电力设备状态检修技术研究综述btzk.docx

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1、电力设备备状态检检修技术术研究综综述许婧，王王晶，高高峰，束束洪春（昆明理理工大学学电力工工程学院院）摘要_关键词：电力设设备；状状态检修修；综述述1引言言目目前电力力系统中中电力设设备大多多采用的的计划检检修体制制存在着着严重缺缺陷，如如临时性性维修频频繁、维维修不足足或维修修过剩、盲盲目维修修等，这这使世界界各国每每年在设设备维修修方面耗耗资巨大大。怎样样合理安安排电力力设备的的检修，节节省检修修费用、降降低检修修成本，同同时保证证系统有有较高的的可靠性性，对系系统运行行人员来来说是一一个重要要课题。随随着传感感技术、微微电子、计计算机软软硬件和和数字信信号处理理技术、人人工神经经网络、专

2、专家系统统、模糊糊集理论论等综合合智能系系统在状状态监测测及故障障诊断中中应用，使使基于设设备状态态监测和和先进诊诊断技术术的状态态检修研研究得到到发展，成成为电力力系统中中的一个个重要研研究领域域。在电电力系统统中推行行状态检检修的直直接效益益有：节省大大量维修修费用；提高高电厂可可用系数数；延延长设备备使用寿寿命；增加发发电能力力；确确保发供供电可靠靠性；降低检检修成本本、减少少检修风风险。本本文主要要介绍检检修体制制的演变变、状态态检修的的发展概概况及状状态检修修面临的的问题。2检修体制的演变维修观念的演变经过2个阶段：事后维修故障维修（18世纪第一次产业革命）和预防性维修（19世纪第二

3、次产业革命）。事后检修（BM，break maintenance），也称故障检修（CM，corrective maintenance），是最早的检修方式。这种检修方式以设备出现功能性故障为判据，在设备发生故障且无法继续运转时才进行维修。显然，这种应急维修需付出很大的代价和维修费用，不但严重威胁着设备或人身安全，而且维修不足。到第二次产业革命时期，开始推行预防性检修（PM，prevention maintenance）。预防性检修经过多年的发展，根据检修的技术条件、目标的不同而出现以下7种检修方式。（1）定期检修（TBM，time based maintenance），期。定期检修制度直到二战后

4、，才被各国陆续地从军事工业移植到民用工业。中国电力工业的定期检修制度是20世纪50年代从苏联引入的。直到80年代，TBM仍是主流的维修制度。定期检修在保证重大机械设备正常工作中确实起到了直接防止或延迟故障的作用，但这种不根据设备的实际状况，单纯按规定的时间间隔对设备进行相当程度解体的维修方法，不可避免地会产生“过剩维修”，不但造成设备有效利用时间的损失和人力、物力、财力的浪费，甚至会引发维修故障。据统计，1996年我国的100 MW、125 MW、200 MW火电机组非计划停运与出力降低的责任原因，分别有36、31和41是由于这种过剩检修造成的1。（2）以可靠性为中心的检修（RCM，relia

5、bilitycentered maintenance）。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。该检修方式能比较合理地安排大修间隔，有效预防严重故障的发生。RCM的研究始于20世纪60年代后期，电力工业则是从1983年开始研究，并于1984年由美国电力研究院（EPRI）将其用于核电厂的检修。到1997年，在美国排名前1000家的大公司中，已有68的公司采用RCM的检修方法。（3）状态检修（CBM，condition based maintenance）或预知性维修（PDM，predictive diagnosticmaintenance）。这种维修方式以机械设备

6、当前的实际工作状况为依据，通过高科技状态监测手段，识别故障的早期征兆，对故障部位、故障严重程度及发展趋势作出判断，从而确定各机件的最佳维修时机。状态检修始于1970年，由美国杜邦公司IDQuinn首先倡议2。状态检修是当前耗费最低、技术最先进的维修制度，它为设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。但由于状态检修需要监测的内容多，投资大，并存在一定的风险，要能熟练地运用于设备维修还需要长时间的经验积累。（4）故障查找（FF，fault find）。这种维修方式主要针对紧急备用设备，在固定的时间后启动这些设备，发现问题及时解决，以提高备用设备的可用率。 （5）使使用至损

