0  引言

    時至今日，伴隨著電力行業(yè)技術(shù)的飛快發(fā)展和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的迅速拓展，陳舊的電力生產(chǎn)管理模式已越來越難以與之適應(yīng)。第一，電力設(shè)備生產(chǎn)安裝質(zhì)量日趨完善，智能化水平逐步提高，采用設(shè)備定期檢修模式不具備科學(xué)性，而且容易發(fā)生檢修過剩，造成人、財、物的不必要浪費；第二，近年來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)迅速擴展，維護設(shè)備數(shù)量幾何級增加，大大加大了檢修人員的工作壓力。因此，探索科學(xué)的生產(chǎn)管理模式，減輕一線生產(chǎn)人員的工作壓力，同時保證電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定，刻不容緩^[1]。

1  “大檢修”體系建設(shè)的必要性

1.1  電網(wǎng)的發(fā)展要求構(gòu)建集約高效的“大檢修”體系

    在“十一五”期間，以特高壓為特征的國家電網(wǎng)取得長足發(fā)展。到“十二五”末期，國家電網(wǎng)特高壓主網(wǎng)架將建成投運。特高壓大電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)新、輸送容量大、輸電距離遠、運行環(huán)境復(fù)雜，對檢修維護提出了更高要求，構(gòu)建滿足特高壓大電網(wǎng)發(fā)展要求的“大檢修”體系勢在必行，也是生產(chǎn)關(guān)系適應(yīng)生產(chǎn)力發(fā)展的必然要求。

1.2  “一強三優(yōu)”現(xiàn)代公司建設(shè)要求構(gòu)建“大檢修”體系

    長期以來，公司系統(tǒng)普遍采用的是比較傳統(tǒng)陳舊的生產(chǎn)管理方式，縱向管理層級較多，橫向業(yè)務(wù)分工太細，管理機構(gòu)復(fù)雜，資源配置重復(fù)，制約了生產(chǎn)效率和管理水平的進一步提高，既不適應(yīng)以資產(chǎn)全壽命周期管理為核心的現(xiàn)代企業(yè)管理要求，也不適應(yīng)以設(shè)備狀態(tài)檢修為核心的精益化生產(chǎn)要求，因此，構(gòu)建適應(yīng)“一強三優(yōu)”現(xiàn)代公司建設(shè)要求的“大檢修”體系勢在必行。

1.3  提高供電服務(wù)水平要求構(gòu)建“大檢修”體系

    若要建設(shè)堅強智能電網(wǎng)，設(shè)備可靠運行是基礎(chǔ)。根據(jù)目前我國電工電氣裝備制造水平，更需對設(shè)備的運行狀態(tài)進行連續(xù)、全面和科學(xué)的監(jiān)測和評價，通過精益化的管理延長使用壽命，提高設(shè)備可靠性。傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)管理模式不適應(yīng)以設(shè)備狀態(tài)（檢修）管理為核心的精益化生產(chǎn)要求，急需進一步完善生產(chǎn)管理體系，整合運檢業(yè)務(wù)，強化設(shè)備狀態(tài)管理，不斷提高設(shè)備運行可靠性和供電優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。

    因此，構(gòu)建更加集約、高效的大檢修體系是十分必要的。

2  “大檢修”的主要建設(shè)內(nèi)容

    國網(wǎng)“大檢修”體系建設(shè)的總體思路是：以公司發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)，適應(yīng)公司和電網(wǎng)“十二五”發(fā)展要求，按照公司“五大”體系建設(shè)總體方案，以強化資產(chǎn)全壽命周期管理為主線，以生產(chǎn)精益化為重點，以技術(shù)管理創(chuàng)新為保障，通過變革組織架構(gòu)、創(chuàng)新管理方式、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建集約化、扁平化、專業(yè)化的“運維和檢修”一體化管理體系（簡稱運檢一體化），顯著提升公司生產(chǎn)效率和效益^[2]。

