24463 1088 624 1712 164 154 318 不正确次数 2 3 5 8 2 10 9 12 21 正确动作率/% 99.96 99.97 99.98 99.27 99.68 99.42 94.80 92.77 93.80 不正确动作率/% 0.04 0.03 0.02 0.73 0.32 0.58 5.20 7.32 6.20 举一个电网设备的检修例子，如：线路绝缘子，在 19831991 年间该局共测 111万片次，发现过 414片零值，平均 劣化率万分之

12、四；而且从未发现过在同一串中同时有两片零值的。在这样的情况下是 否还需每 12 年进行普测？（措施：增加一片绝缘子，68 年清扫一次） 。1957年以来，该电网对变压器油做过简化试验 30多万份，共发现酸价不合格的 6 份、闪点不合格的 1份，这些试验的有效性如何？（措施：从概率统计出发，取消该4 两项试验） 。 对继电保护及自动装置动作情况的统计见表 1 4 ，220kV 及以上系统的不正确动作 率为 10kV 系统的 200多倍，是否还要对不同电压系统的继保装置沿用类似的周期来定 检？（措施：220kV 仍每年调校一次，其余延长到 23 调校一次） 。 3.4 定期预防性检修影响发电量定期

13、检修造成的计划停电影响发电量。 3.5 定期预防性检修的技术手段不合理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 10 千伏试验电压得出的结论去考核鉴定 220千伏甚至 500千伏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检修的重要的技术手段。 3.6 从电气设备故障的形成规律分析状态检修的必要性3.6.1 电气设备故障和缺陷的浴盆曲线一般情况下，电气设备的故障或缺陷在新安装投运期间由于安装质量方面的问题、 设备

14、本身存在的薄弱环节、设计和工艺等方面的缺陷等，在开始投运的一段时间内暴 露的问题比较多，随着消缺后运行时间的增长而近于平缓，运行一定时间后，随着设 备陈旧化，逐步暴露的缺陷开始增加，呈现出一条趋近于浴盆曲线的图形，参见图 1。 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。参见图 2。图 1 常规运行时间变化的设备故障率曲线 图 2 多次定期检修可能形成的设备故障率曲线5 3.6.2 电气设备功能退化的规律（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

15、图 3） 。之后将会加速退化的进程，直到达到功能 故障的 F 点而发生事故。这种从潜在故障发展到功能故障之间的时间间隔，被称为 P-F 间隔。如果想在功能故障前检测 到故障，必须在 P-F 之间的时 间间隔内完成。由于各种设备、 各种故障形式、各种故障特点 对应于 P-F 间隔的时间是不定 值，可能是几个小时，也可能 是几个月或几年不等，因此定 期检修一般情况下不可能都满 足 P-F 间隔的时间要求，从而 导致设备功能故障的发生。而 有效的在线监测就可能捕捉到 P-F 间隔的整个发展过程，并在到达功能故障 F 点之前 的合理时机采取措施进行检修处理。 3.6.3 传统的检修观点与现代设备的故障

16、特征有差异传统观点认为，设备运行和发生的故障的可能性有直接关系，这意味着大多设备 可以可靠地工作一个周期，然后逐步发生故障或缺陷。因此，可以从设备故障的历史 数据中确定设备可以可靠工作的周期，并在设备即将出现故障之前采取检修预防措施。 这一观点对一些简单设备和部件（如风扇、阀门座、潜油泵、冷却器等）的故障模式 来说是客观存在的。然而，现代先进的电气设备比过去的老设备要复杂得多，技术上、 结构上、工艺上都有了质的变化，因此其故障模式也发生了很大的变化。往往认为设 备的可靠性与运行时间之总是存在某种固定的关系，定期检修越频繁设备发生故障或 缺陷越少的观点是错误的。实践证明，除非与运行时间有关的故障模式占主导地位以 外，大多情况下定期检修只能增加发生故障或缺陷的机率，降低运行设备的可靠性。 4 国外电气设备状态检修的基本策略 3 4.1 欧洲的一种典型检修策略欧洲近年来在状态检修的基础上，提出基于可靠性的检修策略（Reliability Centered Maintenance, RCM），更明确了必须兼顾两方面：不仅要通过状态