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摘 要 本文介紹了狀態(tài)維修技術的由來、內涵及在線監(jiān)測技術,闡述了真空斷路器的狀態(tài)維護技術。
1 狀態(tài)維修技術
狀態(tài)維修技術(ConditionbasedMaintenance)其包涵可靠性為中心的維修技術(RCM)和預測維修技術(PDM)。狀態(tài)維修技術始于20世紀60年代,在西方發(fā)達國家這2項技術最初是應用于航空航天系統(tǒng),后來移植應用于核電站的維修近年已成功地用于發(fā)電廠設備的維修,并正在用于輸變電設備的檢修。在國外狀態(tài)維修技術的應用領域在不斷延伸,為電力、化工、冶金等連續(xù)生產(chǎn)性強、自動化程度高的企業(yè)安全、穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有利的保證手段。
我國實行了幾十年的定周期維修制,隨著新工藝、新技術的不斷應用供電技術變得日趨完善與成熟,鑒于傳統(tǒng)的定期維修制度及離線試驗所暴露出來的問題,即一方面盲目地對多數(shù)完好設備定期維修,造成人力物力浪費而且這種過度維修還可能引人新的故障隱患;另一方面還存在因一些產(chǎn)品性能缺陷包括絕緣缺陷未能得到及時發(fā)現(xiàn)檢修而發(fā)展成重大故障的可能。供電系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于電力設施的可靠性。隨著電網(wǎng)容量的增大和用戶對供電可靠性要求的提
高,維修管理的重要性日益顯現(xiàn)出來。維修費用占電力成本的比例也不斷提高。如何采取合理的維修策略和正確決定維修計劃,以保證在不降低可靠性的前提下節(jié)省維修費用,便成為供電部門或負責電氣設備維修的公司面臨的重要課題。這使得供電企業(yè)維修策略由定周期維修方式向狀態(tài)維修方式發(fā)展。通過以在線監(jiān)測為主與離線試驗為輔的監(jiān)測手段的結合,有利于逐步實現(xiàn)由定期維護到狀態(tài)維修的轉變。提高供電可靠性的途徑和措施應主要從加強供電網(wǎng)絡改造,提高設備質量,縮短檢修時間,改革停電檢修制度,逐步推廣"狀態(tài)維護"。
我國于20世紀80年代引進狀態(tài)維修技術(因是國外引進航天器的配套技術,僅局限與航天和航空業(yè)),進入20世紀90年代伴隨著我國核電站投入商業(yè)運行,狀態(tài)維修技術由核電站延伸到常規(guī)發(fā)電廠,并在電力行業(yè)進一步推廣應用。我部于1999年在供電系統(tǒng)首先部分應用狀態(tài)維修技術隨著技術的不斷推廣和監(jiān)測設備的不斷完善每年可減少單回線路停電6個工作日,并有效的保證了供電網(wǎng)絡的安全、可靠、經(jīng)濟運行,其取得直接經(jīng)濟效益和間接的社會效益是非常巨大的。
2 預測性維修
以可靠性為中心的維修(RCM)和預測性維修是互相緊密聯(lián)系而又不同的2個技術領域。以可靠性為中心的維修(Reliability-centeredMaintenance)是在對元件的可能故障對整個系統(tǒng)可靠性影響
