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状态检修试验规程在电力行业中的应用

jiang_0514  发表于 2009/8/26 16:16:08      1214 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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状态检修试验规程在电力行业中的应用
作者:山西电力科学研究院高电压研究所 王琪  来源:输配电产品应用变压器及仪器仪表卷 总第80期
  1状态检修工作开展的必要性
  
  对比发达国家的检修模式,美国是以可靠性为中心来选择维修方式、制定检修计划的维修方法;德国正在推行状态检修,发展监控诊断技术;日本在大力发展状态检修的同时,注重加强对设备可靠性的研究;俄罗斯以计划检修为主,主要检修方式为检查后修理、定期检修;而中国还处于事后维修、预防性计划检修为主的方式。
  
  在传统检修模式中,存在一些缺陷较多的设备由于频繁的临时性检修导致检修计划经常被打乱;有些设备受到检修计划的制约造成维修不足;对状态较好的设备进行不必要的维修造成维修过剩;盲目维修往往造成不该修的修了,该修的没修或没修好等问题。
  
  状态检修模式可以提高设备安全性,通过对设备实施综合评估,可以尽早识别存在的故障和缺陷;提高设备利用率,减少检修和非计划停电次数;减小维修时间和维护费用,降低维修所需人力和物力,达到降本增效的目的;以及提高设备寿命。
  
  据统计,国内200MW机组非计划停运与降出力责任原因中,电厂设计原因占3%,设备制造原因占30%,基本安装原因占3%,运行维护原因占7%,检修原因占41%,为最主要原因,剩余16%为其他原因。
  
  美国对400MW及以上开展状态检修电厂利润的主要组成部分进行了统计,30%是直接由检修节约,45%是提高了工作效率,15%是提高了运行能力,10%是提高了设备寿命。
  2状态检修试验规程的目的和意义
  
  传统的DL/T596试验规程试验周期短、项目多,停电试验时间长,导致电网可靠性降低、设备可用率低和陪试率过高,不仅增加了设备停电时间和维护成本,还常会产生一些负面的影响;随着输变电设备迅速增长,在相当多的地区,由于试验工作量大、重点不突出,带有很强的盲目性和随意性,致使试验项目的执行效果难以得到保证;一些新型设备在电网中开始使用、一些新的试验项目和方法得到推广应用,这些内容在DL/T596中尚未得到反映。
  
  《输变电设备状态检修试验规程》作为开展状态检修工作的重要技术标准,在保证设备安全的基础上,也为该模式下的技术监督工作提供明确的技术依据。
  
  3新规程概况
  
  传统试验规程的目标是预防性试验,内容只包括试验;状态检修试验规程的目标是状态检修,内容除试验外还包括巡检、检查和功能确认。传统试验规程的试验数据分析是与注意值比较;状态检修试验规程包含注意值、警示值、纵横比分析和显著性差异分析。传统试验规程对试验项目未分类;状态检修试验规程将试验项目分为例行和诊断两大类,例行包含较少的项目,适用于所有设备,诊断包含较多的项目,适用于需要的设备。传统试验规程收集的设备状态信息只有实验数据;状态检修试验规程收集的设备状态信息包含巡检信息、实验数据(细分为带电/在线监测数据)、家族缺陷、运行经历(不良工况)。传统试验规程是定期试验;状态检修试验包含基准周期试验、抽样控制的轮试试验和根据设备状态调整基准周期进行的实际周期试验。
  
  状态检修试验规程对传统试验规程进行了以下方面改进:
  
  ⑴传统试验规程中的变压器绕组绝缘电阻注意值标准与实践经验矛盾;状态检修试验规程按实践经验进行了更正(≥10000MΩ)。
  
  ⑵变压器空载电流在传统试验规程中没有明确的分析标准;状态检修试验规程参考了国外标准(10%)。
  
  ⑶变压器短路阻抗在传统试验规程中没有明确的分析标准;状态检修试验规程参考了国外标准(±3%)。
  
  ⑷传统试验规程中没有考虑变压器绕组电阻原始差异的影响,分析方法灵敏性低;状态检修试验规程修订了分析方法,考虑了原始差异的影响。
  
  ⑸变压器铁心绝缘在传统试验规程中没有明确的分析标准;状态检修试验规程参考了国外标准(≥100MΩ)。
  
  ⑹传统试验规程中的电流互感器/高压套管介质损耗因数注意值标准没考虑有机缠绕绝缘,注意值偏高;状态检修试验规程增加了有机缠绕绝缘,调整了注意值。
  
  ⑺传统试验规程中的金属氧化物避雷器U1mA下漏电流注意值标准未考虑电阻片直径影响,可能导致误判;状态检修试验规程修订了注意值标准(≤30%或≤50μA)。
  
  ⑻传统试验规程中的接地网接地阻抗注意值标准不符合工程实际;状态检修试验规程修订了注意值标准(1.3分散性)。
  
  ⑼传统试验规程中的盘形瓷绝缘子零值检测判断标准存在不足;状态检修试验规程修订了注意值标准(加屏蔽测量小于500MΩ)。
  
  ⑽传统试验规程中的复合绝缘子评估没有考虑性能的分散性;状态检修试验规程修订了评估标准。
  状态检修试验规程比传统试验规程新增的设备有:
  
