电网设备运行管理新技术

电网设备运行管理新技术企业发展的需要•资产膨胀的压力与传统设备管理制度的矛盾日益突出•经济转型，电网的扩张式发展趋缓•在能源短缺、维修费用减少和资产收益率杠杆的多重压力下，资产管理制度和管理理念的革新势在必行推动设备运行管理的发展•对于设备运维而言，以状态检修与资产全寿命周期管理为特征的设备管理方式转变势在必行→设备运行管理技术发展•设备管理的三个阶段–可靠性管理：能用–状态检修：好用–全寿命周期管理：用好设备专项状态检测评估技术气象风险预测、预警和辅助决策设备运行管理技术全寿命周期管理状态检修智能化建设与改造新技术、新设备应用基于状态评价的寿命评估模型综合设备与系统风险的LCC评价方法输电线路智能化变电站智能化限流电抗器与故障限流器同塔多回输电线路等状态检修•状态的获得（检测与监测）→状态评价→风险评估（设备与电网）→检修策略→检修的实施•状态检修首先解决状态量的获得•离线与带电，状态检测与状态监测状态检测1）高频局部放电检测2）红外热像检测3）超声波信号检测4）超高频局部放电检测5）暂态地电压检测6）接地电流测量状态检测7）相对介质介质损耗因数8）SF6气体分解物检测9）SF6气体泄漏成像法检测10）金属护套接地系统11）紫外放电检测12）有载分接开关带电检测（上海特色）13）避雷器泄漏电流与阻性电流检测状态监测1）输电线路a）覆冰监测装置：环境温度、湿度、风向、风速、等值覆冰厚度、综合荷载、不平衡张力差等b）导线温度监测装置：导线温度c）微风振动监测装置：导地线振动频率、动弯应变值d）环境污秽监测装置：现场盐密、灰密值e）杆塔倾斜监测装置：杆塔倾斜度、横担歪斜度f）导线弧垂监测装置：导线弧垂、对地距离状态监测2）变电设备a）变压器（电抗器）油色谱监测装置：总烃、氢气、乙炔三种参数的数值及绝对、相对产气速率，根据设备电压等级和油枕的结构形式不同设置报警值。b）变压器（电抗器）油中微水监测装置c）变压器（电抗器）局部放电监测装置：放电量（装置厂家不同取pC或μV）数值，根据端电压和相位分布不同设置报警值。d）变压器（电抗器）铁芯接地电流监测装置：铁芯接地电流数值，设置报警值。e）变压器（电抗器）顶层油温监测装置：顶层油温数值，根据冷却方式、冷却器投入及负荷情况，设置报警值。f）电容设备绝缘监测装置：介质损耗因数、电容量数值及变化情况（与初值相比），根据设备类型、电压等级设置报警值。g）断路器（GIS）SF6气体压力及水分监测装置：压力、水分数值，根据安装部位（灭弧室、其他部位）、设置报警值。h）金属氧化物避雷器泄漏电流监测装置状态评价•状态评价是状态检修的关键，应通过持续开展设备状态跟踪监视，综合停电试验、带电检测、在线监测等各种技术手段，准确掌握设备运行状态和健康水平。•状态评价的方法有许多，层次分析法、模糊综合评判法、基于证据理论的评价法、灰色评价法、设备评分法等，分别适用于不同的设备。状态评价•国网公司采取的方法为部件与整体相结合，1）设备评分法完成设备部件的状态评价；2）在部件评价的基础上，依据短板效应完成设备整体评价，流程如下图所示。油色谱分析局放台风雨量污闪雷电设备故障损失电网损失故障检修费用其他使用价值、下降幅度直接损失间接损失电量、备用典型缺陷检修费用人身环境分档性能下降性能恢复设备故障损失电网损失故障检修费用其他使用价值、下降幅度直接损失间接损失电量、备用典型缺陷检修费用人身环境分档性能下降性能恢复风险评估检修策略选择确定设备可靠性发展趋势是否满足要求可靠性要求？计算成本费用，选最小值计划多种检修、技改方案制定检修、技改计划否状态检修计划是图5-1检修、技改方案确定流程费用最优原则：全寿命周期成本↓设备可靠性原则：设备的自身与系统风险↓设备最大可用原则：一定可靠度下设备最大可用时间↑检修收益最优原则：检修与技改收益绝对值或比例最大化↑发展趋势•状态信息获得：–检测监测专项技术的发展•状态评价：–关键部件状态评估诊断与辅助决策专项技术研究–整合现有技术手段，形成设备状态多项诊断技术的综合应用与回路级整体设备的综合状态分析•风险评估：–规范风险评估的定量化方法，科学界定边界条件，促进检修决策的货币化选择•检修数字化：–完善信息综合数据平台，增强数据自动分析、辅助决策的能力，增加不同业务的、不同层次的数据需求分析全寿命周期管理•贯穿于设备管理的全过程•与传统运行管理技术相辅相成•技术体系性•不同环节关注重点有所差异•LCAM与LCM的异同技术体系•设备可靠性评价•电网可靠性评价–故障模式分析、可靠性指标预测•风险评估–定量化的风险评估•设备寿命评估–针对不同设备的评估模型•不同阶段技术应用的差异性应用领域国外应用情况国内应用情况关键技术领域规划设计英国国家电网公司的变电站间隔标准设计中，考虑了运行费用、长期能源消耗以及环境影响等，体现了全寿命管理的思路。美国EPRI研究项目Program37中，也有关于变电站选址的研究内容。