电力系统状态监测

电力系统维修方式的演变过程
1. 事后修理BM（Breakdown Maintenance）或故障维修； 2. 定期检修TBM（Time Based Maintenance）或预防性维 修PM（Preventive Maintenance）； 3. 状态维修CBM（Condition Based Maintenance）或预知 性维修（Predictive Maintenance）。
计划维修制的种种弊端
1. 维修周期频繁
设备 发电机 1 小修周期（年） 3 大修周期（年） 5~10 5 5 变压器 1 电力电缆 1 GIS 1
2. 预防性试验项目过多
电力变压器 32项 发电机 25项 互感器 11项 GIS达 20项
3. 经济性差
大修一台30万kVA的发电机需要大约3个月的时间，耗费资金近百万元。 大修一台12万kVA的变压器需投入300多个工作人日，资金10万元。 大修一台220 kV开关需投入100多个工作人日，资金2万元。
安全第一
“不求有功，但求无过” 是电力运行单位的宗旨。
但要确保电力系统的安全运行，需要非常积极的态度。
保证设备安全的基本途径
制造100%可靠的设备
但随着设备运行年限的增长， 设备的性能会逐年下降。需要 不断的保养和维修。

建立完善的维修计划
虽然设备的质量和可靠性主要取决于设计和制造阶段，但为了保 证设备的正常运行，在很大程度上也需要借助于投运后的维护工 作，即在运行过程中通过对设备进行必要的巡视检查、监测和试 验，建立完善的维修计划，以减少事故的发生，提高运行可靠性。
6. 维修不足
由于采用周期性定期检查，很难预防由于随机因素引起的偶 发事故和发展迅速的故障。设备仍可能在试验间隔期间内由于微 小缺陷的迅速发展导致发生故障。
7. 预防性试验条件与实际运行工况不同
预防性试验是在停电情况下，进行的非破坏性试验，试验电压 一般不超过10kV。而大部分变电设备工作电压为110~ 500kV。很难 正确反映高压电气设备在运行中存在的潜伏性缺陷。同时不能顾及 绝缘劣化、潜伏性缺陷的发生和发展时间，不能及时准确地发现故 障。
菲律宾大停电
菲律宾主岛吕宋岛2002年5月21日由于海底电缆损 坏，引发大面积停电事故，全国人口一半以上受 到影响。首都马尼拉和广泛地区四千多万人没有 电力供应。 这次停电对菲律宾的商业运作造成重大打击。 受停电影响，铁路系统停顿，数以千计的乘客被 困车厢内；菲律宾股票市场也被迫中断交易。
加州大停电
事后维修体制
早期技术及管理水平都很低 ，即使 再重要的设备也只能坏了再修。以致工作 毫无计划性，供电可靠性很低。
简单方便，对消耗性产品是有效的。
随着电力系统的不断扩大，设备故障所 造成的停电损失也越来越大，事后维修无 法满足系统对运行稳定性的需求。
现行维修体制—计划维修
预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一 个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手 段之一。在我国已有40年的使用经验。 预防性试验、大修和小修构成了计划维修制的 基本内容。
破坏点
绝 缘 水 平 监 测 参 量
危险水平 实施修复 注意水平
初期
稳定运行阶段
劣化阶段 设备投运时间 T
注意 阶段
危险阶段
图3
状态维修示意图
运行现场的两种检测方法
带电检测 (On-site detection):对在运行电压 下的设备，采用专用仪器，由人员参与进行 的检测。
在线监测 (On-line monitoring):在不影响设 备运行的条件下，对设备状况连续或定时进 行的监测，通常是自动进行的。
美国加州2002年1月以及3月连续两次发生全州停电 事故。为防止整个系统瘫痪，加州实行了二战后的首次灯 火管制，以避免对电力设备造成损害，引发更大面积的不 能控制的断电事故。电力官员称用电高峰再次对该州设备 严重老化的电力系统带来完全瘫痪的威胁，加州已宣布进 入3级紧急状态。 Cisco、IBM和Intel等公司担心加州能源危机恶化， 正考虑撤离硅谷。加州议会正拟定一项4亿美元的电力拯 救计划。
