高压电力设备在线监测技术第1章-概论.ppt

第一章概论Overview1变压器GIS···电力电缆发电机电容性设备电气设备界定2课程涉及的领域高电压工程电子测试技术电磁兼容人工智能可靠性工程传感技术31.《电气绝缘在线检测技术》，严璋编北京，中国电力出版社，1995.112.《电绝缘诊断技术》，朱德恒、谈克雄主编北京，中国电力出版社，1999.043.《电工高新技术丛书》第五分册(电气设备状态监测与故障诊断技术)朱德恒、谈克雄编北京，机械工业出版社，2000.03主要参考书目4本章内容•电气设备的绝缘故障及其危害性•在线监测与状态维修的必要性及意义•在线监测技术的国内外发展概况及趋势•在线监测系统的技术要求5§1.1电气设备的绝缘故障及其危害性全球截止到2030年仍将有1/5的人口，根本的不到电力供应。美国在未来20年中需要建设1300个发电厂（平均每年65个）才能保证充足的发电能力。否则，加州停电问题就肯定会在全国范围内出现。能源短缺将对美国所有的地区造成影响。发展中国家和不发达国家严重的能源短缺和电力工业的落后状态，已成为影响其经济发展的瓶颈。世界电力之现状6中国电力之现状到2010年底:发电装机容量9.62亿千瓦发电量完成41413亿千瓦时直流超高压线路7085公里，输送能力1856万千瓦中国超高压交直流输电工程的设计建设、运行管理和设备制造水平已处于国际领先地位7电力系统的构成电厂输电网配电网用户8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。9电力系统的稳定性问题电厂电力网用户系统瞬间改变发电、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。10历史上的大停电事故1965年由于保护继电器动作失灵导致的美国纽约大停电，造成近30亿美元经济损失，50多万人被困在地下和地铁的车厢里。1989年3月6日太阳出现过一次强度达的X15级耀斑，伴随产生的太阳风暴导致加拿大电力输送中断，600万人断电9小时之久，经济损失达10亿美元。11停电原因城市电网结构管理不善设备故障检修电源不足外部因素气象影响上海0.062.1245.3139.170.0010.782.56太原1.633.0416.7664.710.5310.313.02长春0.401.8214.6669.260.008.025.84杭州2.974.8218.4467.180.005.341.25广州0.0019.4528.6950.960.000.000.90西宁0.043.7849.5029.190.0017.490.00(%)1213电气设备典型灾难性事故举例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。保证设备安全的基本途径制造100%可靠的设备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。制造这样的大型电力设备，在技术上是极其复杂的，尤其是对于电压等级较高的设备，多数情况下这样的设计在经济上也是不合理的。140102030405060（年）事故率%无在线监测有在线监测运行早期稳定期运行晚期更换可接受的事故速率无在线监测有在线监测§1.2在线监测与状态维修的必要性及意义15电力系统维修方式的演变过程1.事后修理BM（BreakdownMaintenance）或故障维修；2.定期检修TBM（TimeBasedMaintenance）或预防性维修PM（PreventiveMaintenance）；3.状态维修CBM（ConditionBasedMaintenance）或预知性维修（PredictiveMaintenance）。16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。17现行维修体制—定期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、大修和小修构成了定期维修制的基本内容。181.维修周期频繁设备发电机变压器电力电缆GIS小修周期（年）1111大修周期（年）35~10552.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项定期维修制的种种弊端19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220kV开关需投入100多个工作人日，资金2万元。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。3.经济性差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。20大连局的预试统计•1983~1991年，共检测111万片线路绝缘子，测出零值414片，且同一串无2片零值的。——要否每1~3年普测？•1982~1998年，继保及自动化装置不正确动作率：10kV及220kV电压级分别为0.02%及6.2%。——要否每年同样要整定？215.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，反而常常会引入新的故障因素。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。设备仍可能在试验间隔期间内由于微小缺陷的持续发展导致发生故障。22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缺陷。7.预防性试验条件与实际运行工况不同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。23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”24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。状态维修的必要性25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。状态维修的技术可行性26设备状态在线监测故障诊断维修决策状态维修的基础2728电力设备维修方式分类原则后果轻微？状态维修定期维修事故维修NNYNYYYN渐变？数据分散？数据可测？故障模式特征多种维修方式并非对立合理维修以延长寿命29状态维修与监测是一个铜板的两面维修方式决定了所要采用的监测技术；监测与诊断的结果将指导维修策略的建立。30运行现场的两种检测方法带电测量(On-sitedetection)：对在运行电压下的设备，采用专用仪器，由人员参与进行的测量。在线监测(On-linemonitoring)：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。§1.3在线监测技术的国内外发展概况及趋势31设备状态维修管理流程设备检修管理试验数据(离线)OSSQLServer7.0OSSQLServer7.0沪南供电所服务器迎勋变电站服务器SCADA各种在线检测仪(介损,全电流,阻性电流...)!是否生成新的检修工单?触发信号(手动)离线信息在线信息录入历次试验数据!已处理的检修工单诊断修正信息离线数据存储及提取在线数据存储及提取在线数据转换接口执行查询/返回设备台帐各种管理信息的存储与提取任务管理人力资源工作单管理...状态检测/综合诊断...32EPRIPDMProgram的年收益EquipmentLifeEnhancementsOperationEnhancement1%-2%HRAvailabilityImprovements30%-50%MaintenanceSavings5%-15%$1.5to4.0百万/年3334美国优化维修收益35HECO性能提高程度已节省$4.5M用于提高系统可靠性降低非计划维修约50%，更有利于合理利用资源以提高维修效率及系统稳定性MaintenanceMix(asof6/03)28%29%28%30%39%7%8%15%19%19%65%64%57%51%42%0%10%20%30%40%50%60%70%1998199920002001200220032004PreventivePredictiveCorrective36Technologies/Benefits–USUtilities技术方法异常情况比例(%)避免损失效益(%)Thermography860647,560,69764Visual/Ops.303222,202,35419Oil645892,0498UTNoise967946,0208Vibration322134,6401Total1355100*11,735,76010037EPRISPDMProgramImplementationProject-ResultingUTILITYBENEFITSUtility1Utility2Utility3Utility4Utility5Utility6Utility7Utility801234Benifits(million)38SchematicofTransformerConditionAssessmentandConditionBasedLoadingAnalysisDatacollectionandanalysisOnsitetestingandsurveyConditionassessmentDeterminationofloadinglimitsAnalysisonloadingapplicableconditionRatingcalculationRiskoffailureanalysisLossoflifeestimationPTLOADXVisor39SSPG的状态监测成果（一）40SSPG的状态监测成果（二）41状态监测的优点避免事故———提升电网表现去除冲击———延长设备寿命提供数据———支持状态检修42新加坡新能源电网的对策43电网资产管理面对的挑战高服务质量———零事故低服务价格———降低维修成本44新能源运行管理策略45状态监测质保策略46状态监测与资产管理流程47新能源例行状态监测项目48数字化变电站Sincetheelectronictransformerappliedin2004,andthefirstdigitalsubstationwasbuiltin2005,lotsofdigitalsubstationsarebuilding.NetworkinprocesslevelandsmartswitchgearwithsmartterminalandPASSinelectronictransformerhavebeenputintopractice