評估的基礎上決定維修計劃的一種維修策略。RCM技術在20世紀60年代末開始發(fā)展起來。當時由于寬體客機的投運,系統(tǒng)變得十分復雜,航空系統(tǒng)沿用定時大修的傳統(tǒng)方法在經(jīng)濟上變得不可接受。根據(jù)元件故障后果的嚴重程度確定維修計劃的RCM收到了良好效果,使航空系統(tǒng)可靠性提高o現(xiàn)在RCM已成為全世界幾乎所有航空公司采用的方法。20世紀80年代美國EPRI將RCM引人核電站的維修,后來又應用于火電廠,取得了提高可靠性和降低維修費用的目的?，F(xiàn)在正在研究變電站設備的RCM技術。
預測性維修(PredictiveMaintenance)是根據(jù)對潛伏故障進行在線或離線測量的結果和其他信息來安排維修的技術。其關鍵是依靠先進的故障診斷技術對潛伏故障進行分類和嚴重性分析(CdticalityAnaly-sis),以決定設備(部件)是否需要立即退出運行和應及時采取的措施。
狀態(tài)維修需要準確、可靠的非破壞性試驗及簡易或連續(xù)的在線監(jiān)測技術如對絕緣作出修復或更換等決策必須準確可信地預測或估計設備絕緣狀況。只有充分了解絕緣在各種應力及實際設備運行環(huán)境作用下的老化及擊穿機理,即找到能夠靈敏地反映絕緣的當前狀況及其變化趨勢的物理或邏輯參量,才有可能確定所要監(jiān)測的參數(shù)并采取相應的測量方法。其根本目標是獲得絕緣系統(tǒng)狀態(tài)的相關信息,再從這些信息中抽取出一定的標準或判據(jù)對系統(tǒng)進行判斷,以便對系統(tǒng)采取相應的措施。同時,有研究者認為,了解非破壞性試驗結果與殘余擊穿電壓的關系是非常重要的,
并且,應利用相關性曲線將所有的非破壞性測試結果轉換成殘余擊穿電壓的形式。雖然通過其他辦法,也可能得到一些比較靈敏的、能夠在一定程度上反映絕緣狀況的檢測量但這些參量與絕緣老化之間可能并沒有直接的聯(lián)系且其尋找的過程也帶有很大的盲目性。因此了解絕緣的老化機制是找到能夠直接反映絕緣老化的檢測量的基礎。
3 在線監(jiān)測
3.1 傳感器技術
先進的傳感器(AdvancedSensor)是實現(xiàn)預測性維修的重要手段,是一個長盛不衰的研究熱點o這是因為,故障診斷技術的發(fā)展首先決定于能否獲取盡可能多的有用信息,這是數(shù)據(jù)處理和診斷決策的基礎。為了提高故障診斷水平研究各種新型傳感器便成為電力界的研究熱點。原來用于軍事的傳感技術,也有一部分移植到電力設備的狀態(tài)監(jiān)測上來。如用于鍋爐管道高溫應變測量的光纖傳感器是帶有內部諧振腔的光導纖維,它可直接貼在被測管道上。用于測量鍋爐燃燒室中溫度的傳感器其測量精度優(yōu)于使用氧化鋁保護的鈾電阻1%。
美國電力研究院開發(fā)出一種直接測量分析油中氣體的金屬、絕緣子、半導體傳感器它可在線直接測量和分析油中的4種氣體并監(jiān)視其變化趨勢,現(xiàn)已用于一些電力部門的變壓器口下一步工作是把測量微水分傳感器和它集成起來,并配合負荷電流測量,弄清油中氣體、水分隨負荷的變化關系。
對紫外光下發(fā)螢光的一些傳感器,可能會用于測量發(fā)電廠中的高溫和應變。研究人員還在研究利用偏振光遙測電場和磁場的技術,研究用壓電材料的薄膜來測量腐蝕和積塵傳感器測得數(shù)據(jù)的無線傳輸也是需要解決的一個重要問題。
3.2 故障診斷的信息處理技術
對采集到的信號加工處理,要比采集信號本身更為困難,信號加工和處理的目標有三:從現(xiàn)場中大量的背景干擾信號提取有用的信號;根據(jù)測得的信號進行故障分類;判斷故障的嚴重程度,以便決定設備是否需要退出運行。
