新技术在电气设备状态检修中的应用

      1 　引言

      传统的电厂设备检修，都是按照《SD370-87电厂设备检修规程》规定进行
的。规程规定主机、主设备和辅助设备检修周期各为多少年，并由发电部门统一
制订检修滚动计划，将机组的检修性质定义为大修、中修、小修和扩大性检修等，
各设备的检修被安排进不同的检修时段。在这种情况下，即使有些机组检修计划
安排的非常周密，也是针对某些特殊项目，其他常规项目仍然是按照滚动计划检
修。不管设备该不该修，一到检修周期所有设备统统检修一遍。这样做的直接后
果是：

      ①设备到期就修，造成人力、物力、财力的浪费；

      ②给检修计划的安排造成困难；

      ③造成部分设备检修质量失控；

      ④个别不需要检修的设备由于经常检修造成损坏。

      设备状态检修是指根据先进的状态检测和诊断技术提供的设备状态信息，
来判断设备的异常和预知设备的故障，并在故障发生前进行检修的方式。即通过
应用现代检修管理技术，用先进的设备状态检测手段和分析诊断技术，实时了解
设备的健康状况和运行工况，及时给出设备的寿命评估，然后根据设备的健康状
态，合理安排检修项目和检修时机，最大化地降低检修成本乃至发电成本，提高
设备的可用性。

      状态检修技术包含以可靠性为中心的检修技术和预测检修技术。这项技术
最初应用于航空、航天系统，后应用于核电站，现已成功地应用于发电厂设备的
检修。电力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，检修管理的重要性日益显现。检修费用
占电力成本的比例也不断提高，检修费用同燃料费用一样占有重要比例。如何采
取合理的检修策略和制订正确的检修计划，保证在不降低可靠性的前提下节省检
修费用，便成为电力部门面临的重要课题。过去常用的计划检修和以它为基础根
据经验决定延长或缩短检修周期的做法已不能满足需要，必须采用新技术。

      2 　设备状态检修

      以可靠性为中心的检修和预测性检修是互相紧密联系而又不同的两个技术
领域。前者是在评估元件可能故障对整个系统可靠性影响的基础上决定检修计划
的一种策略，后者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
排检修的技术。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，以决定设备（部件）是否需要立即退出运行和制订应对措施。因此，电力
设备状态检修技术涉及复杂的可靠性评价、传感技术、信息采集处理技术、干扰
抑制技术、模式识别技术、故障严重性分析、寿命估计等领域。

      实施状态检修的前提是：

      ①健全的设备管理体制；

      ②完善的检修质量管理体系；

      ③灵活的设备运行方式；

      ④齐全的设备管理台帐；

      ⑤高素质的检修队伍、运行队伍和设备管理人员；

      ⑥具备状态检修的设备记录和检测手段；⑦先进的测试、分析设备。

      电厂的大部分设备要求实行状态检修，常用的检测技术有振动检测、油液
分析、红外线热成像、超声波检漏、电机状态检测等。这里仅就电气设备作说明。

      状态检修涉及的电气设备，主要是针对需要经过时效考验并随着负载变化
而出现的工况和寿命发生变化的电气一次设备，包括发电机、断路器、高低压电
动机、大型变压器、中小型变压器、高压开关、隔离闸刀、CT（电流互感器）、
CVT （电容式电压互感器）、PT（电压互感器）、避雷器、母线及连接、中压开
关、配电变压器、高压套管、电力电缆、变频器、整流组件、绝缘子、电力电容
器等。这里介绍一些新技术，不包括具体的设备选型，仅供设备订购或管理时参
考。

      3 　新技术的应用

      （1 ）红外线点温计：可手持操作，方便灵活，直观迅速，几乎适用于所
有电气设备的表面测温和故障发热检测。

      （2 ）红外线热像仪：既可以在线检测电气设备正常的运行状况，也可以
在检修中进行热像分析。它适用于发电机、断路器、高低压电动机、大型变压器、
中小型变压器、高压开关、隔离闸刀、CT、CVT 、PT、避雷器、母线及连接、中
压开关、配电变压器、高压套管、电力电缆、变频器、整流组件、绝缘子、电力
电容器等设备的检测[3].在停机检修中还可以辅助进行发电机定子铁损试验和发
电机转子护环的拆装工作等[4].

