全國輸電線路狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用及開展情況調(diào)研與分析

1、我國輸電線路狀態(tài)檢修和在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用與發(fā)展的調(diào)查與分析1.輸電線路狀態(tài)檢修的概念和意義輸電線路設(shè)備狀態(tài)檢修是一種先進(jìn)的檢修管理方法，它能有效克服常規(guī)檢修帶來的設(shè)備過修或失修問題，給電力系統(tǒng)和社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。通過狀態(tài)維修，根據(jù)設(shè)備檢測(cè)收集的數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備健康狀態(tài)表達(dá)模型和健康指示參數(shù)，采用智能決策算法診斷設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)，預(yù)測(cè)設(shè)備的使用壽命；如有必要，提出維護(hù)建議計(jì)劃。輸電線路是電力系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)。包括絕緣體、配件、塔架和輸電線路。它廣泛分布在平原和高山上，直接暴露在風(fēng)、雪、雨、露等自然環(huán)境中，也受到洪水、滑坡等自然災(zāi)害的破壞，作業(yè)環(huán)境相當(dāng)惡劣。電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行非常重要。輸電線

2、路的可靠性和運(yùn)行直接決定了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。維護(hù)是保證傳動(dòng)設(shè)備健康運(yùn)行的必要手段。做好輸電設(shè)備的維護(hù)工作，盡早發(fā)現(xiàn)事故隱患并及時(shí)消除，使其始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，特別是隨著電力系統(tǒng)向高壓、大容量、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，意義重大。狀態(tài)維修是以設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際工作狀態(tài)為基礎(chǔ)，通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、可靠性評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)，綜合各種設(shè)備的狀態(tài)信息，識(shí)別故障的早期征兆，判斷故障的位置、嚴(yán)重程度和故障的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)分析診斷結(jié)果，在設(shè)備性能下降到一定程度或發(fā)生故障之前進(jìn)行維修。輸電線路設(shè)備管理是電力企業(yè)設(shè)備管理的重要組成部分。維護(hù)管理的質(zhì)量對(duì)電源的健康狀況、運(yùn)行性能和可靠性有很大影響。輸電線路狀態(tài)檢修是一種先進(jìn)的

3、檢修管理方法，能有效克服定期檢修帶來的設(shè)備過修或失修問題，大大提高供電可靠性，給電力系統(tǒng)和社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，需要在今后大力推廣。1.1輸電線路設(shè)備維護(hù)開發(fā)流程我國輸電線路設(shè)備維修模式的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即從后期維修發(fā)展到定期維修，再到狀態(tài)維修。事后維修是20世紀(jì)50年代以前采用的主要方式，即在設(shè)備發(fā)生故障或事故后進(jìn)行維修。這是基于當(dāng)時(shí)沒有形成如此龐大的網(wǎng)絡(luò)，因此設(shè)備故障的影響很小。與此同時(shí)，大多數(shù)設(shè)備都很簡(jiǎn)單，人們不再依賴電力。因此，當(dāng)時(shí)只進(jìn)行簡(jiǎn)單的日常維護(hù)和檢修，沒有進(jìn)行系統(tǒng)檢修和管理。定期維護(hù)是1954年發(fā)展起來的電力系統(tǒng)維護(hù)管理系統(tǒng)，是預(yù)防性維護(hù)系統(tǒng)的一種方法。維護(hù)等級(jí)和周期按照

4、主管部門頒布的國家統(tǒng)一規(guī)定執(zhí)行，統(tǒng)一維護(hù)項(xiàng)目、維護(hù)間隔和維護(hù)周期。這種傳統(tǒng)的維護(hù)系統(tǒng)在以前的定期檢查中確實(shí)發(fā)現(xiàn)了設(shè)備的缺陷和故障，并及時(shí)排除，起到了積極的作用。然而，隨著供電技術(shù)和設(shè)備水平的提高以及改革的深入，定期維護(hù)制度的缺陷越來越明顯。正常情況下，定期維護(hù)系統(tǒng)不判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，即人力、物力和維護(hù)工作安排在預(yù)定的大、中、小維修周期。通常，在維修工作完成后，也缺乏必要的檢測(cè)手段來判斷維修質(zhì)量，即檢測(cè)設(shè)備。因此，設(shè)備維修后處理不當(dāng)造成的事故狀態(tài)維修是一種先進(jìn)的設(shè)備維修管理機(jī)制，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展在維修領(lǐng)域的具體體現(xiàn)。狀態(tài)維修的技術(shù)基礎(chǔ)是對(duì)設(shè)備狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估。根據(jù)監(jiān)測(cè)手段獲得的各種狀態(tài)信息，分析