长时间停电检修，将造成大量的电量损失。300MW机组停运一天，少发 电720万度，直接损失150万元。
4. 增大不安全因素
易发生人身和设备安全事故。 发生在检修、试验人员身上的伤亡事故占全部供电伤亡事故 的77.8%。
停送电过程易造成误操作。
5. 过度维修
对110台高压变压器进行的162台次定期吊检大修结果进行统计。 共发现缺陷24项，其中一般性缺陷23项，危及安全运行的仅1项。 对110kV及以上油开关大修统计表明，95%以上未发现部件损坏。 定期检修虽有成效，但过于保守。实践证明，频繁检修非但 不能改善设备性能，反而常常会因拆卸、组装等频繁而出现过早 损坏及意外故障。
状态维修的技术可行性
虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强随机性， 但大多都具有一个的较为缓慢的发展过程，在这期间，
会产生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特
性发生渐进的量变。根据这些特征量值的大小及变化趋 势，即可对设备的可靠性随时做出判断，从而发现早期
潜伏性故障。
状态维修的基础
设备状态
状态监测
美加大停电
美国东北部和加拿大东部大部分地区2003年8月 14日下午4时20分 ， 因纽约北部一座电厂设备 遭雷击起火，造成大面积停电，波及到美国东 部的纽约、底特律、克利夫兰、托莱多和加拿 大的多伦多、渥太华等大城市，美国关闭了纽 约和俄亥俄等4个州的9个核电站，纽约和多伦 多的地铁全部瘫痪，通讯中断，地面交通拥堵 严重，许多人回不了家，只好露宿街头。由于 正值夏季天气炎热用电高峰，造成极大不便和 巨大损失，恢复供电用了几天的时间，比“9.11” 带来的损失和影响的面积大了许多。
巴西大停电
巴西圣保罗 1999年，由于闪电击中圣保罗的一个变 电站，变压器跳闸导致电网解列，引起巴西南部地区 停电长达4小时之久。停电波及巴西27个州的11个州， 停电地区是巴西人口和工商业最密集的地区，直接影 响1.7亿人的正常工作与生活，经济损失非常严重。 由于停电发生在午间交通高峰时间，交通灯熄灭，引 起严重交通堵塞。
状态维修的必要性
状态维修即根据具体设备的实际情况来确定检修周 期和检修内容的维修体制。 通过对设备运行情况的实时监测，随时查明设备可 能“存在着什么样的隐患，什么时候会发生故障”，预 先得知将要发生事故的部位和时间，设备管理人员因此 可以从容地安排停电计划和组织维修人力，采购必须的 备件，以便在短时间内完成高质量的维修工作。 实现“无病不修、有病才修、修必修好”的目的。
故障诊断
维修决策
状态监测和故障诊断的作用是
1、准确判断运行设备当前处于正常状态还是处于异 常状态； 2、若有故障，则判断故障的性质、类型和原因； 3、根据故障信息和信息处理结果，预测故障的可能 发展，对故障的严重程度、发展趋势作出诊断； 4、提出控制故障的措施，防止和消除故障； 5、提出设备维修的合理方法和相应的反事故措施； 6、对设备的设计、制造、装配等提出改进意见，为 设备全寿命现代化管理提供科学依据和建议。
希腊北部地区2002年6月12日下午由于气温过高， 希腊北部最大城市萨洛尼卡附近一座变电站内的变压器 突然发生爆炸，造成包括该市在内的希腊大部分北部地 区供电中断。发生长达一个多小时的严重停电事故，造 成许多城市交通瘫痪，通讯系统无法正常工作。 瑞典首都斯德哥尔摩于2002年3月11日开始，由于地 下隧道的输电电缆被烧毁，连续两天发生大面积停电事 件，造成许多工厂停产，严重影响了当地居民的正常生 活。 英国南部莱斯特郡5月11日发生大面积停电。 2万多 户家庭连续几天生活在黑暗中。 附近的肯特郡、 萨 塞克斯郡和萨里郡的3.1万户家庭的断电现象则持续了 更长一段时间。
旧金山大停电
美国旧金山1998年2月8日 ， 太平洋天 然气电力公司(PGE)变电站发生停电事 故， 所有从圣马特欧变电站至旧金山 的5条115 kV输电线全部跳开，旧金山 地区2个发电厂解列，456000多个用户 停电。2003年12月20日又发生了一次 大停电，是PGE的一个变电站发生火 灾造成的。 美国西部1996年曾经9个州全部停电， 400多万人生活受到影响。