為抑制現(xiàn)場測量中不可避免的干擾,除了應用硬件濾波器和數(shù)字濾波技術以外近年的研究發(fā)現(xiàn)小波變換技術可有效地濾除穩(wěn)態(tài)信號(如現(xiàn)場測試中經(jīng)常遇到的載波信號干擾和噪雜聲干擾),可以把有用信號從比信號強幾個數(shù)量級的干擾中提取出來。
故障信號的分類則是更為困難的研究課題。過去用頻譜來區(qū)分故障類型的方法有很大的局限性。因為許多不同類型的故障信號頻譜往往有一部分甚至大部分是重疊的,在頻域內很難加以區(qū)分。研究故障的"指紋特征"以及提取和識別指紋特征的方法便成為故障診斷研究的一個重要的分支。在研究的故障分類方法有:神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)、小波分析、分形維分析等。
3.3 在線監(jiān)測現(xiàn)狀
在線監(jiān)測,由于是在運行電壓下連續(xù)進行的,能夠比停電測試更有效和及時地發(fā)現(xiàn)設備早期缺陷。在線監(jiān)測首先需要解決的問題是:
究竟要對哪些量進行監(jiān)測?不同的設備,不同的絕緣系統(tǒng),能靈敏地反映設備絕緣狀態(tài)的檢測量顯然不同。目前廣泛采用油中溶解氣體分析(DGA)判斷和識別油浸電力變壓器故障o傳統(tǒng)的DGA程序比較繁瑣。目前連續(xù)跟蹤變壓器油中氣體并進行相應診斷的設備正在逐步試用,利用聚合物薄膜實現(xiàn)將特征氣體H2、COSH452H252H4、C2比從油中分離并采用新型催化媒氣體傳感器檢測氣體含量,能判斷是否存在異常及故障類型。一般認為,對油-紙絕緣變壓器,紙的聚合度可說明固體絕緣的老化程度,油中糠醒的濃度又可以反映紙絕緣的聚合度,而其變化率則可反映紙的老化速率。一種便攜式光電設備檢測變壓器油中的糠醒濃度的靈敏度達到10-7,克服了現(xiàn)場取紙樣困難且損傷絕緣的缺點。對于固體絕緣特別是有機聚合物絕緣,監(jiān)測其中電樹校的產(chǎn)生和發(fā)展具有現(xiàn)實意義。
超聲探測作為一種無損檢測技術也已用于聚合物試品的老化探測,且被認為是絕緣老化檢測的最經(jīng)濟實用的非破壞性測試手段之一。目前,多采用脈沖-回聲技術,以A掃描模式(將入射波與反射波同時顯示在示波器屏幕上)探測絕緣缺陷,能檢出諸如絕緣介質中的空腔、裂紋、分層及電、水樹校、介質中包含的異物、介質不均勻及局部機械應力集中等。該技術還可用于多層結構的實際絕緣系統(tǒng)。
電氣設備局部放電是有機絕緣逐漸老化并最終擊穿的主要原因,設備的局放情況能夠反映設備的絕緣狀況。目前已經(jīng)出現(xiàn)了以計算機為數(shù)據(jù)存儲、處理中心的局放自動測量系統(tǒng),各種設備的在線監(jiān)測裝置也相繼出現(xiàn)并投入現(xiàn)場應用,主要電容型設備均可實現(xiàn)在線檢
測,對局部放電機理的研究也有了很大的提高并正在作進一步的探索。但是目前精確定位局部放電源及確定放電對絕緣危害程度還有很大難度,需要進行大量研究。
4 真空斷路器的狀態(tài)維護技術
4. 調試、交接試驗
實踐證明,只有嚴格把好設備的調試及交接試驗關,及時發(fā)現(xiàn)并處理設備存在的先天缺陷,才能保證設備以良好的狀況投入運行,減輕運行中的壓力,降低設備運行中的故障和事故率。做好真空開關調試及交接試驗工作,及時發(fā)現(xiàn)真空開關本體漏氣及附屬絕緣件擊穿機構(含連桿、分合閘緩沖器等)異常,機械特性(彈跳、速度、同期等)不合格等情況,作出整改處理后才投入運行,對確保運行的安全相當重要。
