辅助检修

辅助检修（通用5篇）

辅助检修 篇1

摘要：首先介绍了设备状态检修技术的发展和水电厂机组状态检修系统在国内的实际应用情况, 分析了水电厂辅助设备开展状态检修的必要性和可行性, 同时提出了系统研究的关键技术。在此基础上阐述了水电厂辅助设备状态检修系统的框架和信息化模型。

关键词：水电厂辅助设备,状态检修系统,智能化水电厂

1 引言

“状态检修”的基本思想是，让设备尽可能长时间地处于运行状态，只有到设备结构和性能即将破坏的临界状态才停运检修。状态检修系统，就是对运行中的设备实施数据采集、实时显示、在线监测、数据分析，并通过采用合理的系统架构、先进的信息化技术，有效的对设备运行状态进行系统监测、分析，尽早发现潜伏性故障，提出预防性措施，避免发生严重事故，保证设备的安全、稳定和经济运行，并以此指导设备检修。[1]

几十年来，我国水电厂检修模式采用的一直都是“事后检修”或“计划检修”模式。这两种检修模式都存在着很大弊病：“事后检修”模式，是在设备发生故障后才进行检修，此时故障已经发生，损失已经造成;“计划检修”是按照统一的或者规定的检修周期进行过检修，必然出现“检修过剩”和“检修不足”，不仅不能充分发挥设备的潜能，耗费大量的财力和人力，而且不能及时发现故障的存在，不仅带来经济上的损失、人力的浪费，而且还有可能引发灾难性的事故。

当前，水电厂设备状态检修辅助决策系统的研究，在国内方兴未艾。国内各大水电企业都在探索基于设备诊断的状态检修策略，目的就是为了进一步提升对设备的掌控能力[2]。目前，水力发电主设备在线监测与状态检修决策辅助系统(以下简称“机组状态检修系统”)已经在国内很多大中型水电厂，如三峡、鲁布革、水口等电厂，得到了较多应用。2012年3月，由南京南瑞集团公司自主研发的我国首套完整的水电厂主设备状态监测、故障诊断及其状态检修决策一体化平台诞生并投入实际使用。

2 研究目的

在水电厂设备中，辅助设备主要由机组辅助设备和全厂公用辅助设备构成，常见系统主要包括油、水、气等系统辅助设备。辅助设备一旦出现故障，会对水电厂的安全生产造成一定的影响，处理不当时可能造成跳机等严重后果，影响水电厂正常运行。

辅助设备自动化，与主设备自动化一样，包括控制、维护和技术管理三个技术领域。其中，除了维护之外，其余两个领域发展水平较高，继续提高的潜力和意义已经非常有限。开展水电厂辅助设备在线监测及状态检修工作，可有效避免辅助设备的“欠修”和“过剩检修”情况，做到物尽其用，使检修计划更具科学性和针对性，减少盲目性，达到降本增效的目的。辅助设备自动化未来的发展，将着重在状态检修技术的应用，以减少由于不必要和不准确的维护而产生的费用，进而降低维护费用在整个生产成本中的比例。

近年来，针对厂内某独立的辅助设备系统的具有鲜明“在线监测”及“状态检修”系统特征的软件模块也在湖南五凌、四川映秀湾等水电开发企业逐步进入研发、应用及实施阶段，但这些成果往往只是针对某个体系统或者单体设备，如高压气机系统、技术供水系统等，应用范围不够广泛。随着智能电网建设的全面铺开和智能技术的高速发展，传统水电厂向智能化水电厂方向全面发展已经是必然趋势。辅助设备状态检修系统的研究和实施也是智能化水电厂研究的目标之一。智能化水电厂提出要在全厂构建智能统一平台，包括统一数据共享平台和智能化应用平台2个方面。[3]这两方面概念的提出，为辅助设备状态检修系统的实施提供了天然的技术支撑。

研究水电厂辅助设备状态检修系统的目的，就是通过监视辅助设备参数的变化，通过辅助设备状态检修系统的应用，提高水电厂辅助设备运行的可靠性，降低日常运行维护费用，最大限度地防止辅助设备过修和失修，做到物尽其用，使检修计划更具科学性和针对性，减少盲目性，达到降本增效的目的。最终改变现阶段我国水电厂辅助设备检修模式，从目前广泛采用的辅助设备的“事后检修”、“定期检修”模式向“状态检修”模式转变，即按照辅助设备的实际运行情况来决定检修时间和检修部位。同时，开展水电厂辅助设备状态检修工作，对各类水电企业开展节能减排活动也具有很强的针对性作用。

3 总体思路

水电厂常规辅助设备故障的发生发展过程都是有其客观规律的。在使用过程中，设备的性能或状态会随着使用时间的推移而呈现出逐步下降的趋势，如图1中P-F曲线所示的。很多故障发生前会有一些预兆，这些预兆表现为设备运行时物理参数的变化，说明设备存在潜在故障。其中某些参数的变化是可监视可识别的，这些可识别的物理参数表明一种功能性故障即将发生。图2所示为设备的典型故障率曲线，它描述了设备故障率随着时间变化的规律，又称为浴盆曲线。该曲线表明设备的故障率随时间的变化大致可分为三个阶段：早期故障期、偶发故障期和耗损故障期。

水电厂辅助设备状态检修系统的总体思路是：在建立统一、可靠的软硬件平台基础上，通过应用先进的测量技术自动获取水电厂辅助设备的运行情况和设备健康信息，以高速统一的网络通讯平台为信息传输基础，利用覆盖水电厂辅助设备运行设备和运行环境的有效信息，对各辅助设备进行管控，实现安全经济运行和效益最大化。

