国内外状态检修现状及其相关技术发展动态

本文主要研究分析了设备检修方式的演变进程、状态检修国内外现状和动态并探讨了状态检修相关技术的发展趋势。

1、设备检修方式

设备检修体制是随着生产力的发展和科学技术的进步而不断演变的。由以蒸汽机为代表的第一次产业革命时的事后检修/故障检修(BM，break Maintenance)发展到十九世纪第二次产业革命的以电力应用为代表的预防性检修(PM。Prevention Maintenance)，预防性检修又经过多年的发展，根据检修的技术条件不同、目标的不同而出现不同的检修方式。主要有以时间为依据，预先设定检修工作内容和周期的定期检修(TBM，Time Based Maintenance)，或称计划检修(SM，Schedule Maintenance);以可靠性为中心的检修(RCM，Reliability CenteredMaintenance)，RCM是一种以用最低的费用来实现机械设备固有可靠性水平为目标的检修方式：到1970年，美国杜邦公司首先倡议状态检修(CBM，ConditionBasedMaintenance)也叫预知性检修(PDM，Predictive Diagnostic Maintenance)。这种检修方式以设备当前的工作状况为依据，通过状态监测手段，诊断设备健康状况，从而确定设备是否需要检修或检修的最佳时机。它是一种先进的检修方式，状态检修的目标是减少停运时间，提高设备可靠性和可用系数，延长设备寿命，降低检修维护费用，改善设备运行性能，提高经济效益。TBM、RCM、CBM之间并没有明显的界限，过去的定期检修中含有一定的状态检修的成分，状态检修又在定期检修的基础上发展而来，并且二者都是以提高可靠性为前提和目标的。只不过是目标的高与低、允许偏差的大与小不同而已。

下图1列出了设备各种检修方式，可见，设备检修体制是随着生产力的发展和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的发展水平和技术管理水平的高低。这几种检修策略，都是在一定背景和技术条件下的产物，在一定的历史时期都发挥了重要的作用，但随着科学技术的突飞猛进，尤其是信息按术更是日新月异，就目前的监凋技术和信息技术而言，实施状态检修是必然的也是可行的。对供水系统来说，要对每个设备实施检修，确保发挥其性能，并且尽量避免或减少由于设各的损坏、停运而引起局部系统或整个系统停运。把供水可靠性指标引入到供水设备检修中，与设备状态监测相结合，充分利用网络化管理和信息集成技术，才能发挥设备整体效率。

图1设备检修管理体制演变

2、国内外状态检修现状

国内状态检修工作从九十年代初在电力系统进行试点，经过十几年的试行，各供电部门结合自己的特点进行了各具特色的探索。

广州供电分公司针对多年设备检修的经验和教训，从上世纪九十年代就开始以检修工作量最大的断路器<当时主要针对少油断路器)为突破日，制定了《高压开关检修周期及开断短路电流统计方法的规定》之后，又制定了《变压器状态大修的规定》、《高压开关性能状态判断及检修规定》。同时，对继电保护也提出了状态校验。

宝鸡供电局用十多年的时间，通过对三百多台高压断路器的近千次状态检修的统计分析，制定了以断路器累计开断电流为依据的“弹性检修法”。

天津津南供电局对输电线路采取了调爬、防污、涂R丁v等多项措施，使停电清扫次数大大减少。

长沙供电局的做法是先选择一个220KV变电站为状态检修试点，取得经验后再推广。

大连供电公司通过对近一百公里的660KV架空输电线路进行连续十年的自然积污试验，统计出瓷瓶外绝缘外附盐密雨季期间降至最低，且接近于零;盐密在年度之间无累计效应。结论是：就线路外绝缘强度而言，调爬与清扫相比，前者具有绝对的重要性。

山东、浙江省电力公司对变压器、断路器都制定了状态检修导则。用来指导基层供电局开展状态检修工作。

在电力设备在线监测装置研制方面，在近几年，我国也取得了很大进步。现在应用比较成熟的有：油色谱在线监测仪、局放红外热成像仪、避雷器在线监测仪等。故障录波器也可视为对电网故障过程的在线监测装置。清华大学自1985年开始研究的电力设备放电在线监测系统，至今已有十多年的历史。随着计算机网络技术、irttemet技术的普及和发展以及电力系统的不断改革，我国的供电设备状态管理和状态检修得到一些发展，相应地出现了一些管理软件和检修系统。清华大学凭借其技术力量的优势和科研成果在国内状态检修方面一直处于研究开发的前沿，其主要成果“水泵/水轮机组运行状态监测与跟踪分析系统”先后在广州抽水蓄能电厂、湖南江垭电厂、李家峡电站、湖南东江电厂推广使用，通过部级鉴定，达国内首创和世界先进水平，被评为省级科技进步二等奖，为状态检修奠定了坚实的技术基础，为机组的运行调试提供了极大的帮助。国电公司热工研究院在状态检修方面研究、开发、应用推广一直很活跃，其研究开发和推广应用的产品有：电力设备红外成像状态检测与故障诊断系统，主要用于高压电气设备运行状态检测与内、外部故障诊断，热力设备运行状态检测与故障诊断;汽轮发电机组振动监测和故障诊断系统，该系统是旋转机械状态监测强有力的工具。另外浙大快威、西安中洲电力设备有限公司、宁波理工监测设备有限公司等都有相关产品。