4.2 運行中的檢查、維護、預試
4.2.1 定期檢測
真空開關本體常見的缺陷主要有:真空泡慢性漏氣、本體絕緣件絕緣擊穿等。在目前仍未有完善的在線監(jiān)測手段的情況下,定期檢查絕緣,試耐壓是檢驗上述缺陷的主要手段。真空開關出現(xiàn)問題的時間主要集中在投產(chǎn)6個月到2年這段時間,這時真空開關的運行狀態(tài)較不穩(wěn)定,需加強運行檢測。在新投運真空斷路器增加了投運后3個月五個月年、1年各進行一次預防性試驗的內容,然后再按正常的預試周期進行預試,從而達到在真空開關不穩(wěn)定期間內加強對其運行檢測的目的。實踐證明效果很好。
尚要說明的是開關本體絕緣子,特別是拉桿絕緣子是非"全工況"產(chǎn)品,運行中常因爬距不足和裂痕等原因造成電擊穿或閃絡放電。更要注意那些為滿足爬距而采用內外兩層結構的拉桿絕緣子,其內外兩層之間的有機填充物在內部有氣泡或受潮時亦會產(chǎn)生沿面閃絡和電擊穿。
4.2.2 加強運行巡視
在操作中注意觀察有無異?，F(xiàn)象,如在分閘操作中,開關斷開后,檢查電纜頭的帶電顯示裝置有無顯示帶電;拉開母線側刀閘時,觀察刀口有無火花和真空泡有無閃光(玻璃泡)。
4.3 真空開關的狀態(tài)檢修
定期測量斷路器的超行程;真空斷路器的超行程與少油斷路器的超行程的概念有所不同,少油斷路器的超行程為動觸頭插入靜觸頭的深度,而真空斷路器的超行程為分合閘絕緣拉桿一端觸頭彈簧被壓縮的距離,這個距離要保持在要求的范圍內,觸頭間就有足夠的壓力,就可以保證觸頭接觸良好。真空斷路器的超行程一般為4mm(+05、-1;不同型號的斷路器有差異),觸頭允許磨損厚度一般為2-3mm。真空斷路器在分合負載電流或故障電流過程中,觸頭不斷磨損,從而超行程不斷減少因此必須定期對斷路器的超行程進行測量,對不符合要求的要及時調整,以保證觸頭間有足夠第二壓力以保證其接觸良好。一般真空斷路器每開斷2000次或開斷短路電流兩次及新投入運行3個月,應進行一次超行程測量。
4.3.1 機構的檢修
一般來說,真空開關的檢修主要針對機構檢修,開關的本體不能檢修。對機構的檢修嚴格執(zhí)行有關檢修規(guī)程、規(guī)定和檢修工藝導則,保證檢修質量。
(1)新投運1年后,利用停電機會,應進行一次分合閘時間、速度、同期、彈跳、行程、超程、動作電壓及機械連動部分的測試和維護工作在維護中注意對開關分合閘緩沖器的動作性能進行檢查。
(2)運行中的機構利用停電機會每年進行一次維護工作。
(3)運行中的機構每4年進行一次大修,不能以臨修代替大修。
3.3.2 開關本體
通過測量試驗和統(tǒng)計對真空泡的運行狀態(tài)作出綜合的判斷,定期檢測滅弧室的真空度。真空斷路器滅弧室的真空度直接影響到斷路器的開斷能力。一般滅弧室真空度應每開斷2000次或每年進行一次檢測。檢測方法為在真空斷路器動靜觸頭在正常開距下(13mm),兩觸頭間以不大于12kV/s的速率升加工頻電壓至42kV,穩(wěn)定一分鐘后應無異?，F(xiàn)象。滅弧室更換條件。對使用壽命己到或有異常現(xiàn)象的滅弧室必須更換,其更換的條件一般為。
(1)真空斷路器的觸頭磨損已達到或超出規(guī)定值(2)滅弧室真空度已達不到標準的要求值
(3)其機械操作壽命已達到規(guī)定值,真空斷路器滅弧室的更換,應嚴格執(zhí)行制造廠的具體技術標準和相關的技術要求。
4.3.3 測量試驗
對真空泡進行分合閘耐壓試驗以發(fā)現(xiàn)漏氣;測量真空泡合閘接觸
電阻,結合行程、超程等參數(shù)判斷觸頭的損壞情況。