  ⑴SF6绝缘变压器
  
  ⑵SF6绝缘电磁式电压互感器和电流互感器;
  
  ⑶聚四氟乙烯缠绕绝缘套管和电流互感器;
  
  ⑷串联补偿装置;
  
  ⑸线路避雷器。
  
  状态检修试验规程比传统试验规程新增的项目有:

  
  ⑴红外热像检测(所有设备);
  
  ⑵变压器绕组频响分析;
  
  ⑶变压器直流偏磁测量;
  
  ⑷变压器套管不断引线试验技术;
  
  ⑸变压器绝缘油颗粒数检测;
  
  ⑹断路器、隔离开关、分接开关等有机械操作设备的例行检查;
  
  ⑺橡塑电缆主绝缘交流耐压试验;
  
  ⑻橡塑电缆介质损耗因数测量;
  
  ⑼现场污秽度评估;
  
  ⑽复合绝缘子和室温硫化硅橡胶涂层的状态评估;
  
  ⑾瓷质支柱绝缘子超声探伤。
  
  4新规程的编制思路和要点
  
  状态检修试验规程的设备状态决定停电试验周期、项目;停电检修试验周期必须是双向调整的;巡检、试验、检修等共同决定设备状态;考虑共性缺陷的警示作用;适度精简定期试验项目;对一些重要试验项目分析标准进行了改进;增加新的诊断性试验项目;构建新的试验数据评价体系;强调可操作性。
  5新概念解析
  
  5.1试验分类:例行试验、诊断性试验
  
  例行试验是为获取设备状态量,评估设备状态、及时发现常见的缺陷和事故隐患,定期进行的各种带电检测和停电试验。它应当便于现场实施且兼顾传统和经验。DL/T596相比,大部分设备试验项目有所精简,周期有所延长且可调整。
  
  诊断性试验是在例行试验异常、或者受家族缺陷警示、或者经历了较严重不良工况后,才需要进行的项目。规程对所有诊断性项目均给出了适用条件。需要指出的是,诊断性试验按需所取,不是一次诊断性试验需要进行所有列出的诊断性试验项目。
  
  5.2初值:代表设备“原始”状态的试验值
  
  初值是比较的基础,包含出厂试验值、交接试验值或首次预试值和大修后首次试验值;“原始”状态即选择正确的初值,包含受安装环境影响的交接或首次预试值,如套管电容量、接地阻抗等;不受安装环境影响的出厂试验值,如变压器绕组电阻等;受大修影响的大修后首次试验值,如变压器更换绕组等。以最能代表设备实际状况的值为初值。
  
  5.3注意值/警示值:缺陷的明确性
  
  注意值即可能存在或可能发展为缺陷,受环境、试验条件等影响大,试验数据分布范围大,仅凭试验值的大小无法确定设备的状态,对分析设备状态有参考价值,如绝缘电阻受温度影响。
  
  警示值即设备已存在缺陷并有可能发展为故障,有警示值的状态量通常稳定、不受或受环境的影响很小,正常设备不应超过警示值,超过警示值就不能保证设备安全运行,如油耐压。
  
  5.4家族缺陷:设计、材质、工艺性缺陷
  
  经确认由设计、材质、工艺共性因素导致的设备缺陷称为家族缺陷。运行经验表明,常有一批设备,在一个较短的时期内,出现或容易出现某种共性的问题。如果设计存在缺陷,这些厂生产的设备,都属于有家族缺陷的设备。
  
  在评估设备状态中的应用需要诊断其他家族设备是否存在,需要检修以消除事故缺陷隐患。新设备、涉及主体或关键部件的,危险性很高。
  
  家族的概念不限于“同厂同批次”,同厂同批次肯定是家族缺陷;非同一制造厂的设备也有可能存在家族性缺陷。
  
  甚至非同类设备都有可能存在家族性缺陷,例如:油浸纸绝缘套管和电流互感器,如果共同使用的绝缘纸或油存在缺陷,尽管它们不属于同一类设备,但都属于有家族缺陷的设备。
  
  是否有工艺缺陷,应当排除人为因素的影响,即设备工艺缺陷的产生应主要关注在设备的制造全过程中。
  
  重大设备有一台存在问题也可认定为有家族缺陷,如500kV等级的变压器
  
  5.5不良工况:可能影响设备状态的运行经历
  
  不良工况是设备最重要的状态信息之一。不良工况虽然时间很短,但可能对设备状态产生不良影响、甚至造成严重损害。设备经受了这些不良工况之后,应该给予额外的状态评估,如考虑进行诊断试验或缩短停电试验周期等。
  