7、损坏再修修（RTTF，rrun to fauult）。采采用该方方式进行行修理的的设备不不控制送送修，通通常用于于对安全全无直接接危害的的3类故故障：偶然故故障；无规律律性故障障；故故障损失失小于维维修费用用的耗损损故障。 （6）以寿命评估为基础的检修。文献3认为状态检修应根据分析监控诊断资料先估计设备寿命，再确定检修项目、频度与检修内容。（7）主动维修（PM，proactive maintenance）4。从经济、寿命等多种因素考虑，重点在机械故障的识别和消除、故障原因的分析，通过延长发电厂机器寿命来获得最大的效益。3状态检修技术发展概况状态检修随着故障诊断技术的发展而逐渐进入实用化，并由于

8、其巨大的效益而在工业界引起广泛重视，理论研究和生产实践都在进一步深入。国外在状态检修技术研究与实践应用方面都已取得了较成功的经验。美国、德国、日本、法国都有应用这项技术的报道。与状态检修密切相关、能直接提高状态检修工作质量的理论与技术主要包括4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。31设备寿命管理与预测技术大多数工业化国家的电力基础设施在20世纪60与70年代间得到极大扩充，因此，多数电力主设备的在役时间在2530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如何延长机组寿命并保证效益。状态检修中寿

9、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备的可用率。但电力公司可能获得的效益大部分来自于电厂主设备，因此，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。（1）锅炉方面日本是近10年来对火电厂锅炉部件剩余寿命研究最多的国家。他们采用了3种有代表性的寿命诊断技术：应力解析法、破坏试验法、非破坏损伤计测法5。其中，应力解析法能评价任意部位的材料，但若运行历史或材料数据不准确，将会导致计算误差，且没有考虑材料老化这一因素。破坏试验法比其它方法计测损伤的精度高，但对不能取样的部位不适用；为此，日本研究出微小试样法、复型金相法、巴克好森噪声法、超声

10、波噪声分析法等非破坏性损伤计测法。这些方法可以在部件材料损伤进展的同时，非破坏性地检验材料的金属组织物理性能的变化。美国电力研究院（EPRI）监测诊断中心（MD）也研究出用于锅炉诊断系统的寿命管理分析软件。（2）汽汽轮机发电机机方面对汽汽轮机发电机机进行状状态检修修时必须须重点考考虑汽轮轮机轴瓦瓦、叶片片，发电电机定子子、转子子、轴系系等部件件。目前前，美国国电力研研究院（EEPRII）监测测诊断中中心（MMD）已已研制出出用于汽汽轮机诊诊断系统统的叶片片寿命动动态分析析系统（BBLADDE）和和用于发发电机诊诊断系统统的转子子裂纹评评价系统统（SAAFERR），可可以计算算、推测测叶片何何处

11、可能能出现裂裂纹，以以及产生生裂纹后后的寿命命；并帮帮助工程程技术人人员评估估汽机、发发电机转转子的剩剩余寿命命及随运运行时间间的故障障发生概概率。华华中理工工大学也也提出了了汽轮机机转子的的在线寿寿命管理理系统框框架77，并并研制了了2000 MWW汽轮发发电机寿寿命管理理及故障障诊断专专家系统统6。对于于转子寿寿命评估估的方法法，国内内已有较较为成熟熟的理论论1，66。对对于汽轮轮发电机机的定子子，俄罗罗斯的科科研工作作者在总总结了俄俄罗斯111个不不同电厂厂经验的的基础上上，制订订了延长长汽轮发发电机定定子使用用寿命的的主要原原则和依依据66。罗罗马尼亚亚则成功功研制了了一套用用于755

12、 MVVA汽轮轮发电机机监视诊诊断、数数据记录录及在线线预测系系统，其其中在线线预测部部分，主主要完成成对定子子绕组绝绝缘剩余余寿命和和轴系剩剩余寿命命的评估估7。在在轴系方方面，我我国的寿寿命预测测与评估估技术有有一定成成果。上上海交大大电力系系采用自自己开发发的MAANDDISPP程序8，对对电气扰扰动下电电力系统统的暂态态过程进进行仿真真并得出出轴系的的动态扭扭转力矩矩，成功功地评价价了电网网扰动对对3000MW汽汽轮发电电机组轴轴系疲劳劳寿命的的影响9。同同样，华华北电力力大学也也对国产产运行近近30年年的500MW汽汽轮机发电机机进行了了扭振特特性及其其疲劳寿寿命研究究，采用用了集中