电力系统的构成
电厂
升压 变电站
输电网
降压 变电站
配电网
箱式 变电站
用户
瞬间平衡的电力系统
电力系统是世界上最大的“瞬间动态平衡系统” 。 发电和用电是同时发生的，基本没有存储环节。 电力系统的所有问题都是围绕这个特点展开的。
电力系统的稳定性问题
发电、输电和用电过程构成了不可分割的整体，任何环节 发生故障都有可能引起链式反应，导致整个系统的崩溃。
辽沈大停电
辽沈地区2001年2月22日遭遇最严重大面积停 电事故，沈阳市区停电面积已经超过70%。辽沈 停电事故是从高压输电线路污闪开始的。辽沈为 我国重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷 瓶上，大雾湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电弧沿着 瓷瓶表面爬升，出现闪烙放电现象。辽沈停电事 故中，几乎所有的高压输电线路都出现污闪，停 电事故最厉害的就是工业集中、污染严重的铁西 区，该区全部停止了电力供应，损失巨大。
电厂
电力网 用户
系 统 瞬 间 改 变
电气设备归类
变压器 电容性设备 电力电缆
Biblioteka Baidu发电机
GIS · · ·
停电原因
(%)
城 市 上海 太原 长春 杭州 广州 西宁 电网结构 管理不善 设备故障 0.06 1.63 0.40 2.97 0.00 0.04 2.12 3.04 1.82 4.82 19.45 3.78 45.31 16.76 14.66 18.44 28.69 49.50 检 修 电源不足 外部因素 气象影响 0.00 0.53 0.00 0.00 0.00 0.00 10.78 10.31 8.02 5.34 0.00 17.49 2.56 3.02 5.84 1.25 0.90 0.00
设备的现代化对设备的维修体制提出了变革的要 求，设备运行的高可靠性和维修方式的经济性已成为电 力系统降低运行成本的关键。
发展中的维修体制—状态维修
状态维修方式的基本思想
“治于未病”
采用状态监测和故障诊断技 术后，可使预防性维修过渡到预 知性维修 — 状态维修，从到期 维修过渡到该修则修，为变电站 无人化提供了技术支持。
在我国，近20年来各大电网中规模较大的停电事故 约有140余起，每次损失数以亿计。近几年事故次数虽 有所下降。但其规模和造成的损失却大幅度扩大和上 升。随着全国电网的形成，电力系统重大事故也更将
危及到我国国家安全。
台湾大停电
台湾1999年7月29日全岛发生五十年来最大的一起停电事故，南北 两条超高压输电线路损坏，进而引发连锁反应，造成台中电厂、通 霄电厂、林口电厂、协和电厂、深澳电厂以及核能一、二、三厂全 部跳闸，总跳机电量高达1000万千瓦，全台湾停电用户高达900万 户。包括机场、医院、科学园等敏感地区，都一度陷入停电状态。 直接经济损失在150 亿新台币以上 。新竹科学园的26座晶片厂生产 线因此停顿1至2天，每座晶片厂的损失估计超过5000万元，由于适 逢月底出货高峰，总计这次大停电造成新竹科园区的损失约新台币 100亿元以上。
纽约大停电
美国纽约2002年3月位于曼哈顿东区的爱迪生联合
电厂突然失火，并引燃了用于发电的燃油。这起事故 造成纽约第14大街以南的6.3万户居民住宅停电，附近 的格林尼治和索霍等地区也受到影响。居住在世贸中 心遗址附近的居民又一次感受到了“９· １１”时的恐 怖气氛。驾车者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行驶， 高大建筑内的人们在漆黑的楼道里摸索着前行，耳边 不时传来阵阵警笛声。
39.17 64.71 69.26 67.18 50.96 29.19
1981～1990年间，我国主要电网有近1/3的电网事故 的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在“八五” 期间，由设备故障直接引发的电网事故占事故总量 的26.3%， 可见提高设备的运行可靠性是保证电力 系统安全运行的关键。 现代电力设备的可靠性在很大程度上取决于其 绝缘的可靠性。