5、故障發(fā)生的現(xiàn)象，評(píng)估故障發(fā)展的趨勢(shì)，根據(jù)設(shè)備的重要性采取不同的維修策略，合理安排維修時(shí)間和維修項(xiàng)目，使設(shè)備狀態(tài)得到控制和控制，確保電力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。狀態(tài)維修起源于20世紀(jì)60年代的美國航空工業(yè)，后來被用于艦船維修和核工業(yè)維修，并很快被用于電力工業(yè)。目前，國外，如美國、加拿大、法國等，多年來一直采用先進(jìn)的輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修方法。他們有完善的監(jiān)控系統(tǒng)，先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備和一套科學(xué)的管理方法。我國輸電線路狀態(tài)檢修仍處于探索、研究和試驗(yàn)階段。由于我國國情和設(shè)備條件與國外不同，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，建立一套科學(xué)的管理模式、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和各種監(jiān)控設(shè)備，并建立智能的狀態(tài)信息綜合分析專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輸電線路的狀態(tài)檢修

6、。1.2輸電線路狀態(tài)維修所需的技術(shù)支持1.2.1基于狀態(tài)的維護(hù)的含義狀態(tài)維修是根據(jù)設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際工作狀態(tài)，通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段、可靠性評(píng)估手段和壽命預(yù)測(cè)手段，綜合各類設(shè)備的狀態(tài)信息，判斷設(shè)備的狀態(tài)，識(shí)別故障的早期征兆，判斷故障部位及其嚴(yán)重程度，以及故障發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)分析和診斷的結(jié)果，在設(shè)備性能下降到一定程度或發(fā)生故障之前進(jìn)行維護(hù)。狀態(tài)維修包括以可靠性為中心的維修和預(yù)測(cè)維修，兩者關(guān)系密切，但技術(shù)領(lǐng)域不同。以可靠性為中心的維護(hù)是一種維護(hù)策略，它在評(píng)估可能的部件故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可靠性的影響的基礎(chǔ)上確定維護(hù)計(jì)劃。RCM技術(shù)是20世紀(jì)60年代初采用的第一種基于狀態(tài)的維修方法。電力系統(tǒng)中通常采用RCM技術(shù)

7、對(duì)發(fā)電廠和變電站設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢修。一般而言，RCM技術(shù)可用于整體設(shè)備維護(hù)。預(yù)測(cè)性維護(hù)是一種根據(jù)潛在故障和其他信息的在線或離線測(cè)量結(jié)果來安排維護(hù)的技術(shù)。其關(guān)鍵是利用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，對(duì)潛在故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類和分析，以確定設(shè)備(部件)是否需要立即停止運(yùn)行，并及時(shí)采取措施。通常，預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)用于特定關(guān)鍵設(shè)備的維護(hù)。1.2.2輸電線路狀態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目輸電線路缺陷根據(jù)線路本身、輔助設(shè)施缺陷和外部隱患可分為三類：A.設(shè)備本體缺陷，包括基礎(chǔ)、塔架、導(dǎo)體、絕緣子、硬件和接地裝置等缺陷。b .附屬設(shè)施的缺陷，包括附屬于線路本體的各種標(biāo)志、警示標(biāo)志和各種技術(shù)監(jiān)控設(shè)備的缺陷。C.外部隱患，包括外部環(huán)境的變化對(duì)線

8、路的安全運(yùn)行造成一些潛在威脅的情況(如房屋建筑、植樹、堆放物品、棄土等對(duì)線路的影響)。有些缺陷可以由生產(chǎn)線檢查員直接觀察到，這些缺陷可以在生產(chǎn)線正常運(yùn)行的情況下通過帶電作業(yè)消除。巡邏人員不能直接觀察到的缺陷必須用儀器檢測(cè)。目前，通常有三項(xiàng)狀態(tài)檢測(cè)已經(jīng)被執(zhí)行如下：A.檢測(cè)線路絕緣子的等效掛鹽密度，并根據(jù)不同地區(qū)的情況和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得出經(jīng)驗(yàn)值(臨界值)C.用紅外測(cè)溫儀檢測(cè)線路五金件的工作溫度，以正常工作時(shí)五金件的溫度為參考，當(dāng)工作溫度超過正常工作溫度時(shí)，根據(jù)超過的程度指導(dǎo)維修人員如何處理(跟蹤測(cè)量或更換設(shè)備)。這種設(shè)備包括：接線管、張力夾、平行槽夾、排水板等。狀態(tài)維修是在操作人員和維修人員隨時(shí)了解設(shè)備