4 系统架构

辅助设备状态检修系统的系统架构主要从集中的软硬件基础平台、统一的现地测控总线技术、智能化的决策支持技术等方面进行一体化设计。

水电厂辅助设备在水电厂厂房分布的位置非常分散，目前我国的大中型水电厂对各辅助设备，如常见的机组油压装置系统、全厂检修/渗漏排水控制系统等，都配置了独立的控制屏柜。被控系统的动力电源及有关状态量、电气量等信号全部接入屏柜内，进而通过柜内配置的电气设备来监视并控制相关辅助设备。各系统接入全厂统一管控平台的通讯方式，由于各种系统内设备通讯接口及通讯协议的不同而多种多样。

辅助设备状态检修系统处于水电厂管控平台中的高级应用服务层，整个状态检修体系自成一体，可以独立运行于统一平台之外，直接为生产管理者提供状态检修决策建议，亦可作为统一平台的一个高级应用部分，为制定设备检修维护计划提供支持。

基于智能水电厂的某梯级水电厂辅助设备在线监测与状态检修评估系统结构如图3，数据流拓扑如图4。

5 与智能化水电厂的关系

智能水电厂水电厂辅助设备状态检修系统以IEC 61850为标准、以统一信息平台为基础，从智能水电厂统一平台数据中心获取水力发变电主设备相关基础资料、设备实时/历史数据等反映设备健康状态的特征参数，评价设备当前健康状况，并进行有效的风险评估，最终通过优化检修策略模型进行综合分析、推理、诊断，给出维修建议，并将分析结论及维修建议通过服务总线传输给智能水电厂统一平台数据中心，供生产信息管理系统查询引用，从而有效支持状态检修工作的具体实施。

6 关键技术及难点

建立水电厂辅助设备状态检修系统的关键技术和难点如下：

(1)全厂建立辅助设备自动化系统的统一模型，研究覆盖辅助设备生产运行管理全流程的一体化架构。

建设水电厂辅助设备状态检修系统，需要进行统一的规划和设计，构筑统一高效的辅助设备控制系统是其中的一个重要环节。智能水电厂的所有辅助设备系统，应根据IEC 61850进行建模。[4]

(2)制定统一的服务、消息、数据交换、模型管理等系列规范标准。

目前各辅助设备系统采用的通讯方式、通讯协议等规范标准，由于各子系统的建设管理阶段的不同和各类设备自身物理特性的差异，往往五花八门。智能化水电厂规划设计中一般采用了以IEC61850标准、以现地数据总线为基础，对机组、辅助设备、调速器、励磁等控制系统进行改造，采用支持IEC61850协议的智能LCU或者接口设备进行技术升级，填补水电行业该领域的空白。

(3)建立一整套基于规则的知识库，形成专家决策支持系统，充分融合现有专家知识，建立辅助设备生产运行管理数据模型，实现智能决策辅助，全面提升水电厂生产管理智能化程度。

现有自动化系统大多数处于数据采集、数据处理、人机展示等阶段，对历史数据的整理、分析及挖掘等工作开展的较少，因此难以迅速提供出有效的辅助决策能力。

7 业务功能

完整意义上的水轮机主设备状态检修辅助决策系统，如机组状态检修系统，一般包含八大业务功能：数据获取、数据处理、监测预警、状态诊断、状态评估、预测评估、风险评估、决策建议。[5]水电厂辅助设备与水轮机、变压器等设备相比，对水电厂的安全运行起的作用相对较小，所以一般将油系统、水系统、气系统等辅助设备按照安全重要等级归为一般设备，辅助设备多以短时阶段性的生产过程为主，相应的业务功能可以简化为数据获取监测、状态评估及故障诊断、检修策略建议三大功能模块。

7.1 数据获取监测

统一平台数据中心的建立，也为辅助设备状态检修系统的状态分析和性能评价提供了基础。辅助设备系统一般都配置有以PLC为核心的现地控制单元，大部分需要采集的数据很容易直接或者经过规约转换接口设备，通过现场数据总线接入到统一数据平台。

通过水电厂统一平台数据中心，辅助设备状态检修系统实时获取辅助设备控制单元、机组状态检修系统、全厂监控系统等子系统中与辅助设备相关的实际数据、特征参数数据、性能指标数据、运行状态统计数据等，并实时监控这些电气量的指标变化，对于超出规定阈值范围的信号，根据不同的类别和等级，及时向统一平台或生产管理决策支持系统传输告警和预警信息。

7.2 状态评估及故障诊断

状态评估及故障诊断和检修策略建议这两个功能模块实现的关键就是建立一整套完整的专家知识库。专家知识库其包括的知识源自于相关领域的专家，知识库中知识的质量和数量决定着专家系统的质量水平。

对于辅助设备运行维护，很多电厂都已经积累了相当丰富的经验，对容易出现的一些故障及原因都有比较清楚的认识，同时对这些故障的处理也积累了很多行之有效的方法。

状态评价及故障诊断是辅助设备状态检修系统的重要功能。从设备投入运行(包括设备上电后的一段时间)开始，根据状态评估的需要，对获取监测到的动态运行数据，比如每次系统电机间隔，运行电流电压，单位时间或阶段内电机的运行次数等，再将现时的运行数据与连续历史数据进行分析对比，以日、周、月、年为时段对性能指标进行统计，将对比后的数据用专家系统知识库进行分析判断，得出辅助设备当前总体健康状态等级。

以下对状态评估及故障诊断系统进行简单举例说明：

例1，某大型水电厂供水系统，配置水泵为立式离心水泵，配用功率200 k W，水泵同轴电机功率200 kW，额定功率359 A，额定电压380 V，功率因数0.89，效率为94.9%。水泵用三相异步电动机，感性负载。

系统投运初期，根据系统监测记录到电流电压数据，电压高低为385V，电流大小为359A，可计算出感应电机传动给水泵的功率为：

理论上电机会传动给水泵202 kW的能量，但水泵的配用功率仅为200 kW，即至少有2.1kW被电机以铁耗、铜耗等形式变成了热能。

当前，根据系统监测记录到电流电压数据，电压高低为385 V，电流大小从359 A升高至约369 A，可计算出感应电机传动给水泵的功率为：

可见，该电机运行一段时间之后，电流越来越大，发热量以及噪音也越来越大，效率越来越低，继续发展下去极易造成电动机绝缘击穿、烧毁等事故。本例也可在系统内设置好报警阀值，除去三相感应电动机本身正常允许的损耗外，电机其余基本损耗和杂散损耗超出某设定值之后，自动降低系统当前健康等级。

