新技術(shù)在電氣設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用

 1　引言
　　傳統(tǒng)的電廠設(shè)備檢修，都是按照《SD370-87電廠設(shè)備檢修規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行的。規(guī)程規(guī)定主機(jī)、主設(shè)備和輔助設(shè)備檢修周期各為多少年，并由發(fā)電部門統(tǒng)一制訂檢修滾動(dòng)計(jì)劃，將機(jī)組的檢修性質(zhì)定義為大修、中修、小修和擴(kuò)大性檢修等，各設(shè)備的檢修被安排進(jìn)不同的檢修時(shí)段。在這種情況下，即使有些機(jī)組檢修計(jì)劃安排的非常周密，也是針對(duì)某些特殊項(xiàng)目，其他常規(guī)項(xiàng)目仍然是按照滾動(dòng)計(jì)劃?rùn)z修。不管設(shè)備該不該修，一到檢修周期所有設(shè)備統(tǒng)統(tǒng)檢修一遍。這樣做的直接后果是：
    ①設(shè)備到期就修，造成人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)；
    ②給檢修計(jì)劃的安排造成困難；
    ③造成部分設(shè)備檢修質(zhì)量失控；
    ④個(gè)別不需要檢修的設(shè)備由于經(jīng)常檢修造成損壞。
　　設(shè)備狀態(tài)檢修是指根據(jù)先進(jìn)的狀態(tài)檢測(cè)和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，來判斷設(shè)備的異常和預(yù)知設(shè)備的故障，并在故障發(fā)生前進(jìn)行檢修的方式。即通過應(yīng)用現(xiàn)代檢修管理技術(shù)，用先進(jìn)的設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)手段和分析診斷技術(shù)，實(shí)時(shí)了解設(shè)備的健康狀況和運(yùn)行工況，及時(shí)給出設(shè)備的壽命評(píng)估，然后根據(jù)設(shè)備的健康狀態(tài)，合理安排檢修項(xiàng)目和檢修時(shí)機(jī)，最大化地降低檢修成本乃至發(fā)電成本，提高設(shè)備的可用性。
　　狀態(tài)檢修技術(shù)包含以可靠性為中心的檢修技術(shù)和預(yù)測(cè)檢修技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)最初應(yīng)用于航空、航天系統(tǒng)，后應(yīng)用于核電站，現(xiàn)已成功地應(yīng)用于發(fā)電廠設(shè)備的檢修。電力系統(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，檢修管理的重要性日益顯現(xiàn)。檢修費(fèi)用占電力成本的比例也不斷提高，檢修費(fèi)用同燃料費(fèi)用一樣占有重要比例。如何采取合理的檢修策略和制訂正確的檢修計(jì)劃，保證在不降低可靠性的前提下節(jié)省檢修費(fèi)用，便成為電力部門面臨的重要課題。過去常用的計(jì)劃?rùn)z修和以它為基礎(chǔ)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)決定延長(zhǎng)或縮短檢修周期的做法已不能滿足需要，必須采用新技術(shù)。
    2　設(shè)備狀態(tài)檢修
　　以可靠性為中心的檢修和預(yù)測(cè)性檢修是互相緊密聯(lián)系而又不同的兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。前者是在評(píng)估元件可能故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可靠性影響的基礎(chǔ)上決定檢修計(jì)劃的一種策略，后者是根據(jù)對(duì)潛伏故障進(jìn)行在線或離線測(cè)量的結(jié)果和其他信息來安排檢修的技術(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,以決定設(shè)備（部件）是否需要立即退出運(yùn)行和制訂應(yīng)對(duì)措施。因此，電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)涉及復(fù)雜的可靠性評(píng)價(jià)、傳感技術(shù)、信息采集處理技術(shù)、干擾抑制技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、故障嚴(yán)重性分析、壽命估計(jì)等領(lǐng)域。
　　實(shí)施狀態(tài)檢修的前提是：
    ①健全的設(shè)備管理體制；
    ②完善的檢修質(zhì)量管理體系；
    ③靈活的設(shè)備運(yùn)行方式；
    ④齊全的設(shè)備管理臺(tái)帳；
    ⑤高素質(zhì)的檢修隊(duì)伍、運(yùn)行隊(duì)伍和設(shè)備管理人員；