2001年12月3同，国家电力公司以国电发【2001】745号文向系统有关单位印发了《火力发电厂实施设备状态检修的指导意见》，进一步推动火电厂实施设备状态检修工作的开展。2003年4月9日一11日，中电联供电分会《状态检修指导意见框架》研讨会在陕西宝鸡召开，会议总结了十年来状态检修的理论和实践，研讨了《供电设备状态检修指导意见》，交流了状态检修的做法、取得的成效与经验，在理念创新、技术创新与管理创新等方面所取得的成果，并确定了今后状态检修基本框架。“框架”共分十个部分，从前言、总则、引用标准和依据、管理及制度、设备的数据库、设备状态的综合诊断与评估、检修策略、设备状态检修后的总结与信息管理、状态检修后的评价、附录，全面确定了状态检修的执行标准，为今后深入开展状态检修工作提供了理论依据。

国外的设备状态检修发展较早。开始于1970年，由美国杜邦公司I.D.Ouinn首先倡议。70年代末，美国电力科学研究院(EPRI)就对电力设备的状态检修进行研究和应用，目前己向RCM(reliability centered maintenance)发展。日本是从八十年代开始对电力设备实施以状态分析和在线监测为基础的状态检修。

而欧洲大多数国家也正在进行检修体制的改革，方向也是状态检修。到目前为止，基于计算机网络技术的设备管理、事故分析和预警系统在美、加等国已普遍应用，且已发展了几个版本。如Integrated Maintenance System等。这些软件系统应用Intranet、Internet及GIS(地理信息系统)等最新的计算机技术，将状态管理、事故预警和事故处理进行有机的集成，大大改善了其设备监督管理环境，提高了监督管理水平。以美国电力研究院(EPRI)设计的变电站的一体化系统(见图2—2)为例，它采用低成本传感器和先进的诊断方法来监测变电站设备的健康状况和性能。这些工具设计为独立发挥作用，但若集成化，它们可在改善系统可靠性的同时明降低变电站监测的成本。EPRI一体化系统的方案以实施RCM开始.

RCM是在状态分析的基础上，以设备重要性和性能数据为依据对监测和检修任务优化排序的方法。因此状态检修是实行RcM的前提。

图2EPRI的变电站一体化系统示意图

3、状态检修相关技术发展与应用

与状态检修密切相关、能提高状态检修工作质量的理论与技术主要包括四个方面的内容，即设备寿命管理与预测技术、设备可靠性分析技术、设备状态监测与故障诊断技术和信息管理与决策技术。

3.1设备寿命管理与预测技术

如前所述，状态检修首先在电力系统起步并得到发展，大多数工业化国家的电力基础设施在二十世纪六十与七十年代间得到极大扩充，因此，多数电力主设备的在役时间在25～30年左右，且进入老化阶段的设备所占份额愈来愈大。这种情况迫使各电力公司考虑拓何延长机组寿命井保证效益。状态检修中寿命预测与评估技术的应用，有利于科学合理地安排检修和提高设各的可用率。但电力公司可能获得的效益大部分来自于电厂主设备，田此，各国都把寿命预测和评估研究的重点放在对锅炉、汽机、发电机、变压器及高压开关等重要设备上。在我国供水行业，专业技术人员则把重点放在变压器和高压开关上。

变压器方面：变压器剩余寿命的评估是当今监测与诊断工作的重要内容之一。现有的大多数估计变压器寿命方法，仅筒单考虑负荷、温度、绝缘材料的现状，由于变压器遭受到的短路次数、过电压次数、设计弱点、修理和现场运输等因素都会影响变压器发挥功能的能力，要正确估算变压器的寿命，必须获得有关运行状况和历史信息，需要对变压器的技术情况有更深入的了解。研究及实验表明，变压器很少由于技术性或使用寿命的原因退出运行，而主要受经济寿命的限制。因此，ABB公司和欧洲一些重要电业部门开发了一种变压器排列等级方法，为变压器的寿命评估作了大量工作。

高压开关方面：高压断路器在配电系统中担受着控制和保护的双重任务，由于它关系着系统的安全运行以及检修工作量的大小，其电寿命始终为用户所关心。

目前，国内已经提出根据触头和喷口在开断时的质量损耗及根据具有线性上升弧压降特性的电弧能量计算电寿命的两种方法。但由于开关动作分散性很大。开关开断电流的大小与电磨损量是非线性关系的，因而在寿命累计时需进行加权处理。