4.3.4 極限開斷電流值統(tǒng)計
真空開關在達到極限開斷電流值時,應更換真空泡。極限開斷電流值IΣ可由廠家給定的額定開斷電流及滿容量開斷次數(shù)計算得出:
IΣ=n極限.I滿容量
統(tǒng)計極限開斷電流值的內容有以下兩點:
(1)正常的開斷操作:
IΣ=n1.Ir
式中nl-正常開斷次數(shù);Ir-廠家提供的開關額定工作電流。
(2)短路開斷:
IΣ"=n2.Ik
式中 n2--短路開斷次數(shù).Ik--母線最大開斷電
流。
IΣ=IΣ+IΣ"
5 結束語
采用真空斷路器改造老系列的開關柜的少油斷路器,其技術成熟可行,并具有投資少、見效快,改造期間停電時間短等優(yōu)點該項技術值得在城網(wǎng)和企業(yè)電網(wǎng)的技術改造中推廣應用o要確保真空開關安全、可靠地運行,一定要做好以下幾項工作。
(1)做好開關設備的選型工作,嚴格把好開關調試交接關。
(2)在運行中加強開關設備的監(jiān)視,爭取做好預防性試驗工作。
(3)嚴格執(zhí)行部頒檢修規(guī)程、規(guī)定和檢修導則工藝,結合實際情況,保證到期必修,修必修好。
真空斷路器的各種故障幾處理辦法
概述
廠用系統(tǒng)對發(fā)電廠的穩(wěn)定運行有著非常重要的作用，大唐托克托發(fā)電有限責任公司的廠用系統(tǒng)包括6kV高壓系統(tǒng)和380V低壓系統(tǒng)， 6kV開關在其中占著非常重要的位置。我廠I期2×600MW機組使用的6kV開關為ABB公司的產(chǎn)品，配備的南京自動化公司的保護；而II期2×600MW機組使用的為西門子公司的開關，配備的西門子本身的保護；都包括真空斷路器和接觸器＋熔斷器兩種開關，其中真空斷路器的開斷能力大，可靠性高，為大容量負荷提供電源，本篇主要介紹真空斷路器的的故障分析及處理方法。
故障分析及處理
這兩個生產(chǎn)廠家雖然不同，但都是進口的真空斷路器，性能比較好，檢修、維護工作量小，供電可靠性高；但也不能排除個別真空斷路器性能較差，特別是斷路器的特性方面，有可能存在問題；如果真空斷路器缺陷嚴重，容易造成事故越級，導致大面積停電。
在此討論一下主要的真空斷路器故障及其處理方法。
1 真空泡真空度降低
1.1 故障現(xiàn)象
真空斷路器在真空泡內開斷電流并進行滅弧，而真空斷路器本身沒有定性、定量監(jiān)測真空度特性的裝置，所以真空度降低故障為隱性故障，其危險程度遠遠大于顯性故障。
1.2 原因分析
真空度降低的主要原因有以下幾點：
(1)真空泡的材質或制作工藝存在問題，真空泡本身存在微小漏點；
(2)真空泡內波形管的材質或制作工藝存在問題，多次操作后出現(xiàn)漏點；
(3)真空斷路器如使用電磁式操作機構的真空斷路器，在操作時，由于操作連桿的距離比較大，直接影響開關的同期、彈跳、超行程等特性，使真空度降低的速度加快。
1.3 故障危害
真空度降低將嚴重影響真空斷路器開斷過電流的能力，并導致斷路器的使用壽命急劇下降，嚴重時會引起開關爆炸。
1.4 處理方法
(1)在進行斷路器定期停電檢修時，須使用真空測試儀對真空泡進行真空度的定性測試，確保真空泡具有一定的真空度；
(2)當真空度降低時，必須更換真空泡，或更換真空斷路器，并做好行程、同期、彈跳等特性試驗。
2 真空斷路器分閘失靈
2.1 故障現(xiàn)象
根據(jù)故障原因的不同，存在如下故障現(xiàn)象：
(1)斷路器遠方遙控分閘分不下來；
(2)就地手動分閘分不下來；
(3)事故時繼電保護動作，但斷路器分不下來。