  不良工况对于变压器类设备指侵入波、过负荷(过热)、过励磁、近区短路等;对于开关类设备指频繁操作/长时间不操作、开断短路电流等;对于支柱瓷绝缘指频繁操作、地震等。
  
  不良工况可能会对设备造成损害。
  
  5.6基准周期:适用于大部分设备状态的周期
  
  规程中的基准周期适用于大部分设备,但不考虑极端设备。为了方便管理,基准周期做了归一化处理,允许电力企业根据自身设备状态进行调整。
  
  如设备状态比较整齐,一类设备一个基准周期原则,可以对不同厂家、不同工龄设备制定不同的基准周期。基准周期的调整必须建立在基础评价之上,需要报批。
  
  5.7论试:试验与抽样控制
  
  所谓轮试,就是将周期在2年或2年以上的同类设备,每年试验其中的一部分,一个周期内轮流试验一次的一种试验策略。它基于抽样控制理论,优点是每年试验一部分,能起到抽样检验的重要作用,这样,一旦当年轮试的部分出现异常,其余等待轮试的部分应尽快安排试验。实际上,这是家族缺陷警示作用的一种应用。轮式作为一种试验安排策略,是推荐性的,轮试也不应被机械地理解为一定是每年试验“1/N”,是否采用轮式或在轮式中如何安排每年要试的设备,应本着有利于停电安排和方便试验的原则,灵活确定。
  6新分析方法介绍
  
  6.1纵横比分析法
  
  需要的条件是:A、B、C一组设备,有包括当前试验值在内至少两次试验值,分别记为a1、b1、c1(上次试验值)和a2、b2、c2(本次试验值)。欲分析A相设备的当前试验值是否正常,可计算如下F值。如果超过30%,可判定异常。
  
  两次的介质损耗因数分别为a1=0.0029,b1=0.0021,c1=0.0032,a2=0.0049,b2=0.0034,c2=0.0029;A相的试验值从0.0029增加到了0.0049,增量为0.002,计算可得F为47%>30%,判定为有明显变化,A相当前试验值应当引起“注意”。
  
  该方法还有待进一步检验,仅供参考。
  
  6.2显著性差异分析法
  
  在实践中存在这样的情况,个别设备的状态量明显不同于其它设备,此时如何做出判断呢?根据数理统计理论,同一批设备,由于设计、工艺和材质都相同,各台设备的同一状态量应该视为源自同一母体的不同样本,如果被分析设备的状态量值与其它设备存在显著性差异,必然存在原因,且很可能是早期缺陷的信号。如果忽视这一点,则有可能在运行中发展为事故。显著性差异法比纵横比分析法更科学,但也是辅助分析手段,有待积累大量实践经验去验证。为了保证显著性差异分析的可信度,应具备两个条件:
  
  ⑴6台以上设备(含被分析设备),属于同型同批次,或设计、工艺和材质都相同,且以往试验时数据差异不大;
  
  ⑵试验条件相同,如同一次试验。
  
  分析方法如下:设n(n≥5)台家族设备(不含被诊断设备),某个状态量X的当前试验值的平均值为,样本标准离差为S;被诊断设备的当前试验值为x,则有显著性差异的条件为:
  

  
  举例,有两组电流互感器,属于同一批次设备,介质损耗因数试验结果如下:A1=0.0029,B1=0.0021,C1=0.0032;A2=0.0049,B2=0.0034,C2=0.0029。欲确定A2的值是否应引起注意,提取除A2数据之外的其它5台设备的数据进行统计,得到结果如下:介质损耗因数的平均值()=0.0029,样本差为S=0.000443,介质损耗因数劣化表现为状态量值增加,系数取值n=5,k=2.57。由于A2的值(0.0049)≥0.0040,由此可推定A2值偏大,如果能排除试验中存在错误,应引起注意。
  
  7设备状态信息及评估
  
  7.1巡检及带电检测信息

  
  巡检与带电检测内容包含外观完整性、高压电气连接;监测/检测设备状态或仪表数据;变压器绝缘油试验及溶解气体分析;红外热像、测温或电晕放电紫外测试;SF6气体密度、湿度、成分分析。
  
  评估包含可控、可预见的异常的性质,以及警示、注意的异常的程度。
  
  7.2变压器不良工况
  
  出口、近区短路造成的绕组变形,应进行频响测量、短路阻抗测量;过负荷(过热)造成的绝缘老化,应进行绝缘油糠醛含量测量;过励磁造成的异常振动导致机械性缺陷,应进行噪声、振动测量、空载损耗测试;侵入波造成的局部绝缘击穿、内部发生放电,应进行油中气体成分分析、局放试验。
  