9、狀態(tài)，加強(qiáng)對(duì)潛在故障設(shè)備的監(jiān)控的情況下進(jìn)行的。它基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和故障診斷的廣泛實(shí)施，并做出全面的維護(hù)決策。1.2.3充分實(shí)現(xiàn)狀態(tài)維修所需的技術(shù)支持A.建立國家信息庫輸電線路狀態(tài)信息庫的建立是狀態(tài)維修的基礎(chǔ)。所有收集的線路狀態(tài)信息必須輸入信息庫進(jìn)行管理。輸電線路狀態(tài)信息庫的內(nèi)容非常復(fù)雜和詳細(xì)。為了提高輸電線路生產(chǎn)管理系統(tǒng)(MIS)和輸電線路地理信息系統(tǒng)(GIS)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)將檢查情況和各種測(cè)試記錄記錄到系統(tǒng)中，使系統(tǒng)能夠正確反映線路的狀態(tài)，從而做出維護(hù)決策。輸電線路地理信息系統(tǒng)和輸電線路生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)地方，輸電線路的狀態(tài)信息已經(jīng)進(jìn)入系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的管理，成

10、為我們?nèi)粘９ぷ髦胁豢扇鄙俚墓ぞ吆偷昧χ?。目前，輸電線路狀態(tài)信息綜合評(píng)估系統(tǒng)和整個(gè)供電企業(yè)的管理系統(tǒng)已經(jīng)初步開發(fā)成功，但還不成熟，因此狀態(tài)評(píng)估和維護(hù)決策工作需要人工完成。狀態(tài)評(píng)估每季度進(jìn)行一次，匯總線路的狀態(tài)數(shù)據(jù)，按照劣化盤形懸式絕緣子檢測(cè)規(guī)程對(duì)線路進(jìn)行評(píng)級(jí)，并根據(jù)評(píng)級(jí)結(jié)果提出線路升級(jí)方案和下一年的大修改造項(xiàng)目。B.復(fù)雜大系統(tǒng)的可靠性評(píng)估。電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，綜合可靠性評(píng)估是RCM技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，也是可靠性工程的重要組成部分。可靠性評(píng)估是根據(jù)設(shè)備的可靠性結(jié)構(gòu)、壽命模型和試驗(yàn)信息，利用統(tǒng)計(jì)方法和手段，對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行性能指標(biāo)評(píng)估的過程。評(píng)估復(fù)雜大系統(tǒng)的可靠性一直是一個(gè)難題。主要原因是由于

11、成本和測(cè)試組織的原因，不可能進(jìn)行大量的系統(tǒng)級(jí)可靠性測(cè)試，只能使用單元測(cè)試信息。如何充分利用機(jī)組和系統(tǒng)的各種信息來準(zhǔn)確評(píng)估系統(tǒng)的可靠性是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題。C.先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)和其他方式獲取各種狀態(tài)信息。D.故障嚴(yán)重性分析。目前，故障和缺陷的評(píng)估方法都是以人為基礎(chǔ)的。由于區(qū)分故障嚴(yán)重程度是判斷設(shè)備是否停止運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)，因此有必要進(jìn)一步研究故障嚴(yán)重程度分類及其分析方法，同時(shí)建立故障分析仿真模型和人工智能判據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)故障診斷和預(yù)測(cè)。E.積極開展現(xiàn)場(chǎng)工作。如今，在線維修設(shè)備的技術(shù)正在逐步提高。如果對(duì)某些部件進(jìn)行在線檢修，可以提高線路運(yùn)行的可用性，保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。目前，80%的電力線路維護(hù)任務(wù)可以

12、在線修復(fù)，因此有必要對(duì)帶電作業(yè)進(jìn)行深入研究。F.壽命評(píng)估。設(shè)備壽命的估算是線路更新的基本依據(jù)，目前采用的基本方法是在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用概率的相關(guān)知識(shí)。例如，CICCE方法用于估計(jì)絕緣子的老化，從而獲得設(shè)備的剩余壽命。2輸電線路狀態(tài)檢修和在線監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀2.1維護(hù)模式和運(yùn)行管理近年來，電力部門十分重視輸電線路的狀態(tài)檢修，投入了巨大的人力物力開展輸電線路狀態(tài)檢修的研究和試點(diǎn)工作。輸電線路狀態(tài)檢修導(dǎo)則、輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、基于在線監(jiān)測(cè)和地理信息系統(tǒng)的輸電線路管理系統(tǒng)相繼推出并應(yīng)用，逐步使輸電線路的檢修模式和運(yùn)行管理科學(xué)化，取得了許多成功經(jīng)驗(yàn)，為今后的全面發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。由于一些在線