2.2 原因分析
(1)分閘操作回路斷線；
(2)分閘線圈斷線；
(3)操作電源電壓降低；
(4)分閘線圈電阻增加，分閘力降低；
(5)分閘機構變形，分閘時存在卡澀現(xiàn)象，分閘力降低；
(6)分閘機構變形嚴重，分閘時卡死。
2.3 故障危害
如果分閘失靈發(fā)生在事故時，將會導致事故越級，擴大事故范圍。
2.4 處理方法
(1)檢查分閘回路是否斷線；
(2)檢查分閘線圈是否斷線；
(3)測量分閘線圈電阻值是否合格；
(4)檢查分閘機構是否變形；
(5)檢查操作電壓是否正常；
2.5 預防措施
運行人員若發(fā)現(xiàn)分合閘指示燈不亮，應及時通知電氣檢修人員檢查分合閘回路是否斷線；檢修人員在停電檢修時應注意測量分閘線圈的電阻；必須進行低電壓分合閘試驗，以保證斷路器性能可靠。
3 彈簧操作機構合閘儲能回路故障
3.1 故障現(xiàn)象
(1)合閘后無法實現(xiàn)分閘操作；
(2)儲能電機運轉不停止，甚至導致電機線圈過熱損壞。
3.2 原因分析
(1)行程開關安裝位置偏下，致使合閘彈簧尚未儲能完畢，行程開關觸點已經(jīng)轉換完畢，切斷了電機電源，彈簧所儲能量不夠分閘操作；
(2)行程開關安裝位置偏上，致使合閘彈簧儲能完畢后，行程開關觸點還沒有得到轉換，儲能電機仍處于工作狀態(tài)；
(3)行程開關損壞，儲能電機不能停止運轉。
3.3 故障危害
在合閘儲能不到位的情況下，若線路發(fā)生事故，而斷路器拒分閘，將會導致事故越級，擴大事故范圍；如儲能電機損壞，則真空開關無法實現(xiàn)分合閘。
3.4 處理方法
(1)調整行程開關位置，實現(xiàn)電機準確斷電；
(2)如行程開關損壞，應及時更換。
3.5 預防措施
運行人員在倒閘操作時，應注意觀察合閘儲能指示燈，以判斷合閘儲能情況；檢修人員在檢修工作結束后，應就地進行2次分合閘操作，以確定斷路器處于良好狀態(tài)。
4 分合閘不同期、彈跳數(shù)值大
4.1 故障現(xiàn)象
此故障為隱性故障，必須通過特性測試儀的測量才能得出有關數(shù)據(jù)。
4.2 原因分析
(1)斷路器本體機械性能較差，多次操作后，由于機械原因導致不同期、彈跳數(shù)值偏大；
(2)分體式斷路器由于操作桿距離較大，分閘力傳到觸頭時，各相之間存在偏差，導致不同期、彈跳數(shù)值偏大。
4.3 故障危害
如果不同期或彈跳大，都會嚴重影響真空斷路器開斷過電流的能力，影響斷路器的壽命，嚴重時能引起斷路器爆炸。由于此故障為隱性故障，所以危險程度更大。
4.4 處理方法
(1)在保證行程、超行程的前提下，通過調整三相絕緣拉桿的長度使同期、彈跳測試數(shù)據(jù)在合格范圍內；
(2)如果通過調整無法實現(xiàn)，則必須更換數(shù)據(jù)不合格相的真空泡，并重新調整到數(shù)據(jù)合格。
4.5預防措施
由于分體式真空斷路器存在諸多故障隱患，在更換斷路器時應使用一體式真空斷路器；定期檢修工作時須使用特性測試儀進行有關特性測試，及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題。
結束語
真空斷路器已經(jīng)得到廣泛的使用，而各廠家的真空斷路器在機構上也不盡相同，而且，真空斷路器的故障，如真空度降低、分合閘不同期、彈跳大等多為隱性故障，所以，進行檢修工作時需使用有關的科學儀器進行測試、測量，用實際數(shù)據(jù)來說明問題，也用實際數(shù)據(jù)來證明和解決問題，這樣才能使人信服并且切實把真空斷路器維護好。