对单个辅助设备系统来说，电机运行参数仅仅是影响设备健康状态评估指标之一。影响辅助设备健康状态的因素有很多，通过对这些因素的把握，可以有效评估单个设备的健康状态。

例2，某大型水电厂高压气系统，配置有2台高压气机轮换运行，在某单位统计时段1h内，2台气机连续启动，启动时间间隔低于正常气机启动时间，并多次两台气机同时运行。高压气机停运期间，气罐气压变化速度较大。在该段时间内，该电厂各台机组的补气阀并未开启，即高压气罐没有向机组调速器压油装置补气。

高压气系统的生产流程一般都具有明显的规律性和周期性，对其规律性和周期性的总结，有助于了解系统的习性。然后根据实时信息的特征，配合系统一些状态的监视测量，自动给出推理结论。

上表就是该电厂根据日常运行经验，总结的高压气系统异常启停与相应故障的对应关系。

本例诊断组合条件就是： (1) 高压气机启动频繁，停运时间过短; (2) 压油装置补气阀关闭，且动作次数为0; (3) 停运期间，气罐气压下降速度明显高于正常速度。状态评估模块很容易就可以初步诊断出高压气系统漏气。

本例就是典型的采用正反向混合推理，根据实时处理得到的信息与知识库中的原始数据或证据进行向前推理，得出可能成立的故障结论，然后，以这些假设为结论，进行反向推理，寻找支持这些假设的事实或证据。

7.3 检修策略建议

决策建议模块以设备状态评价结果为基础，综合考虑风险评估结论，建立设备状态和设备失效风险度二维关系模型，综合优化辅助设备检修次序、检修时间和检修等级安排。并依据状态检修导则确立的分级维修标准，确定具体的检修项目和检修时间，最终将建议结果递交设备管理人员或传送到相关的外部生产管理系统实施安排。

检修计划的决策需要综合考虑多方面因素。一是要研究辅助设备状态检修的标度，确定辅助设备状态评价的依据，建立辅助设备状态好坏的标准，并建立设备状况标准库。二是研究设备状态检修决策技术，涉及设备故障状态识别、设备信息综合管理、检修风险分析、备品备件管理、维修人员管理、设备检修成本构成及估算方法、设备检修效益分析、检修策略决策研究等问题。在未来一段时间内，辅助设备检修还将依赖于人为的分析和判断来指导并制定检修计划。

8 结语

水电厂设备状态检修研究是一个复杂的课题。研究水电厂辅助设备状态检修系统，必须明确，辅助设备状态检修系统固然可以单独建模并独立于其他设备状态检修系统来运行，但是，随着水力发电生产进一步向一体化、智能化发展，随着水电厂设备状态检修技术的推广应用，只有对全厂自动化设备建立统一生产运行管理数据模型，形成统一信息平台，建立状态检修体系，才能最大化实现状态检修的意义，促进水电行业更快的向智能化、一体化的高效管理运行模式转变。

参考文献

[1]冯文贵, 黄定奎.东风发电厂设备状态监测技术应用及状态检修管理体制研究[A].全国大中型水电厂技术协作网第二届年会论文集[C].2005.

[2]潘家才, 纪浩.智能水电站建设思路[J].水电自动化与大坝监测, 2012, 36 (1) :1-4.

[3]刘观标, 李晓斌, 李永红等.智能化水电厂的体系结构[J].水电自动化与大坝监测, 2011, 35 (1) :1-4.

[4]黄海, 彭志强等.基于IEC61850的状态监测通信方案应用, 水电厂自动化与大坝监测2012, 35 (1) :9-12;

[5]陈喜阳.水电机组状态检修中若干关键技术研究[D].华中科技大学, 2005.

辅助检修 篇2

引言

移开式开关柜在10kV配电装置中应用广泛，在10kV开关小车检修工作中，为保障人身安全及方便工作通常将开关小车从开关柜中移出。但此时，只能通过手动储能对开关小车进行分合操作。并且，若要进行开关小车的控制回路、指示回路的调试以及传动试验则需将开关小车送回开关柜内插上航空接头。

上述检修方法不但会增加工作量，并且若开关小车二次回路存在故障，在插入二次插头时存在造成直流回路接地或短路的危险。如若调试发现问题，还需要将开关小车重新移出，检修后再次送回小车。并且小车从开关柜移出后，二次回路故障排查不够直观、方便。

为此，设计了一种便携式辅助工具，在移出开关小车后依然能够进行控制回路、指示回路调试以及能直观判断开关小车二次回路是否存在故障，并且通过改变传输线方式适配不同型号的开关小车。该工具的研发应用，可有效提高检修的效率以及保障设备、人身的安全。

1、辅助工具输入输出电压

为了能够在各种场所方便使用该辅助工具，其输入电压应为AC 220V。设计的辅助工具应通过常规的插头与外部电源连接。

佛山供电局变电管理二所管辖的72座变电站共有10kV开关小车4320台。经统计，所有的开关小车的控制电压、储能电压均为DC 110V或DC 220V。因此，设计的辅助工具必须能够选择性地输出DC 110V或DC 220V。

另外，经查阅资料，发现其他电力企业存在着储能电压为AC 220V，控制电压为DC 110V或DC220V的开关小车。为了增加该辅助工具的适配性能，其输出电压应增加AC 220V的输出。

综上，该辅助工具的输入电压为AC 220V，输出电压应可选择性输出（DC 110V，DC 110V）、（DC 220V，DC 220V）、（DC 110V，AC 220V）或（DC 220V，AC 220V）。