13、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(或裝置)的可靠性不高，其應(yīng)用仍在積累經(jīng)驗(yàn)；輸電線路狀態(tài)檢修導(dǎo)則剛剛頒布，輸電線路運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)不完善、不統(tǒng)一。因此，目前我國輸電線路仍實(shí)行定期維修，以狀態(tài)維修為補(bǔ)充，并逐步向狀態(tài)維修過渡。一些地方試行了國家停電檢修，形成了一套國家停電檢修管理辦法。依靠有效監(jiān)測(cè)手段的推廣和長(zhǎng)期積累的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真開展設(shè)備評(píng)估，定期定期停電維護(hù)逐步過渡到不定期停電維護(hù)。一些重要的輸電線路運(yùn)行狀態(tài)和故障信息隨著環(huán)境和輸電線路運(yùn)行狀態(tài)不斷變化，直接影響到輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通常很難獲得實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，包括正常運(yùn)行和故障狀態(tài)信息，如絕緣子泄漏電流的變化和污染的發(fā)展；零值絕緣子的出現(xiàn)；電線下垂和溫度變化

14、；氣候和環(huán)境條件的變化；輸電線路結(jié)冰和舞動(dòng)；塔架和線路的外力破壞；線路高阻單相接地故障；線路故障定位等。這些輸電線路的正?；蚬收线\(yùn)行狀態(tài)與輸電線路的安全運(yùn)行密切相關(guān)，但目前大多數(shù)都依賴于特定條件下的人工檢測(cè)。隨著電網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大和設(shè)備數(shù)量的大量增加，輸電線路實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控越來越困難。即使在特定條件下，檢測(cè)也需要大量的人力，而電源單元一直無法做到這一點(diǎn)。一些線路設(shè)備安裝在維護(hù)人員難以到達(dá)的地方，無法獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在這種情況下，輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的不可知性和故障隱患與大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行之間的矛盾日益突出。近年來，國內(nèi)外許多基于無線通信網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)輸電線路特定狀態(tài)的相關(guān)監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)在電力公司投入

15、運(yùn)行。成熟的有絕緣子污穢在線監(jiān)測(cè)、導(dǎo)線溫度在線監(jiān)測(cè)、圖像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等。然而，大多數(shù)這些設(shè)備只有一個(gè)單一的功能。當(dāng)需要新的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，必須安裝新的監(jiān)測(cè)設(shè)備和相應(yīng)的后臺(tái)軟件，這不僅造成了重復(fù)建設(shè)和投資，增加了維護(hù)工作量，降低了系統(tǒng)的可靠性，而且使得不同廠家和設(shè)備之間的信息交換困難，兼容性差，限制了監(jiān)測(cè)設(shè)備的效能。另一方面，現(xiàn)有輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多監(jiān)測(cè)單一設(shè)施或監(jiān)測(cè)量，缺乏科學(xué)合理的綜合狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，難以準(zhǔn)確描述輸電線路的狀態(tài)，不利于運(yùn)行或維護(hù)計(jì)劃的制定。因此，迫切需要建立一套統(tǒng)一的輸電線路運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，能夠在線監(jiān)測(cè)影響系統(tǒng)運(yùn)行的重要狀態(tài)，幫助線路維護(hù)和運(yùn)行人員全面準(zhǔn)確地掌握輸電線路的實(shí)時(shí)運(yùn)行

16、狀態(tài)，為輸電線路的維護(hù)和安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.2在線監(jiān)測(cè)的功能描述輸電線路遠(yuǎn)紅外熱成像監(jiān)測(cè)。各類在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般都有先進(jìn)的傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)、GPRS/GSM通信系統(tǒng)、專家分析系統(tǒng)和相對(duì)完整的數(shù)據(jù)信息庫。同時(shí)，專家分析系統(tǒng)可以嵌入電力系統(tǒng)管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，查詢方法靈活多樣。目前，輸電線路監(jiān)控系統(tǒng)和輸電線路地理信息系統(tǒng)已在各地投入試運(yùn)行和完善，部分取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。例如，2008年湖南輸電線路覆冰視頻監(jiān)控系統(tǒng)在冰害預(yù)警、監(jiān)測(cè)和輔助決策方面發(fā)揮了一定的作用。輸電線路全工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)中心主機(jī)、線路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集終端和專家軟件組成。該系統(tǒng)以后臺(tái)監(jiān)控和分析為主，輔以前臺(tái)采集和傳輸。線路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集終端安裝在線路桿塔上，數(shù)據(jù)采集終端定期/實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、桿塔傾角、導(dǎo)線張力、絕緣子風(fēng)偏角等信息