“两型一化”变电站典型设计等已较多考虑造价和环境等影响；国内较缺乏对规划对象全寿命周期成本的统筹综合考虑。LCC风险评估数据挖掘工程建设与采购在国外应用于基建工程的历史很早，在国内也有较多应用实例；但较少专门针对电力系统基建的研究。设备采购方面有一定应用。上海市电力公司在500kV世博变电站建设项目中，将LCC方法用于关键设备采购；在10kV油浸式变压器和10kV箱式变压器战略框架采购中也进一步发展了配变LCC采购模型LCC风险评估基建项目管理相关技术应用领域国外应用情况国内应用情况关键技术领域运行维修检修是资产全寿命周期管理最早应用的领域，应用实例较多，受到广泛接受的有CBM和RCM检修策略。意大利Terna公司应用的MBI系统核心部分就是CBM；法国输电网公司RTE公司逐步使用RCM方法对其设备进行检修维护上，也取得了较好的成果。德国、芬兰、美国等国电网企业都对CBM和RCM方法进行了实际应用。大部分采用传统计划检修模式；状态监测、检测手段较多；检修策略方面近年来已有状态检修应用实例，但由于时间较短，模型、应用的实际效果尚无法评估。LCC状态监测设备诊断及状态评估风险评估更新改造改造相关决策是设备全寿命管理研究应用的热点之一。德国电网利用风险评估方法进行高压断路器设备检修和更换策略优化，是典型的应用实例；日本还将资产全寿命周期管理用于2次保护设备的更换策略。改造相关决策已有一定的应用基础。华东500kV斗山变电站改造项目以全寿命周期成本为基础对项目进行经济性论证；上海市电力公司220kV泰和变电站改造也有类似应用LCC设备诊断及状态估计风险评估应用领域国外应用情况国内应用情况关键技术领域寿命评估与延长当前研究及应用的重点和热点；俄罗斯开展的29步骤寿命评估工作已应用于250余台变压器；美国及法国、英国等欧洲国家都有研究和应用实例；其实施的基础是对设备状态和风险的准确诊断和评估目前主要采用传统的定期退役模式，有部分设备服役期有延长，但缺乏科学、定量手段对设备寿命延长提供科学依据。LCC设备诊断及状态估计风险评估寿命评估国网系统设备现状（变压器）110（66）kV及以上在运变压器按投运时间分布退出运行变压器按运行时间分布核心问题：寿命评估•自然寿命•经济寿命•可靠性寿命可靠度时间寿命可接受可靠度下限可靠度变化可靠度时间寿命可接受可靠度下限可靠度变化寿命评估方法•1）简单统计法•从设备的共性出发，定期进行专业总结，统计缺陷、障碍和事故率，并根据故障性质进行分类，以发现设备的故障趋势，从而有针对性地采取防范的措施，完成寿命的预期。•简单，但误差较大•2）技术分析法•技术分析法以技术层面的因果分析为核心，通常在设备状态评价的基础上，从寿命的主要影响因素与老化表现出发，寻求建立“寿命-关键因素-特征指标”之间的函数关系，从而完成寿命评估预期。•融合一般。•3）综合法•借鉴技术分析法与简单统计法的经验，利用广泛收集的基础数据与数理统计工具，将单项技术指标的发展变化最大可能地形成规律，并根据统计的故障类型分布与风险后果，综合建立基于概率与状态的寿命评估综合模型典型寿命模型的建模流程•整体模型•德国某电力公司20kV电力设备断路器评价实例变压器评价实例评估模型现状与发展•普遍存在缺乏寿命期内性能诊断试验支持；个体结构与状态差异、运行维护管理因素等影响因素考虑不够；评估指标片面；无法预测寿命状态等不足，及更多的针对大量样本、同等设计的中低压设备，导致寿命预测一般存在较大的误差，不能满足LCAM管理的要求•我国长期实施的预防性检修与新近开展的状态检修，积累了大量的出厂、运行、检修、故障等资料，特别是预防性检修提供了国外不具备的研究支持，有可能实现“状态-寿命-风险”三位一体的设备寿命评估与策略制定典型模型1：基于样本统计与失效分析的寿命模型构建-8-7-6-5-4-3-2-10012345678910ln(t)ln(-ln(1-åf))典型模型2：基于特征数据变化趋势分析的寿命模型构建tan-HMG-L.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.050100806040200Std.Dev=.08Mean=.241N=478.00设备寿命管理步骤→常规诊断→运行历史一批变压器第一步：变压器群变压器数量:20–100+目标:维护策略和预算t翻新冷却升级更换工程解决方案→高级诊断→调查设计情况第二步：变压器设计和状态评估变压器数量:10–20目标:每台变压器的维护方案和行动第三步：使用寿命评估变压器数量t:1–10目标:解决问题和升级建议发展趋势•评估模型：以设备故障模式分析为基础，结合电网运行经验统计分析，研究不同电压等级、不同设备的可靠性预测模型，在实践应用中开展模型应用的试算与验证；•评估应用：开展基于LCC方法的设备检修维护策略研究与基于LCC需求的变电站改造风险评估与策略研究的完善化与实用化研究；•目标：扩展全寿命周期管理设备覆盖范围