2、辅助工具的设计

辅助工具整体实施效果图如图1所示，通过配套不同的传输线与不同型号的开关小车进行信号传输。

该工具内部电路主要由直流电源模块、开关分合闸控制模块、机构储能模块、开关小车显示模块、电压测试模块、二次回路连接模块组成。具体电路图如图2所示。

图1 整体实施效果图

图2 辅助工具内部电路图

2.1直流电源模块

辅助工具的外部输入电源电压为AC 220V，通过接入两个开关电源将输出两个直流110V电压。然后通过直流电压选择开关改变其串接方式，实现控制电源电压为DC 110V或DC 220V。

储能电源电压通过储能转换开关分别与交流端子（21、22）或直流输出（+KM、-KM）连接，实现DC 110V、DC 220V或AC 220V间的切换。

2.2开关分合闸模块

直流电源模块通过手动分合开关后与二次回路连接模块（08、18） （09、19）输出脚连接。

2.3机构储能模块

储能电源母线通过储能开关后与二次回路连接模块（01、11）输出脚连接。合上储能开关后，（01、11）輸出脚间电压为储能电源母线的电压。

2.4开关小车显示模块

直流电源模块经过二次回路连接模块的输出脚后与显示灯连接，可实现开关小车位置、储能状况、分合情况的显示。

2.5电压测试模块

直流电源模块输出母线分别与两个电压表连接，显示当前实际电压值。当开关小车二次回路正常时，两电压表测量数值应相等。如有接地现象时，两电压表数值不再相等。

2.6二次回路连接模块

二次回路连接模块采用PCB插拔式接线端子，通过传输线与开关小车的航空接头连接。改变传输线的接线方式便可实现不同型号的开关小车操作、检查。

3、工作方式

开关小车辅助工具通过配套的传输线连接开关小车的航空接头，将开关小车的分合闸回路、储能回路、位置指示回路与辅助工具的二次回路连接模块连接。此时，只需在辅助工具上即可对开关小车进行储能、分合闸操作，不再需要将开关小车推回至开关柜内，防止小车二次回路出现问题导致设备受损。

开关小车辅助工具的工作方式：

（1）根据开关小车型号选择配套的传输线，将辅助工具的二次回路连接模块与开关小车的航空接头连接。（2）根据开关小车控制电源、储能电压切换直流电压选择开关和储能开关。若开关储能电压为AC 220V，将储能开关切换至交流位置，即储能回路与交流端子（21、22）连接。之后根据控制回路电压切换直流电压选择开关。若开关储能电压为直流，将储能开关切换至直流位置，即储能回路与直流输出（+KM、-KM）连接，之后根据控制回路电压切换直流电压选择开关即可输出（DC 110V、DC 110V）或（DC 220V、DC 220V）。之后将辅助工具与外部电源连通，合上空气开关，辅助工具正式运行。（3）观察直流电压表，此时数值应为（+110V -110V）或（+55V -55V）。如两电压表读数的绝对值不一致，则表明开关小车回路存在问题，应进行排查。（4）储能操作。将储能开关转换至“储能”位置，开关小车进行储能。储能完成后，储能显示灯亮。（5）分合操作。将手合手分开关分别切换至分合位置，开关小车进行分合操作，同时相应的显示灯亮。（6）工作位置试验。开关小车拉出，辅助工具通电后，“试验位置”指示灯亮。使用摇杆将开关小车摇动至工作位置，此时“工作位置”指示灯亮。

4、结语

在实际工作中难免遇到一系列的问题，应用创造的思维方法，设计研究解决方案。而该设计的开关小车辅助工具在进行10kV开关小车检修作业时，具有操作简单、安全可靠、工作效率高等特点，值得在变电行业的生产一线工作中推广应用。

（作者单位：广东电网有限责任公司佛山供电局变电管理二所）

作者简介

辅助检修 篇3

关键词：变电设备,状态检修,辅助决策系统,设计与实现

前言

随着社会经济的快速发展, 人们对电能的需求不断增加, 这给供电带来了较大的压力。为了保证供电的稳定性和可靠性, 加强故障检修工作显得十分必要。故障检修过程中, 传统的检修方式以周期性为主, 选择在一定时间内对设备运行状态及设备自身状况进行检修、维护。但是周期性检修方式暴露出较大的不足, 尤其是随着供电规模的扩大, 设备面临较大的负荷, 导致设备出现故障的几率提升。同时, 周期性的检修策略应用, 对设备自身状态关注度较低, 对设备采取全面性的检查, 这在很大程度上导致了人力、财力的浪费, 不利于供电企业更好地实现经济效益。

1 变电设备状态检修辅助决策系统设计

为了更好地满足变电设备状态检修需要, 设计的辅助决策系统主要对设备状态检修过程中可能遇到的问题予以把握, 包括了数据获取预处理、状态分析与评估两个方面内容。变电设备状态检修辅助决策系统设计需要对基本的配置予以把握, 操作系统为Windows XP以上, 硬盘空闲空间在100MB以上[1]。

1.1 系统整体设计

关于变电设备状态辅助决策系统的具体框架结构, 我们可以从图1中看出。

变电设备状态检修辅助决策系统设计, 主要采用C/S和B/S结合的体系结构, 这一结构具有较高的标准化、规范化特征, 能够对系统资源进行共享, 以满足设备状态检修的实际需要。结合系统整体设计情况来看, 辅助决策系统设计需要考虑以下几点内容:

1.1.1 状态分析评估子系统

状态分析评估子系统的设计, 主要目的在于利用知识库的相关知识, 对设备的状态进行分析和把握, 从而对故障是否存在隐患问题予以明确认知, 为设备检修提供重要依据。状态分析评估子系统的应用, 要注重对设备状态进行详尽的评估, 对设备故障类型予以分析和把握[2]。

1.1.2 知识库

知识库的设计, 是辅助决策系统的一个重要组成部分, 其知识主要来源于专家现场检修诊断经验。知识库设计过程中, 需要对以下内容予以考虑: (1) 设计状态判断库。状态判断库主要集中了设备状态判断规则和相关判断标准, 为设备状态检测提供重要依据; (2) 维修策略库。维修策略库主要针对于设备运行状态, 为设备检修工作提供重要的指引, 对故障问题予以有效解决; (3) 故障模式库。故障模式库针对于设备故障类型, 对故障类型予以分类, 可以为设备故障检测提供重要参照。