3.2设备可靠性技术

可靠性技术是在40年代开始于美国的专业技术，其后苏联提出了可靠性与维修性理论和统计方法。所谓可靠性，一般认为是机械设备和元件等在规定的条件下和预定的时间内，完成规定功能的能力。系统的可靠性数学模型在很多文献中均有介绍，一般把可修系统归为马尔科夫模型和非马尔科夫模型。设备可靠性通常用可靠度函数R(t)来定量描述。定义F(t)为不可靠度函数，它是产品在时间t内发生故障的概率：F(t户，tof(x)dt，可靠度函数R(t)定义为R(t)=1-F(t)=§0f(x)dt，其中f(X)为故障密度函数。

传统的设备可靠性评估基于威布尔得出的浴盆曲线(bath tub curve)法。由于可靠性特征曲线形似浴岔而得名，如图2—3所示。但此法只适用于对有支配性耗损故障的设备进行检修。且精确度不高。为此。华北电力大学将可靠性预测理论和强度与寿命理论结合起来，综合考虑影响锅炉部件故障的各种因素，对预测锅炉部件的可靠性做了有益的尝试。另外。它还运用多元统计方法中因子分析和聚类分析，从反映火电大机组运行可靠性的指标体系出发，对我国火电IOOMW及以上机组的运行可靠性进行了分析，提出了企业综合可靠性水平的评估方法。用它可以简单分析我国不同地区火电大机组运行的可靠性水平。

图3典型“浴盆”曲线图(1早期故障，2偶然故障，3耗损故障)

根据“浴盆蓝线”，新投入的设备由于设计、制造、安装调试及运行人员对新设备的性能还不完全掌握，操作也不够熟练等原因，因此发生事故的概率也比较大：对于已经进入寿命最后期限的设备，由于超负荷运行、材料劣化、绝缘老化、机械振动造成紧固部件的松驰等原因，便进入事故多发期。在这两段寿命期内，应重点投入人力、财力、物力实旖检修。对于已经进入运行稳定的使用寿命期的设备。应重点分析运行过负荷和经受短路电流冲击等重大故障情况。设备的操作次数和设备其它异常运行的有关数据，以及管网事故对设备可能造成的影响。通过全面的系统的科学分析，判断设备哪些部位或部件受到损害，决定是否需要检修、检修时测和检修部位。

3.3设备状态监测与故障诊断技术

设备状态监测是故障在线诊断和离线分析的基础。从国内情况看，汽轮机等大型旋转机械的状态监测技术已经达到相当高的水平，我国科技工作者已开发出了一系列状态监测系统，并成功地应用于生产实践。另外，发电机状态监测的技术手段也已很成熟，只是在实际应用时，如何准确判断电机状态，还需进一步的工作经验积累。从国外来看，美国电力研究院(EPRI)下属的监测诊断中心(M&D)利用40多项先进的测量技术和分析软件，对美国50家最大的电力公司的电厂、电网中80%的设备进行了在线监测和故障分析，了解设备的运行状况和健康水平，并据此制定设备维护和检修计划。加拿大魁北克水电公司也开发了一种在线状态监视系统，使机组维修和专业技术人员不停机就能了解水电机组的状态。

关于开关的状态检修及故障诊断，由于其故障机理较为清楚，故障诊断原理与方法比较成熟，国内已研究出检测装置和检测方法。对于绝缘及电气参数的劣化与开关故障，机械参数与物理参数的诊断都已有较为成熟的理论。从70年代初至今，故障诊断技术的研究已经由单一地偏重故障机理与诊断方法的研究发展到故障诊断专家系统的研制开发。迄今为止，国内外现有的专家系统尚不能对机组振动故障进行自动诊断，还依赖于有经验的专家进行判断，其主要原因是由于这些专家系统所包含的知识还不足以全面反映振动故障的征兆与其原因之间的映射关系。

3.4信息管理与决策技术

近三十年来，管理决策作为一门独立学科，有了很大发展。状态检修作为一种先进的检修体制，是与多方面的管理工作分不开的。图Z-4为状态检修的一个简化决策流程M。世界各国从不同的管理目标出发，形成了不同的管理系统。芬兰的IVO输电服务公司开发的变电站检修管理系统(SOFIA)是一建立在对一座变电站的长期检修计划的基础上，从寿命周期费用(1ife cycle cost)着手，使用设备的劣化模型的数学形式(状态模型)来估计设备将来状态的一种检修管理系统。SOFIA在考虑预算及其设备状态的情况下，通过检修费用的优选。降低总费用。荷兰B.V.KEMA与荷兰Delft技术大学在考虑市场情况及技术条件的前提下，研制了一种包括状态检修在内的多种策略均衡应用的main man检修管理系统，其特点在于引入了诊断专家系统，使可靠性和安全性达到可接受的水平。德国提出将工人或供货商的管理层所有功能融为一体，以减少中间环节的瘦型管理。

此管理方法在德国的Weisweiller电厂检修管理中得到运用，使该厂48%的工作任务流程得到优化，效果明显。

图4状态检修简化决策流程图

设备寿命管理与预测技术、设备可靠性技术、设备状态监测与故障诊断技术、信息管理与决策技术等相关技术的发展和日趋成熟为状态检修的实旖提供了技术支撑，但状态检修的实施不仅仅是技术层面上的问题，更多的是管理上的根本变革。实施状态检修是个系统工程。