13、中参数的的机组轴轴系扭振振分析模模型，以以现场事事故情况况为依据据，模拟拟计算了了几种典典型事故故大轴联联轴结处处轴颈和和螺栓的的应力应应变历程程及疲劳劳寿命损损耗，对对该机组组的剩余余寿命能能够较恰恰当地进进行评估估111。（3）变变压器方方面变压器器剩余寿寿命的评评估是当当今监测测与诊断断工作的的重要内内容之一一。现有有的大多多数估计计变压器器寿命方方法，仅仅简单考考虑负荷荷、温度度、绝缘缘材料的的现状，由由于变压压器遭受受到的短短路次数数、过电电压次数数、设计计弱点、修修理和现现场运输输等因素素都会影影响变压压器发挥挥功能的的能力。要要正确估估算变压压器的寿寿命，必必须获得得有关运运行状

14、况况和历史史信息，需需要对变变压器技技术情况况有更深深入的了了解。研研究及实实验表明明，变压压器很少少由于技技术性或或使用寿寿命的原原因退出出运行，而而主要受受经济寿寿命的限限制。因因此，AABB公公司和欧欧洲一些些重要电电业部门门为避免免对剩余余寿命进进行定量量评估，开开发了一一种变压压器排列列等级方方法，为为变压器器的寿命命评估作作了大量量工作12。（4）开开关方面面高高压断路路器在电电力系统统中担负负着控制制和保护护的双重重任务，由由于它关关系着系系统的安安全运行行以及检检修工作作量的大大小，其其电寿命命始终为为用户所所关心。目目前，国国内已经经提出根根据触头头和喷口口在开断断时的质质量

15、损耗耗及根据据具有线线性上升升弧压降降特性的的电弧能能量计算算电寿命命的2种种方法14。但由由于开关关动作分分散性很很大，开开关开断断电流的的大小与与电磨损损量是非非线性关关系的，因因而在寿寿命累计计时需进进行加权权处理。32电力设备的可靠性技术可靠性技术是一门在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15。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

16、产品在时传统统的电力力设备可可靠性评评估基于于威布尔尔得出的的浴盆曲曲线（bbathhtubb cuurvee）法。由由于可靠靠性特征征曲线形形似浴盆盆而得名名，如图图1所示示，但此此法只适适用于对对有支配配性耗损损故障的的设备进进行维修修，且精精确度不不高。为为此，华华北电力力大学将将可靠性性预测理理论和强强度及寿寿命理论论结合起起来，综综合考虑虑影响锅锅炉部件件故障的的各种因因素，对对预测锅锅炉部件件的可靠靠性做了了有益的的尝试16。另外外，它还还运用多多元统计计方法中中因子分分析和聚聚类分析析，从反反映火电电大机组组运行可可靠性的的指标体体系出发发，对我我国火电电1000MW及及以上机机

17、组的运运行可靠靠性进行行了分析析，提出出了企业业综合可可靠性水水平的评评估方法法177。用用它可以以简单分分析我国国不同地地区火电电大机组组运行的的可靠性性水平。 33设备状状态监测测与故障障诊断技技术设备状状态监测测是故障障在线诊诊断和离离线分析析的基础础。从国国内情况况看，汽汽轮机等等大型旋旋转机械械的状态态监测技技术已经经达到相相当高的的水平，我我国科技技工作者者已开发发出了一一系列状状态监测测系统，并并成功地地应用于于生产实实践。另另外，发发电机状状态监测测的技术术手段也也已很成成熟，只只是在实实际应用用时，如如何准确确判断电电机状态态，还需需进一步步工作经经验积累累。从国国外来看看，