1.1.3 数据库

系统中的数据库主要目的在于对相关数据信息进行存储, 分为两种, 一种是设备信息库;另一种是设备状态分析知识库。数据库的应用, 对相关信息进行存储, 从而为设备状态检修工作提供重要的数据参考。

变电设备状态辅助决策系统在设计过程中, 需要从整体角度出发, 对辅助决策系统的功能予以明确定义, 并根据实际发展需要, 保证系统各个环节设计能够满足系统整体需求, 发挥其功能和作用。系统设计当中, 包括了数据获取、预处理、设备状态监测、状态评估等内容。数据获取和数据预处理涉及到了数据在线监测、数据获取等内容。设备状态监测, 涉及到了知识库、分析算法库, 通过数据分析计算, 对设备状态予以把握和分析[3]。除此之外, 在进行设备评估过程中, 包括了风险评估、故障诊断等内容, 目的在于更好地发现变电设备运行的问题及故障隐患, 从而提升系统的性能水平。

1.2 辅助决策系统功能

1.2.1 数据获取与处理

数据获取与处理过程中, 需要构建信息资源目录体系, 并将信息资源目录体系应用于信息模型当中, 通过借助于系统的数据映射, 对数据进行获取和更新。

1.2.2 状态分析与评估

变电设备运行状态分析及评估过程中, 采取了设备-部件-状态量-判断依据的顺序进行状态分析与评估, 并通过设计的相关权重系数, 对设备的具体情况予以把握, 为故障检修提供一定的依据。

2 变电设备状态检修的辅助决策系统功能实现

变电设备状态检修辅助系统功能的实现, 需要在硬件设计和软件设计方面予以有效考虑, 保证硬件功能和软件功能得到较好的发挥, 从而为变电站设备状态检修提供重要的参考和帮助。

2.1 硬件功能实现

硬件功能实现, 主要通过对PC平台进行应用, 系统节点通过对局域网的利用, 能够实现信息的快速交换。在这一过程中, 系统功能主要借助于网络传输功能实现, 利用路由器与外部系统进行连接, 从而实现资源共享的目标。硬件功能实现方面, 用户可以根据自身的实际需要, 对硬件进行灵活配置。

2.2 软件功能实现

软件在服务器选择上, 以Windows 2003 Server操作平台为主, 操作系统设计过程中, 利用Delphi编译语言, 实现了C/S模式下客户对设备数据、设备状态的有效访问, 并能够对相关数据信息进行有效查阅。关于软件功能的具体实现方式, 我们可以从下文分析中看出:

“变电检修辅助决策软件”能为变电检修业务全流程提供一定的决策和必要信息, 实现了工作室/班组成员检修经验与知识的共享, 增强了工作室成员的“传、帮、带”效果, 进而提升电网检修效率。辅助决策系统设计, 要对系统的软件主界面内容予以把握, 具体我们可以从图2~3中看出。

辅助决策系统设计过程中, 通过单击“故障排除知识库”, 从主界面Ⅰ中弹出主界面Ⅱ这一窗口, 可以对故障排除信息进行查阅, 从而为变电设备故障检修提供重要的参考, 为故障检修工作解决提供较大的便利, 如图4。

从图4中我们可以看出, 借助于辅助决策系统, 能够对变电站的故障信息进行获取, 从而为故障检修提供重要的依据。同时, 故障检修完成后, 可以结合实际情况, 对故障信息的变化情况进行记录, 进行故障“删除”或是“添加”的操作。

辅助决策系统的应用, 在历史经验库中就相关检修内容进行记录, 检修人员在实际检修过程中, 通过对历史记录进行查验, 可以对设备出现的故障问题进行较好的分析, 为检修人员解决设备故障提供重要的参考。同时, 利用辅助决策系统, 还可以实现对员工的培训, 通过让检修经验较差的人员跟随学习, 能够使他们在实践过程中, 对自身的技能水平进行有效的提升。

3 结束语

从本文的分析来看, 我们可以看出, 变电设备状态检修辅助决策系统是一种预知性的检修系统, 注重对变电站实际运行情况进行检测, 对运行过程中可能出现的故障隐患问题予以发现, 从而采取有效措施对故障进行解决。辅助决策系统的应用, 相对于传统的周期性检修而言, 在效率和质量方面得到了较大的提升, 有利于促进电网建设更加安全、可靠。因此, 为了更好地促进智能电网建设及发展, 要注重对辅助决策系统功能予以完善, 提升辅助决策系统性能水平, 使其能够为变电设备状态检修提供较好的辅助。

参考文献

[1]郭红兵, 夏洪刚, 闫军, 刘志林, 张伟.输变电设备状态检修辅助决策系统开发与应用[J].内蒙古电力技术, 2013, 04:1~6.

[2]荀华, 刘志林, 郭红兵.输变电设备状态检修辅助决策系统触发评价功能的开发与应用[J].内蒙古电力技术, 2013, 06:76~79.