    ⑥具備狀態(tài)檢修的設(shè)備記錄和檢測(cè)手段；⑦先進(jìn)的測(cè)試、分析設(shè)備。
　　電廠的大部分設(shè)備要求實(shí)行狀態(tài)檢修，常用的檢測(cè)技術(shù)有振動(dòng)檢測(cè)、油液分析、紅外線熱成像、超聲波檢漏、電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)等。這里僅就電氣設(shè)備作說明。
　　狀態(tài)檢修涉及的電氣設(shè)備，主要是針對(duì)需要經(jīng)過時(shí)效考驗(yàn)并隨著負(fù)載變化而出現(xiàn)的工況和壽命發(fā)生變化的電氣一次設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)、斷路器、高低壓電動(dòng)機(jī)、大型變壓器、中小型變壓器、高壓開關(guān)、隔離閘刀、CT（電流互感器）、CVT（電容式電壓互感器）、PT（電壓互感器）、避雷器、母線及連接、中壓開關(guān)、配電變壓器、高壓套管、電力電纜、變頻器、整流組件、絕緣子、電力電容器等。這里介紹一些新技術(shù)，不包括具體的設(shè)備選型，僅供設(shè)備訂購(gòu)或管理時(shí)參考。
    3　新技術(shù)的應(yīng)用
    （1）紅外線點(diǎn)溫計(jì)：可手持操作，方便靈活，直觀迅速，幾乎適用于所有電氣設(shè)備的表面測(cè)溫和故障發(fā)熱檢測(cè)。
    （2）紅外線熱像儀：既可以在線檢測(cè)電氣設(shè)備正常的運(yùn)行狀況，也可以在檢修中進(jìn)行熱像分析。它適用于發(fā)電機(jī)、斷路器、高低壓電動(dòng)機(jī)、大型變壓器、中小型變壓器、高壓開關(guān)、隔離閘刀、CT、CVT、PT、避雷器、母線及連接、中壓開關(guān)、配電變壓器、高壓套管、電力電纜、變頻器、整流組件、絕緣子、電力電容器等設(shè)備的檢測(cè)[3]。在停機(jī)檢修中還可以輔助進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子鐵損試驗(yàn)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的拆裝工作等[4]。
    （3）超聲波流量探測(cè)儀：適用于在線測(cè)量發(fā)電機(jī)定子進(jìn)（出）水總管的流量、停機(jī)檢修中發(fā)電機(jī)定子線棒的流量、高壓電動(dòng)機(jī)的冷卻水流量和斷路器附屬系統(tǒng)的冷卻水流量以及大型變壓器循環(huán)油系統(tǒng)的流量等。
    （4）振動(dòng)分析系統(tǒng)：適用于大型發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)檢測(cè)和分析，包括定子繞組端部振型分析、轉(zhuǎn)子軸系振動(dòng)分析、轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)監(jiān)視器。通過觀察軸承振動(dòng)的軌跡、平均值的幅值和性質(zhì)來判斷其振動(dòng)的問題等。
    （5）發(fā)電機(jī)在線綜合分析專家系統(tǒng)：可以綜合發(fā)電機(jī)的各種工況參數(shù)，例如對(duì)溫度、電壓、電流、振動(dòng)、勵(lì)磁、絕緣、壽命等進(jìn)行分析，并對(duì)照專家系統(tǒng)給出結(jié)論和處理意見。
    （6）發(fā)電機(jī)在線檢測(cè)裝置：包括發(fā)電機(jī)工況監(jiān)測(cè)儀、發(fā)電機(jī)槽局部放電監(jiān)測(cè)儀、無線電頻率監(jiān)測(cè)儀、電刷工況監(jiān)測(cè)儀、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路監(jiān)測(cè)儀、氫氣露點(diǎn)監(jiān)測(cè)儀、氫氣漏入水中監(jiān)測(cè)儀、氫氣漏出發(fā)電機(jī)外監(jiān)測(cè)儀等[5]。
    （7）故障錄波器：適用于電氣設(shè)備故障情況下的參數(shù)記錄，也可以用于特定時(shí)段電氣設(shè)備的狀態(tài)分析。
    （8）發(fā)電機(jī)定子繞組在線振動(dòng)分析系統(tǒng)：用于實(shí)時(shí)記錄、分析定子繞組的振動(dòng)情況。該技術(shù)要求在定子繞組端部加裝振動(dòng)傳感器。目前ALSTOM公司已在沙角C發(fā)電廠670MW機(jī)組和大亞灣核電站900MW機(jī)組上安裝使用[6]。