18、美国国电力研研究院（EEPRII）下属属的监测测诊断中中心（MMD）利利用400多项先先进的测测量技术术和分析析软件，对对美国550家最最大的电电力公司司的电厂厂、电网网中800的设设备进行行了在线线监测和和故障分分析，了了解设备备的运行行状况和和健康水水平，并并据此制制定设备备维护和和检修计计划。加加拿大魁魁北克水水电公司司也开发发了一种种在线状状态监视视系统，使使机组维维修和专专业技术术人员不不停机就就能了解解水电机机组的状状态。关关于开关关的状态态检修及及故障诊诊断，由由于其故故障机理理较为清清楚，故故障诊断断原理与与方法比比较成熟熟，国内内已研究究出检测测装置和和检测方方法。对对于绝缘

19、缘及电气气参数的的劣化与与开关故故障，机机械参数数与物理理参数的的诊断都都已有较较为成熟熟的理论论155。从从70年年代初至至今，故故障诊断断技术的的研究已已经由单单一地偏偏重故障障机理与与诊断方方法的研研究发展展到故障障诊断专专家系统统的研制制开发。迄迄今为止止，国内内外现有有的专家家系统尚尚不能对对机组振振动故障障进行自自动诊断断，还依依赖于有有经验的的专家进进行判断断，其主主要原因因是由于于这些专专家系统统所包含含的知识识还不足足以全面面反映振振动故障障的征兆兆与其原原因之间间的映射射关系。34信息管管理与决决策技术术近330年来来，管理理决策作作为一门门独立学学科，有有了很大大发展。状

20、状态检修修作为一一种先进进的检修修体制，是是与多方方面的管管理工作作分不开开的。图图2为状状态检修修的一个个简化决决策流程程。世界界各国从从不同的的管理目目标出发发，形成成了不同同的管理理系统。芬芬兰的IIVO输输电服务务公司开开发的变变电站检检修管理理系统（SSOFIIA）是是一建立立在对一一座变电电站的长长期检修修计划的的基础上上，从寿寿命周期期费用（llifee cyyclee coost）着着手，使使用设备备的劣化化模型的的数学形形式（状状态模型型）来估估计设备备将来状状态的一一种检修修管理系系统。SSOFIIA在考考虑预算算及其设设备状态态的情况况下，通通过检修修费用的的优选，降降低

21、总费费用118。荷荷兰BVKKEMAA与荷兰兰Dellft技技术大学学在考虑虑市场情情况及技技术条件件的前提提下，研研制了一一种包括括状态检检修在内内的多种种策略均均衡应用用的maain mann检修管管理系统统，其特特点在于于引入了了诊断专专家系统统，使可可靠性和和安全性性达到可可接受的的水平19。德国国提出将将工人或或供货商商的管理理层所有有功能融融为一体体，以减减少中间间环节的的瘦型管管理。此此管理方方法在德德国的WWeissweiilleer电厂厂检修管管理中得得到运用用，使该该厂488的工工作任务务流程得得到优化化，效果果明显21。4结束束语专家家预言，下下个世纪纪电力工工业将有有更

22、大的的发展，但但作为大大型电力力主设备备的锅炉炉、汽机机发电电机组以以及变压压器，不不会有大大的改变变，因此此，电力力设备检检修技术术的研究究将更具具有经济济效益和和社会效效益，电电力设备备的维修修由过去去的计划划检修向向状态检检修发展展势在必必行。目目前，国国内外状状态检修修技术的的开发和和应用，围围绕锅炉炉、汽轮轮机、发发电机、变变压器等等大型电电力设备备展开，在在设备寿寿命管理理与预测测、设备备可靠性性技术、设设备状态态监测以以及故障障诊断技技术等方方面取得得了一些些可实际际应用的的成果。近近3年来来，云南南工业大大学就水水电机组组在线监监测及故故障诊断断与状态态检修专专家系统统研制方方

23、面做了了大量工工作，通通过在水水轮机故故障特征征矢量空空间中对对故障个个体特征征量抽取取，提出出了以效效率为主主要特征征量，通通过监测测效率来来预测水水轮机的的剩余寿寿命的新新思路22，223。这这一成果果已应用用于漫湾湾发电厂厂5号机机组。不不难预测测，它在在系统投投运后将将得到很很好的检检验。电力力设备状状态检修修技术的的应用必必须以对对设备的的全面监监测为基基础。但但目前有有关电力力设备运运行状态态在线监监测系统统仍然存存在监测测点少、功功能单一一、缺乏乏系统性性和综合合性，尤尤其缺乏乏监测的的层次化化和网络络化等问问题，妨妨碍了设设备状态态信息的的集中和和综合；另外，设设备寿命命管理与