辅助检修 篇4

1 牵引系统和辅助系统的特点

1.1 牵引系统的特点

在地铁车辆电气系统中, 牵引系统包括以下几个方面:接地故障检测系统、牵引逆变器模块、线路滤波元件、高速断路器等。

1.1.1 线路滤波器

线路滤波器主要是用来平滑输入电流, 抑制接触网和车辆之间的相互干扰, 进而降低接触网对车辆和其他系统的影响。线路滤波器对由车辆变电所断路器断开或雷击故障所引起的瞬时行波起到一定的保护作用, 能够保证发生突然接地故障时, 不至于损坏牵引系统的其他设备。

1.1.2 牵引机电

牵引机电采用逆变器供电方式的三相鼠笼式一部交流牵引电动机, 通常采用架承式悬挂方式。

1.1.3 牵引逆变器

牵引逆变器由DUC控制板、GDU单元、逆变桥、制动斩波相、支持电容、过压保护电阻和其他辅助元件组成。

1.1.4 高速断路器

高速断路器安装在逆变箱中, 能够有效地保护由于接地、短路等造成的过流情况, 其保护范围要与变电所的保护相协调。

1.2 辅助系统的特点

辅助系统通常包括蓄电池组、DC/DC变换器、DC/AC逆变器三部分。

1.2.1 蓄电池组

蓄电池组由若干个额定电压的电池单元组成, 对蓄电池的保护方式有:蓄电池充电器对充电电压的控制;高分断/低电压能力熔断器接到蓄电池的正负极;对充电时的过电压、过电流的保护;蓄电池要与充电器隔离;蓄电池分断接触器, 使蓄电池和负载隔离。

1.2.2 DC/DC变换器

DC/DC变换器即蓄电池充电器, 是地铁车辆的直流供电。通常设置两个或两个以上的蓄电池充电器。如果1个蓄电池充电器发生故障, 将会由其他的蓄电池充电器供电, 让辆继续运行。

1.2.3 DC/AC逆变器

DC/AC逆变器即辅助逆变器, 辅助逆变器从架空接触网上受电, 用作辅助电源, 为空调装置、空气压缩机、风扇电机和车辆内的所有交流负载供电。

2 地铁车辆电气系统中牵引的故障分析与检修

2.1 牵引系统的故障分析

牵引系统的故障分析包括以下几个方面。

2.1.1 非正常运行状态

由于地铁车辆运行时处于制动、过三轨无电区、启动状态, 并且车辆在上下班高峰时段经常会处于过载的运行状态。这时会导致车辆制动, 制动会导致电网的电流和电压发生较大的波动。这种负荷状态与牵引系统的短路状态十分相似, 可能会导致继电器保护装置的误动作, 对地铁车辆的电网系统造成损害。

2.1.2 非金属性短路故障

非金属性短路故障主要指的是发生在非金属性状况下的短路故障, 例如雨雪覆盖或淹没轨道的状况。这时, 雨雪可以作为供电系统在启动阶段的导体, 三轨由于整体绝缘支座固定在道床上, 与接地扁铜之间具有良好的绝缘效果。但是, 随着地铁车辆运行时间的增加, 支撑件上会出现污秽或绝缘支座绝缘保护老化的情况, 由此产生的泄露电流经过绝缘支座流向接地扁铜, 然后通过变电所地网重新流回变电所负极。这种由于绝缘故障导致的短路故障是非金属性短路故障中最常见的一种。此外, 在三轨供电系统中, 还有一种常见的非金属性短路故障, 即电弧短路故障, 它是指带电体对导体放电而引起的短路, 例如第三轨对地放电。

2.1.3 金属性故障

金属性故障指的是钢轨和三轨间发生的金属接触, 或是绝缘支座 (支座底部设置了接地扁铜, 与整个供电系统的地网结构连接, 主要用于三轨和大地的绝缘) 被击穿, 导致接地扁铜和三轨直接发生短路的情况。例如供电系统在进行停电检修工作时, 检修人员并没有将放置在钢轨和三轨之间的金属工具带走, 这会导致系统重新送电时发生钢轨与三轨之间的直接短路故障。

2.2 牵引系统的故障检修

地铁车辆牵引系统故障检修通常采用故障仿真分析进行检修。地铁牵引系统故障的位置通常位于供电臂原理牵引变电所的远端, 通过对近远端断路故障进行仿真分析, 分别得出近远端断路点的馈线电流, 从中能够看出电流的稳态值会随着故障距离的变化而发生变化, 即随着故障距离的减小而增大, 并且故障点离接触网末端越近, 电流上升的速度也就越慢, 它能够诊断出直流牵引网电压有没有发生突变。模拟仿真分析为了避开牵引变电站子模型的初始阶段存在的暂态过程, 通过设置以下模拟实验进行故障仿真分析, 即设置1台地铁车辆在0.05 s启动, 在0.11 s时分别在2 km、3 km处设置远端故障模拟试验, 以此模仿实际的短路故障。通过分析直流馈线电流仿真结果, 能够得出类似的指数函数, 即距离接触网末端的距离越远, 电流上升的越慢, 电流的稳定值就越高。通过故障仿真分析, 检测地铁车辆直流馈线的电流大小和上升率, 能够准确地检测出牵引系统有没有发生故障。

3 地铁车辆电气系统中辅助系统的故障与检修

3.1 辅助系统故障的主要表现

3.1.1 电容器故障

逆变器内部安装有起到稳压作用的铝电解电容器。铝电解电容器的氧化膜在电容工作时很容易被损坏, 虽然其自身有一定的自愈性, 但是, 当氧化膜的破坏速度大于其自愈速度时, 氧化膜来不及修补, 就会导致氧化膜被损坏甚至是击穿, 导致电容器失效。

3.1.2 电力半导体器件故障

逆变器经常在强烈的电浪涌环境中工作, 逆变器失效通常是由电力半导体器件失效引起的, 但是, 设计师在设计的过程中并不重视对电力半导体器件的保护, 所以, 导致电力半导体器件失效。

3.1.3 弱电半导体器件故障

逆变器中存在许多弱电半导体器件, 只要其中的一个器件失效, 都会降低整个系统的性能, 甚至会使整个系统丧失功能。导致半导体器件失效的原因包括两个方面, 一方面是内因, 由于器件自身的固有可靠性;另一方面是外因导致的故障, 主要包括温度失效、机械过应力失效、静电损伤失效、过电应力失效、湿度失效等。

3.2 辅助系统的故障检修

辅助系统的故障检修方法通常采用神经网络故障诊断法, 主要表现为: (1) 训练创建网络。将采集到的辅助系统的信息样本输入到尚未训练的网络中, 对样本数据进行ANN训练, 经过自学获得期望得到的诊断网络。 (2) 网络诊断。利用神经网络进行前向计算的过程, 即根据诊断输入对系统进行诊断的过程。通过特征提取和预处理, 对辅助系统的信息样本和故障数据进行适当的预处理, 然后在神经网络中进行故障检测。

4 结束语

总而言之, 为了保证地铁车辆电气系统能够正常运行, 应该正确认识电气系统中牵引系统和辅助系统的常见故障, 并运用相应的检修手段准确地找出原因, 然后采取相应的措施进行处理, 保证地铁车辆整体的可靠性, 使地铁车辆能够正常、稳定的运行。

参考文献

[1]李旭.地铁车辆辅助逆变器故障诊断系统研究[D].太原:太原科技大学, 2013.