  7.3开关设备不良工况
  
  开断短路电流对电寿命的不良影响,应进行主回路电阻、红外热像检查、检修;频繁操作对机械寿命的不良影响,应进行例行检查和测试;长时间未操作造成的机械卡涩,应进行保养性操作、时间特性测量;地震、多次操作累积效应造成的瓷件损伤,应进行瓷绝缘子超声探伤。
  
  7.4状态良好的认定
  
  巡检中未见可能危及设备安全运行的任何异常;带电检测显示设备状态良好;上次例行试验与前几次的相比无明显差异;没有任何可能危及设备安全运行的家族缺陷;上次例行试验以来,没有经历严重的不良工况;评价在80分以上的设备可作为参考。
  
  7.5状态不确定的认定
  
  巡检发现异常,此异常可能是重大质量隐患所致;带电检测显示设备状态不良;以往的例行试验有朝着注意值或警示值方向发展的明显趋势,或者接近注意值、警示值;存在重大家族缺陷;经受了较为严重不良工况,不进行试验无法确定其是否对设备状态有实质性损害;评价在30分以下的设备可作为参考。
  8试验周期及项目调整策略
  
  8.1周期的理解
  
  试验周期由时间段变为时间点;“必要时”的去除是试验周期的一次突破和统一;开展状态检修并不意味着取消周期,定期的试验、维护仍然存在,周期仍然是必须的,设备状态信息来源于定期的试验数据,部分部件寿命前维护的需要,定期保养的需要(如润滑、清洁、消除卡涩);周期不一定是时间的概念,可能是电气寿命、机械寿命。
  
  8.2巡检及带电检测周期的调整策略
  
  不建议延长巡检周期;日最高气温35℃以上或大负荷期间(红外),新投运或对核心部件或主体进行解体性检修后重新投运的设备,应适当缩短巡检周期;大风、降雨(雪、冰雹)、沙尘暴之后,有感地震之后(电气连接、瓷件),应增加一次巡检。
  
  8.3停电试验基准周期的调整
  
  建议制定适合自己设备特点的基准周期;有评估依据,应在1~1.5倍规程基准周期之间;运行记录良好,以往预试重大缺陷检出率很低,可延长;运行记录稍差,以往预试有一定重大缺陷,可缩短;如设备状态整齐,可按电压等级分大类,如220kV油浸式变压器;必要时可进一步按照制造商、工龄等划分子类,如工龄10年以上的220kV油浸式变压器;符合“状态良好设备”条件的,可延长1年;属于“状态不确定设备”的,需提前进行试验,新投设备且存在重大家族缺陷设备(评价低于60%),尽快进行试验,经历严重不良工况,尽快进行试验,巡检或带电检测异常,劣化趋势严重,尽快进行试验,试验数据显示设备状态不良(评价低于30%),提前进行试验。
  
  8.4停电试验项目的调整
  
  一般设备,只进行例行试验项目;经历了重大不良运行工况,状态可能受到影响的设备,巡检、例行试验异常,无法确定异常的性质和程度的设备,有重大家族缺陷的设备,具有机械磨损/电气灼损的设备,长时间运行之后,需进行诊断性试验项目。
  
  8.5停电试验计划的制定
  
  平时做好预案,制定停电试验计划应考虑:年度内需要进行例行性试验的设备;巡检、带电检测、在线监测等发现异常的设备;有家族缺陷的设备;经历了不良工况的设备;恶劣天气下放电强烈的设备。
  
  正常试验计划的安排:大部分设备,按基准周期,安排轮试;增加少部分虽然未到期,但状态不好需要提前试验的设备;暂时不能或不宜退出,且符合延迟进行停电试验条件的设备。
  
  9执行新规程的基本要求
  
  9.1对设备状态进行初始评价

  
  宏观方面,针对批量设备。如运行可靠性有明显差异,应分类;原停电试验周期,重大缺陷检出率;确定基准周期,如有分类,按类确定。
  
  微观方面,针对一台设备。近三次试验数据是否呈现明显劣化趋势;近一年内是否经历了严重不良工况;是否存在严重家族缺陷。
  
  9.2试验方法和试验仪器设备都符合新规程要求
  
  试验方法严格遵照国家或行业有关标准、导则;巡检和例行试验所需的仪器设备齐全;自备常用诊断性试验用仪器;仪器设备功能和精、准确度等级符合新规程要求;所有仪器设备都应按规定等级和周期校验。
  
  9.3设备状态信息资料符合基本要求
  
  至少近三次停电试验数据(新设备为全部试验的数据);至少近一年带电检测数据;近一年内不良工况记录;至少近五年内缺陷记录;关键部件的检修或技改记录。
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