真空断路器状态维护技术

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真空断路器状态维护技术
摘 要 本文介绍了状态维修技术的由来、内涵及在线监测技术,阐述了真空断路器的状态维护技术。
关键词 状态维修 在线监测 真空断路器
1 状态维修技术
状态维修技术(ConditionBasedMaintenance)其包涵可靠性为中心的维修技术(RCM)和预测维修技术(PDM)。状态维修技术始于20世纪60年代,在西方发达国家这2项技术最初是应用于航空航天系统,后来移植应用于核电站的维修近年已成功地用于发电厂设备的维修,并正在用于输变电设备的检修。在国外状态维修技术的应用领域在不断延伸,为电力、化工、冶金等连续生产性强、自动化程度高的企业安全、稳定生产提供了有利的保证手段。
我国实行了几十年的定周期维修制,随着新工艺、新技术的不断应用供电技术变得日趋完善与成熟,鉴于传统的定期维修制度及离线试验所暴露出来的问题,即一方面盲目地对多数完好设备定期维修,造成人力物力浪费而且这种过度维修还可能引人新的故障隐患另一方面还存在因一些产品性能缺陷包括绝缘缺陷未能得到及时发现检修而发展成重大故障的可能。供电系统的可靠性在很大程度上取决于电力设施的可靠性。随着电网容量的增大和用户对供电可靠性要求的提
高,维修管理的重要性日益显现出来。维修费用占电力成本的比例也不断提高。如何采取合理的维修策略和正确决定维修计划,以保证在不降低可靠性的前提下节省维修费用,便成为供电部门或负责电气设备维修的公司面临的重要课题。这使得供电企业维修策略由定周期维修方式向状态维修方式发展。通过以在线监测为主与离线试验为辅的监测手段的结合,有利于逐步实现由定期维护到状态维修的转变。提高供电可靠性的途径和措施应主要从加强供电网络改造,提高设备质量,缩短检修时间,改革停电检修制度,逐步推广状态维护。
我国于20世纪80年代引进状态维修技术(因是国外引进航天器的配套技术,仅局限与航天和航空业),进入20世纪90年代伴随着我国核电站投入商业运行,状态维修技术由核电站延伸到常规发电厂,并在电力行业进一步推广应用。我部于1999年在供电系统首先部分应用状态维修技术随着技术的不断推广和监测设备的不断完善每年可减少单回线路停电6个工作日,并有效的保证了供电网络的安全、可靠、经济运行,其取得直接经济效益和间接的社会效益是非常巨大的。
2 预测性维修
以可靠性为中心的维修(RCM)和预测性维修是互相紧密联系而又不同的2个技术领域。以可靠性为中心的维修(Reliability-centeredMaintenance)是在对元件的可能故障对整个系统可靠性影响
评估的基础上决定维修计划的一种维修策略。RCM技术在20世纪60年代末开始发展起来。当时由于宽体客机的投运,系统变得十分复杂,航空系统沿用定时大修的传统方法在经济上变得不可接受。根据元件故障后果的严重程度确定维修计划的RCM收到了良好效果,使航空系统可靠性提高o现在RCM已成为全世界几乎所有航空公司采用的方法。20世纪80年代美国EPRI将RCM引人核电站的维修,后来又应用于火电厂,取得了提高可靠性和降低维修费用的目的。现在正在研究变电站设备的RCM技术。
预测性维修(PredictiveMaintenance)是根据对潜伏故障进行在线或离线测量的结果和其他信息来安排维修的技术。其关键是依靠先进的故障诊断技术对潜伏故障进行分类和严重性分析(CdticalityAnaly-sis),以决定设备(部件)是否需要立即退出运行和应及时采取的措施。
状态维修需要准确、可靠的非破坏性试验及简易或连续的在线监测技术如对绝缘作出修复或更换等决策必须准确可信地预测或估计设备绝缘状况。只有充分了解绝缘在各种应力及实际设备运行环境作用下的老化及击穿机理,即找到能够灵敏地反映绝缘的当前状况及其变化趋势的物理或逻辑参量,才有可能确定所要监测的参数并采取相应的测量方法。其根本目标是获得绝缘系统状态的相关信息,再从这些信息中抽取出一定的标准或判据对系统进行判断,以便对系统采取相应的措施。同时,有研究者认为,了解非破坏性试验结果与残余击穿电压的关系是非常重要的,
并且,应利用相关性曲线将所有的非破坏性测试结果转换成残余击穿电压的形式。虽然通过其他办法,也可能得到一些比较灵敏的、能够在一定程度上反映绝缘状况的检测量但这些参量与绝缘老化之间可能并没有直接的联系且其寻找的过程也带有很大的盲目性。因此了解绝缘的老化机制是找到能够直接反映绝缘老化的检测量的基础。
3 在线监测
3.1 传感器技术
先进的传感器(AdvancedSensor)是实现预测性维修的重要手段,是一个长盛不衰的研究热点o这是因为,故障诊断技术的发展首先决定于能否获取尽可能多的有用信息,这是数据处理和诊断决策的基础。为了提高故障诊断水平研究各种新型传感器便成为电力界的研究热点。原来用于军事的传感技术,也有一部分移植到电力设备的状态监测上来。如用于锅炉管道高温应变测量的光纤传感器是带有内部谐振腔的光导纤维,它可直接贴在被测管道上。用于测量锅炉燃烧室中温度的传感器其测量精度优于使用氧化铝保护的铀电阻1%。
美国电力研究院开发出一种直接测量分析油中气体的金属、绝缘子、半导体传感器它可在线直接测量和分析油中的4种气体并监视其变化趋势,现已用于一些电力部门的变压器口下一步工作是把测量微水分传感器和它集成起来,并配合负荷电流测量,弄清油中气体、水分随负荷的变化关系。
对紫外光下发萤光的一些传感器,可能会用于测量发电厂中的高温和应变。研究人员还在研究利用偏振光遥测电场和磁场的技术,研究用压电材料的薄膜来测量腐蚀和积尘传感器测得数据的无线传输也是需要解决的一个重要问题。
3.2 故障诊断的信息处理技术
对采集到的信号加工处理,要比采集信号本身更为困难,信号加工和处理的目标有三:从现场中大量的背景干扰信号提取有用的信号根据测得的信号进行故障分类判断故障的严重程度,以便决定设备是否需要退出运行。
为抑制现场测量中不可避免的干扰,除了应用硬件滤波器和数字滤波技术以外近年的研究发现小波变换技术可有效地滤除稳态信号(如现场测试中经常遇到的载波信号干扰和噪杂声干扰),可以把有用信号从比信号强几个数量级的干扰中提取出来。
故障信号的分类则是更为困难的研究课题。过去用频谱来区分故障类型的方法有很大的局限性。因为许多不同类型的故障信号频谱往往有一部分甚至大部分是重叠的,在频域内很难加以区分。研究故障的指纹特征以及提取和识别指纹特征的方法便成为故障诊断研究的一个重要的分支。在研究的故障分类方法有:神经网络、专家系统、小波分析、分形维分析等。