[2]杜芳.地铁机车建模及直流牵引供电系统故障分析[D].北京:北京交通大学, 2010.

[3]杜永红.轻轨车牵引电机矢量控制研究[D].北京:北京交通大学, 2009.

辅助检修 篇5

关键词：电力变压器,多智能体,状态检修,辅助决策系统

电力变压器是重要的输变电设备之一, 在电力系统中处于枢纽地位, 其运行的可靠性直接关系到电力系统的安全。作为变压器检修的常用方式, 预防性试验和定期检修有很大的盲目性和强制性。近年来, 状态维修作为一种新的检修方式, 受到国内外电力企业的推崇。2008年国家电网公司印发了《设备状态检修管理规定 (试行) 》和《关于规范开展状态检修工作意见的通知》, 并发布了《输变电设备状态检修试验规程》等7项技术标准[1]。其中的《油浸式变压器 (电抗器) 状态评价导则》和《油浸式变压器 (电抗器) 状态检修导则》规范了电力变压器的评价标准, 推进了状态检修工作的开展。但评价涉及状态量较多, 且有些状态量经常变化, 判断标准模糊, 不易具体实施, 如果采用人工评价, 工作量较大且易受主观因素影响。因此, 迫切需要变压器状态检修计算机辅助决策系统, 将相应的过程信息化, 对数据自动采集, 减少人工工作量, 实现变压器状态的客观评价, 并向工作人员提供检修时间、检修等级、重点检查部位等决策性建议, 使状态检修更具针对性, 实现“应修必修、修必修好”, 满足电网安全可靠性以及经济性要求。

智能体 (Agent) 是一种新的智能技术。近年来针对各种应用领域出现了各种各样的Agent, 在复杂系统的开发和实现中起到了越来越重要的作用。本文在变压器状态检修辅助决策系统中引入多Agent技术, 将系统各部分功能分成各自的A-gent模块。通过多个Agent之间的协同工作, 有效解决变压器状态检修的决策问题, 最终实现决策的最优化, 提高整个系统的响应性、能动性和可靠性。

1 多智能体技术

Agent技术来源于分布式人工智能领域, 1986年由Minsky在《The Society of Mind》[2]一书中提出。目前学术界对于Agent还没有一个明确的定义, 但一般认为Agent是一种具有传感器和效应器, 处于某一环境中的智能实体。它通过传感器感知环境;通过效应器作用于环境;它能运用自己所拥有知识进行问题求解;它还能与其他Agent进行信息交流并协同工作。单Agent体系结构如图1所示。

多智能体 (Multi-Agent) 是指由多个Agent组成的一个松散耦合的网络, 各Agent成员之间相互协同、相互服务共同完成一个复杂任务。各Agent之间的活动是自治、独立的, 它们通过竞争、协商、协作等手段来完成系统设定的目标, 并在一定程度上代替人完成部分工作, 扮演人的角色[3]。多智能体系统提供了一种解决复杂问题的方法, 即将复杂问题划分为若干个子问题, 构造若干具有相应功能的Agent, 由这些Agent分工处理相应的子问题。多Agent系统具有自主性、分布性、协调性, 并具有一定的自组织能力、学习能力和推理能力。这种系统在解决实际问题时具有很强的灵活性和鲁棒性, 通过各A-gent之间的协调工作来表达系统的结构、功能及行为特征。多智能体技术为变压器状态检修辅助决策系统提供了一种新的设计思路。

2 基于多智能体的变压器状态检修辅助决策系统框架

变压器的状态检修策略的制定涉及到多方面的因素, 是一个复杂的过程。目前公认的变压器状态检修决策过程是:通过获取和处理电力变压器相关基础资料、实时/历史数据等反映变压器健康状态的特征参数, 评价电力变压器当前健康状况, 预测未来发展趋势。对状态劣化和趋势不良的电力变压器及时发布状态预警消息, 并进行有效的故障模式和原因的分析。最终通过综合优化检修策略模型分析, 提出检修决策建议, 并将决策建议传送到安全生产管理系统, 有效支持状态检修工作的具体实施[4]。变压器状态检修决策流程如图2所示。

由此可见, 电力变压器状态检修辅助决策系统是一个综合型复杂系统, 在功能、时间和空间以及相互关系上表现出极强的交互性、复杂性、智能性。一方面, 每个功能模块实现自己的目标, 具有较强的智能性;另一方面, 各模块间互相通信、彼此协作共同求解整个问题。而Agent是一种具有自主行为的智能体, 其特性非常适合于协作应用, 因此采用多智能体技术来实现电力变压器状态检修辅助决策系统是可行的。

基于此本文构建了基于多智能体技术的变压器状态检修辅助决策系统, 将以前的数据获取、数据处理、状态评价、故障诊断、预测评估、检修决策等模块封装成单个Agent, 各Agent互相通信协作, 联合专业知识库和综合数据库, 解决变压器状态检修决策问题。基于多智能体技术的变压器状态检修辅助决策系统框架如图3所示。图中, 数据获取Agent是系统的输入和外部接口。它从PMS系统、EMS系统和在线监测保护装置中获取反映变压器健康状态指标的各类变压器基础数据、实时数据、检试数据和其他数据, 为进一步的数据处理与判断提供完整的信息资源。数据处理Agent对原始数据进行信号分析和处理, 如数字滤波、信号过滤、消除噪声以及参数识别等, 提取有用特征数据, 并依次存入综合数据库的相应表中。系统管理Agent主要管理系统用户登录信息、系统参数、数据库存取设置等。数据管理Agent管理包括采集数据的分类汇总显示、图形导出以及各种报表工具等。人机接口Agent提供用户与系统交互的接口。状态评价Agent、故障诊断Agent、预测评估Agent和检修决策Agent是系统关键的智能体。