      （3 ）超声波流量探测仪：适用于在线测量发电机定子进（出）水总管的
流量、停机检修中发电机定子线棒的流量、高压电动机的冷却水流量和断路器附
属系统的冷却水流量以及大型变压器循环油系统的流量等。

      （4 ）振动分析系统：适用于大型发电机和电动机的振动检测和分析，包
括定子绕组端部振型分析、转子轴系振动分析、转子轴振动监视器。通过观察轴
承振动的轨迹、平均值的幅值和性质来判断其振动的问题等。

      （5 ）发电机在线综合分析专家系统：可以综合发电机的各种工况参数，
例如对温度、电压、电流、振动、励磁、绝缘、寿命等进行分析，并对照专家系
统给出结论和处理意见。

      （6 ）发电机在线检测装置：包括发电机工况监测仪、发电机槽局部放电
监测仪、无线电频率监测仪、电刷工况监测仪、转子绕组匝间短路监测仪、氢气
露点监测仪、氢气漏入水中监测仪、氢气漏出发电机外监测仪等[5].

      （7 ）故障录波器：适用于电气设备故障情况下的参数记录，也可以用于
特定时段电气设备的状态分析。

      （8 ）发电机定子绕组在线振动分析系统：用于实时记录、分析定子绕组
的振动情况。该技术要求在定子绕组端部加装振动传感器。目前ALSTOM公司已在
沙角C 发电厂670MW 机组和大亚湾核电站900MW 机组上安装使用[6].

      （9 ）发电机不抽转子故障诊断技术：其主要结构是一个可以沿着发电机
气隙爬动的机械装置（小车），小车上有光学探头和振动装置（振动频率为20HZ）。
不抽转子就可以对发电机定、转子进行故障诊断。还可以进行以下几个方面的分
析：运行特性分析（辅助设备、励磁系统的运行数据分析，汽轮机发电机组轴系
的轴电压、轴电流分析，转子绕组绝缘分析）；内部检查（整个发电机本体及辅
助设备的检查，转子绕组的绝缘检查，励磁装置、继电保护装置、同期装置的检
查）；水冷机组的流量分析（定子绕组水流量分析，定子冷却水系统工况鉴定）
；定子腔体试验（定子槽锲状况测定，定子铁芯层间绝缘质量试验，发电机轴承
绝缘检查）；绕组绝缘试验（直流泄漏试验，交流耐压试验，局部放电试验）；
保护、控制和同期试验（发电机保护试验，励磁装置试验，同期装置试验，发电
机辅助装置、控制设备检查）；振动分析（发电机定子、转子、汽轮机缸体、发
电机基础振动分析等）。该技术已在石洞口第二发电厂使用。

      （10）在线热态绝缘监测系统：可以在线测量发电机、电动机和变压器的
热态主绝缘和轴承绝缘状况等。

      （11）运行小时计数器：安装在开关上的运行小时计数器，它用来显示转
动设备的实际运行小时数。根据运行小时数来安排开关、电机和转动设备的检修。

      （12）电能质量管理器：它安装在开关或设备附近，可直接在开关或就地
控制盘上显示设备的电能质量，包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因
数、频率、用电量及原始参数，并可实现对设备的操作和事故追忆打印输出。还
可利用通讯接口实现远方数据的传输和将参数进入DCS 画面。这一装置适用于高、
中、低压开关控制系统。

      （13）新型电机和节能电机：它可使运行成本大大降低，设备可靠性大大
提高。例如采用Y2系列等新型电机，可使设备效率大大提高；采用高防护等级电
机，可提高设备的适用环境能力和可靠性；又如在粉尘大的地方，应推广使用封
闭式电机，该电机风路分内、外两个部分，互相隔绝，通过冷却器交换热量。

      （14）红外线——色谱综合分析法：利用红外线检测发现充油电气设备可
能的故障部位，配合色谱分析进行定性判断。它适用于油浸式电力变压器、高压
油断路器、CT、CVT 、高压套管、电力电容器的故障检测。

      （15）Hydran 201R 气体监视器：可以在线检测变压器油中气体的含量，
能及时有效地发现变压器内部出现的早期故障。该技术是对离线色谱分析的重要
补充。它适用于油浸式电力变压器的在线检测。该监视器已在珠海发电厂和河南
新乡供电局投运[8].

      （16）油样在线分析仪：适用于油浸式电力变压器、高压油断路器、CT、
CVT 、高压套管、电力电容器的故障在线检测[9].

      （17）在线SF6 密度测试仪：适用于SF6 断路器的气体密度监测。

      （18）在线SF6 微水测试仪：适用于SF6 断路器的气体中微水含量监测。

      （19）避雷器在线泄漏电流指示仪：适用于避雷器的在线泄漏电流指示和
监测。