3  “大檢修”對“人”提出的要求

    推進大檢修體系的不斷建設(shè)、堅持實施運維一體化對員工業(yè)務(wù)技能提出了更高的要求。需結(jié)合新崗位知識能力要求和員工現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)，開展有針對性的單元制培訓(xùn)，把運維隊伍培養(yǎng)成為一批“一專多能”、“多專多能”的復(fù)合型人才。

4  構(gòu)建統(tǒng)一的運檢一體化體系信息化平臺是“大檢修”的手段

    管理信息系統(tǒng)集成了缺陷管理、設(shè)備臺賬、檢修臺賬、運行日志、兩票管理、備品備件、現(xiàn)場臺賬、值班管理等模塊，可以有效促進企業(yè)內(nèi)部溝通，提高員工工作效率。

5  智能變電站是“大檢修”建設(shè)的基礎(chǔ)

    智能變電站包含電氣一次設(shè)備、智能二次設(shè)備及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等，而設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為“大檢修”提供了最直接、最有利的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6  設(shè)備在線監(jiān)測配置分析

6.1  變壓器在線監(jiān)測配置分析

    Q／GDW534-2010《變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》中指出了關(guān)于變壓器在線監(jiān)測的有關(guān)要求：“1）500千伏（330千伏）電抗器、330千伏、220千伏油浸式變壓器宜配置油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置；2）220 千伏及以上電壓等級變壓器、換流變可根據(jù)需要配置鐵心、夾件接地電流在線監(jiān)測裝置；3）220千伏及以上電壓等級變壓器宜預(yù)留供日常檢測使用的超高頻傳感器及測試接口，以滿足運行中開展局部放電帶電檢測需要；對局部放電帶電檢測異常的，可根據(jù)需要配置局部放電在線監(jiān)測裝置進行連續(xù)或周期性跟蹤監(jiān)視。”

    220 kV變電站為全戶內(nèi)變電站，配置智能化變壓器，因此，根據(jù)在線監(jiān)測導(dǎo)則的相關(guān)要求及變電站所在地區(qū)的要求，在變電站內(nèi)對變壓器配置油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置，配置局部放電傳感器。

6.2  GIS組合電器在線監(jiān)測配置分析

    Q／GDW534-2010《變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》中指出了關(guān)于GIS組合電器在線監(jiān)測的有關(guān)要求：“斷路器及GIS（含HGIS）：1）500千伏及以上電壓等級SF6斷路器或220千伏及以上電壓等級GIS可根據(jù)需要配置SF6氣體壓力和濕度在線監(jiān)測裝置；2）220千伏及以上電壓等級SF6斷路器及GIS可逐步配置斷路器分合閘線圈電流在線監(jiān)測裝置。”

    根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則及江蘇地區(qū)的需求，在變電站內(nèi)配置SF6氣體壓力在線監(jiān)測，配置局部放電傳感器。

6.3  避雷器在線監(jiān)測配置分析

    Q／GDW534-2010《變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》中指出了關(guān)于避雷器在線監(jiān)測的有關(guān)要求：“金屬氧化物避雷器：220千伏及以上電壓等級金屬氧化物避雷器宜配置阻性電流在線監(jiān)測裝置。”

    根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則及江蘇地區(qū)的需求，220 kV變電站在220 kV側(cè)避雷器配置阻性電流在線監(jiān)測裝置。

6.4  10 kV開關(guān)柜在線監(jiān)測選擇

    目前觸頭溫度在線監(jiān)測方法主要有CCD攝像頭監(jiān)測示溫蠟片測溫法、紅外測溫法、光纖測溫法和無線網(wǎng)絡(luò)測溫法。

    通過對現(xiàn)在國內(nèi)高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)應(yīng)用情況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)市場中技術(shù)比較成熟、應(yīng)用比較廣泛的基于光纖溫度傳感器的測溫法。因此，采用基于光纖溫度傳感器的測溫法。

7  變電站在線監(jiān)測配置方案

7.1 方案一

    電氣設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由一次設(shè)備在線監(jiān)測傳感器、狀態(tài)監(jiān)測IED及在線監(jiān)測主站幾個部分組成，如圖1所示。

    在220 kV變電站配置一套在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要針對變壓器、220 kV GIS組合電器及220 kV避雷器進行狀態(tài)監(jiān)測。