3 关键智能体的构建

3.1 状态评价Agent

状态评价Agent是状态检修决策的前提, 用以准确判定变压器当前的健康状态等级 (正常状态、注意状态、异常状态、严重状态) 。本系统依据国家电网公司《油浸式变压器 (电抗器) 状态评价导则》确定变压器五个部件的共计64个状态量, 其中本体相关的31个、套管8个、分接开关14个、冷却系统6个、非电量保护装置5个。这些状态量视其对变压器安全运行的影响程度, 从轻到重分为4个等级, 对应的权重系数分别1、2、3、4。权重1、权重2与一般状态量对应, 权重3、权重4与重要状态量对应。视状态量的劣化程度又从轻到重分为四级, 分别为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。其对应的基本扣分值为2、4、8、10分。状态量扣分值等于该状态量的基本扣分值乘以权重系数。每个部件的评价结果由若干个状态量的扣分值所决定, 即考虑单项状态量的扣分又考虑部件合计扣分情况。部件状态与评价扣分对应情况如表1所示。变压器的整体评价综合其部件的评价结果。当所有部件评价为正常状态时, 整体评价为正常状态;当任一部件状态为注意状态、异常状态或严重状态时, 整体评价为其中最严重的状态。

3.2 故障诊断Agent

故障诊断Agent是状态检修决策的关键, 用以确定变压器当前的故障性质, 可能存在的故障原因和故障部位。由于变压器故障种类繁多, 涉及面较广, 本系统采用分层诊断、逐层深入细化的策略, 提出故障性质和故障部位的两层诊断模式。对于状态量超标或状态劣化的变压器, 根据油中溶解气体分析各组分的数据, 先初步判断出故障所属的大致类型 (过热型、放电型) ;然后在此分类的基础上, 再结合电气试验数据、外观检查等多种信息, 利用信息融合和神经网络等方法, 逐步寻找支持信息, 使变压器故障诊断不断深入, 逐渐靠近故障的真实情况, 找出其最有可能的故障部位和原因。由于充分利用了多方面的信息, 又结合人工智能方法来进行综合诊断, 因此使变压器故障诊断效果有了较大的提高。变压器故障诊断流程如图4所示。

3.3 预测评估Agent

预测评估Agent利用电力变压器当前和历史状态指标数据, 采用适当的预测算法, 诊断和评价电力变压器的今后某一时期健康状态发展趋势, 并得出将来状态的评价结果。变压器的油中溶解气体含量是变压器绝缘寿命估计和绝缘故障诊断的重要依据, 而其含量受油温、负荷、油的气体分压等诸多因素的影响而发生变化。本系统以灰色系统理论基础, 对变压器油中溶解的七种特征气体即氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳含量进行灰预测, 具有较高的预测精度和较好的稳定性。

3.4 检修决策Agent

检修决策Agent以状态评价Agent结果为基础, 综合考虑故障诊断Agent和预测评估Agent的结论, 给出变压器最优的检修方案 (包括故障描述、处理方法、重点检查内容、注意事项、进一步诊断所需测试项目等) , 并依据状态检修导则的A、B、C、D、E五级标准确定具体的检修项目。最终将建议结果以表格形式通过人机接口Agent递交设备管理人员进行实施安排。

4 实例分析

某330kV枢纽变电站主变, 型号SFPSZ9-180000/330, 于2002年6月投入运行。2010年5月对该变压器大修后, 于5月26日进行了各项试验, 测试结果均正常。在送电后, 于5月30日油色谱检测分析时, 发现油中总烃含量异常增长且乙炔含量严重超标, 油中溶解气体分析数据详见表2。在5月31日停电后进行部分电气试验, 发现变压器高压测直流电阻数据超标, 不平衡率高达13.97%, 变比试验结果异常, 额定分接位置变比差高达0.65%, 其余电气试验均合格。

本文利用基于多智能体的电力变压器状态检修辅助决策系统分别对该变压器在5月26日和5月31日进行2次状态检修决策分析, 其运行结果如下。

第一次分析结果:2010年5月26日

状态评价:正常状态;

故障诊断:无故障;

预测评估:正常状态;

检修决策建议:不需检修。

第二次分析结果:2010年5月31日

状态评价:异常状态;

故障诊断:高压侧A相绕组匝层间短路;

预测评估:严重状态;

检修决策建议:详见表3。

由表3可知, 辅助决策系统给出了该变压器可能的故障, 并对故障进行了描述, 最终检修方案是立即停电处理, 更换或修复绕组, 必要时返厂维修。2010年6月27日工作人员对该变压器进行了吊罩检查, 发现高压A相绕组异常, 更换A相高压线圈。由此可见, 本系统给出的检修决策建议符合实际情况, 对变压器的检修维护提出了切实可行的建议, 验证了决策系统的有效性和优越性。

5 结语

本文在分析电力变压器状态检修复杂决策过程的基础上, 将Agent技术引入决策系统中, 提出了基于多智能体的变压器状态检修辅助决策系统, 给出了系统结构框架, 详细阐述了状态评价Agent、故障诊断Agent、预测评估Agent和检修决策Agent的构建, 并通过实例分析验证了系统的有效性和优越性。目前基于多智能体技术开发的电力变压器状态检修辅助系统已在多家电力公司得到实际运用, 运行结果表明, 该系统运行稳定, 具有较高的决策水平, 有利地支持了变压器状态检修工作的具体实施, 具有较好的实用性和推广性。

参考文献

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