24、与预测也也需要解解决一些些诸如设设备寿命命计算中中复杂边边界条件件的提出出、材料料在不同同温度和和应力条条件下的的寿命损损耗特性性以及剩剩余寿命命评价等等问题。如如何建立立准确的的设备可可靠性模模型，以以期实现现设备状状态的在在线监测测，从而而开发出出可较好好应用于于设备故故障诊断断的专家家系统，仍仍然有许许多问题题需要解解决。参考文献献：1黄树红红，胡扬扬，韩守守木火火电厂设设备状态态检修概概论MM武武汉：华华中理工工大学能能源科学学与工程程学院，11998822李李常火喜喜电力力设备诊诊断技术术概论M北京：水利电电力出版版社，11996633陈陈奕善采用以以可靠性性为中心心的检修修（RCC

25、M）编编制发电电设备检检修计划划的介绍绍M199964李兵兵日本本火电厂厂锅炉部部件剩余余寿命诊诊断技术术J华北北电力技技术，119977，（88）5华中理理工大学学能源科科学与工工程学院院单元元机组状状态监测测与故障障诊断技技术讲讲义，11998866玛玛米康扬扬，等以状态态监视及及诊断为为根据的的汽轮发发电机定定子寿命命管理JCIGGRE会会议1112002报告告，199967ZllataanovviciiD，VVeliicu S，eet aal陈陈光译汽轮发发电机的的在线诊诊断、数数据记录录及预报报技术JCIGGRE1112204，11996688DDechhangg S，JJiayyu

26、 HHThhe ssimuulattionn off maachiinenettworrk iinteeracctiion in mulltimacchinne ppoweer ssysttemssJPrroceeediingss off IEEEETENNCONN93，119933，5：208821119孙德昌昌，汪东东升，骆骆远志，等等电网网扰动对对外高桥桥发电厂厂3000MW汽汽轮发电电机组轴轴系疲劳劳寿命的的影响C全国高高等学校校电力系系统及其其自动化化专业第第十届学学术年会会论文集集，上海海，19994100朱萍萍，付忠忠广，曹曹钟中，等等国产产50MMW机组组扭振特特性及其其疲劳寿

27、寿命研究究C中国国电机工工程学会会第五届届青年学学术会议议论文集集，哈尔尔滨，119922111BBenggtssson C徐徐久荣译译变压压器监测测的现状状与发展展趋势J19996，111（33）12Boognaar AA，ett allDiiagnnosttic tessts of higgh vvolttagee oiilpaaperr innsulattingg syysteems usiing DC dieelecctroomerricssCIIGREE Paaperr 155333088，19990133GGafvvertt U，NNetttelbbladd BMeaasurrem

28、eent tecchniiquees ffor dieelecctriicreespoonsee chharaacteerizzatiion at loww frrequuencciessNOORDIS Connferrennce，PPapeer，119900，7（11）14金立湘湘高压压SF66断路器器的电寿寿命试验验J高压压电器，119999，（22）15邹积岩岩，胖质质玲，尹尹承尚高压开开关设备备的状态态检修技技术JJ高高压电器器，19999，（55）16马运义义，徐秉秉权，孙孙恪章，等等可靠靠性技术术的应用用M北京京：国防防工业出出版社，119966117丁丁定浩可靠性性与维修修性工程

29、程系系统与电电路结构构的分析析和设计计M北京京：电子子工业出出版社，119955118田田卫东以高阶阶累积量量和高阶阶正交多多项式级级数展开开式为基基础的电电力生产产随机概概率模拟拟方法J电网技技术，119955，（11）19吴龙，黄黄民翔电力系系统机组组计划检检修新模模型JJ电电力系统统自动化化，19998，（22）20KiiiverriT，LLahttineen MM陈光光译变变电站寿寿命周期期费用及及状态管管理系统统JCIIGREE 19996，2231108211亨利利E JJ，等吕应中中等译可靠性性工程与与风险分分析MM北北京：原原子能出出版社，119988222余余涛，王王晶，高高峰，等等水电电机组在在线监测测技术的的研制现现状与发发展前景景J云南南电力技技术，119988，（44）