    （9）發(fā)電機(jī)不抽轉(zhuǎn)子故障診斷技術(shù)：其主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)可以沿著發(fā)電機(jī)氣隙爬動(dòng)的機(jī)械裝置（小車），小車上有光學(xué)探頭和振動(dòng)裝置（振動(dòng)頻率為20HZ）。不抽轉(zhuǎn)子就可以對(duì)發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子進(jìn)行故障診斷。還可以進(jìn)行以下幾個(gè)方面的分析：運(yùn)行特性分析（輔助設(shè)備、勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組軸系的軸電壓、軸電流分析，轉(zhuǎn)子繞組絕緣分析）；內(nèi)部檢查（整個(gè)發(fā)電機(jī)本體及輔助設(shè)備的檢查，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣檢查，勵(lì)磁裝置、繼電保護(hù)裝置、同期裝置的檢查）；水冷機(jī)組的流量分析（定子繞組水流量分析，定子冷卻水系統(tǒng)工況鑒定）；定子腔體試驗(yàn)（定子槽鍥狀況測(cè)定，定子鐵芯層間絕緣質(zhì)量試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)軸承絕緣檢查）；繞組絕緣試驗(yàn)（直流泄漏試驗(yàn)，交流耐壓試驗(yàn)，局部放電試驗(yàn)）；保護(hù)、控制和同期試驗(yàn)（發(fā)電機(jī)保護(hù)試驗(yàn)，勵(lì)磁裝置試驗(yàn)，同期裝置試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)輔助裝置、控制設(shè)備檢查）；振動(dòng)分析（發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)缸體、發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)振動(dòng)分析等）。該技術(shù)已在石洞口第二發(fā)電廠使用。
    （10）在線熱態(tài)絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：可以在線測(cè)量發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變壓器的熱態(tài)主絕緣和軸承絕緣狀況等。
    （11）運(yùn)行小時(shí)計(jì)數(shù)器：安裝在開關(guān)上的運(yùn)行小時(shí)計(jì)數(shù)器，它用來顯示轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行小時(shí)數(shù)。根據(jù)運(yùn)行小時(shí)數(shù)來安排開關(guān)、電機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的檢修。
    （12）電能質(zhì)量管理器：它安裝在開關(guān)或設(shè)備附近，可直接在開關(guān)或就地控制盤上顯示設(shè)備的電能質(zhì)量，包括電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、用電量及原始參數(shù)，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作和事故追憶打印輸出。還可利用通訊接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)的傳輸和將參數(shù)進(jìn)入DCS畫面。這一裝置適用于高、中、低壓開關(guān)控制系統(tǒng)。
    （13）新型電機(jī)和節(jié)能電機(jī)：它可使運(yùn)行成本大大降低，設(shè)備可靠性大大提高。例如采用Y2系列等新型電機(jī)，可使設(shè)備效率大大提高；采用高防護(hù)等級(jí)電機(jī)，可提高設(shè)備的適用環(huán)境能力和可靠性；又如在粉塵大的地方，應(yīng)推廣使用封閉式電機(jī)，該電機(jī)風(fēng)路分內(nèi)、外兩個(gè)部分，互相隔絕，通過冷卻器交換熱量。
    （14）紅外線--色譜綜合分析法：利用紅外線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備可能的故障部位，配合色譜分析進(jìn)行定性判斷。它適用于油浸式電力變壓器、高壓油斷路器、CT、CVT、高壓套管、電力電容器的故障檢測(cè)。
    （15）Hydran 201R氣體監(jiān)視器：可以在線檢測(cè)變壓器油中氣體的含量，能及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的早期故障。該技術(shù)是對(duì)離線色譜分析的重要補(bǔ)充。它適用于油浸式電力變壓器的在線檢測(cè)。該監(jiān)視器已在珠海發(fā)電廠和河南新鄉(xiāng)供電局投運(yùn)[8]。
    （16）油樣在線分析儀：適用于油浸式電力變壓器、高壓油斷路器、CT、CVT、高壓套管、電力電容器的故障在線檢測(cè)[9]。
    （17）在線SF6密度測(cè)試儀：適用于SF6斷路器的氣體密度監(jiān)測(cè)。
    （18）在線SF6微水測(cè)試儀：適用于SF6斷路器的氣體中微水含量監(jiān)測(cè)。
    （19）避雷器在線泄漏電流指示儀：適用于避雷器的在線泄漏電流指示和監(jiān)測(cè)。