    變壓器配置油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置，局部放電（預(yù)留供日常檢測使用的超高頻傳感器及測試接口）；GIS組合電器中配置SF6氣體密度在線監(jiān)測，局部放電（預(yù)留供日常檢測使用的超高頻傳感器及測試接口）；220 kV避雷器配置阻性電流在線監(jiān)測裝置。

    每臺主變配置一臺狀態(tài)監(jiān)測IED，用于接收主變的在線監(jiān)測信息；220 kV GIS間隔配置2個態(tài)監(jiān)測IED，用于接收220 kV GIS及220 kV避雷器的在線監(jiān)測信息。通過通信電纜將監(jiān)測信息傳至在線監(jiān)測主機中。圖2為變電站在線監(jiān)測配置方案一的結(jié)構(gòu)示意圖，電氣設(shè)備監(jiān)測配置如表1所示。

7.2  方案二

    為了配合“大檢修”體系的建設(shè)，在220 kV變電站配置一套在線監(jiān)測系統(tǒng)，主要針對變壓器、220 kV和110 kV GIS組合電器、220 kV避雷器及10 kV開關(guān)柜進行狀態(tài)監(jiān)測。

    變壓器配置油中微水傳感器，配置局部放電傳感器；220 kV GIS組合電器中配置SF6密度傳感器，配置特高頻局部放電傳感器；110 kV GIS組合電器中配置SF6密度傳感器；220 kV間隔內(nèi)的避雷器根據(jù)通用設(shè)備的相關(guān)要求，配置智能監(jiān)測器，代替泄漏電流監(jiān)測傳感器；10 kV側(cè)開關(guān)柜配置溫度傳感光纖。

    主變、220 kV及110 kV GIS組合電器均為智能化設(shè)備，本方案將各設(shè)備的在線監(jiān)測傳感器與智能一次設(shè)備集成。

    智能變壓器的智能組件內(nèi)配置了智能化單元TIED，具有對變壓器運行狀態(tài)在線連續(xù)監(jiān)測和綜合評估診斷的功能，本方案中，變壓器的在線監(jiān)測信息量均接入智能化單元TIED中。智能220 kV及110 kV GIS組合電器中的智能終端同樣集成了設(shè)備運行狀態(tài)在線連續(xù)監(jiān)測和綜合評估診斷的功能，將220 kV及110 kV GIS組合電器和220 kV避雷器的在線監(jiān)測信息量接入本間隔內(nèi)的智能終端中。10 kV側(cè)開關(guān)柜內(nèi)溫度傳感光纖采集的開關(guān)柜觸頭溫升信息接入本柜綜合狀態(tài)指示儀中。

    主變TIED與220 kV間隔智能終端均可通過光纜將在線監(jiān)測信息傳至一體化監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，綜合狀態(tài)指示儀通過RS485將開關(guān)柜溫升信息傳至一體化監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，通過一體化監(jiān)控系統(tǒng)對各設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測信息進行統(tǒng)一監(jiān)測和綜合評估診斷分析。圖3為變電站在線監(jiān)測配置方案一的結(jié)構(gòu)示意圖，電氣設(shè)備監(jiān)測配置如表2所示。

7.3  方案對比

7.3.1  技術(shù)分析比較

    方案一與方案二的對比如表3所示。

7.3.2  全壽命周期成本比較

    對220 kV變電站在線狀態(tài)監(jiān)測的配置方案一和方案二做了全壽命周期成本計算及對比，采用了全壽命周期成本LCC簡化計算的方法：

    （1）投入成本(CI)比較

    方案一的一套在線監(jiān)測裝置采購成本按300.3萬元計，方案二的一套在線監(jiān)測裝置采購成本按120萬元計，建設(shè)成本相差3倍多。

    （2）運行維護成本(CO、CM)比較

    方案一和方案二的設(shè)備使用年限相同，方案一中所有在線監(jiān)測設(shè)備均需獨立配置，日常運行維護成本高；方案二中所有在線監(jiān)測設(shè)備均在智能設(shè)備中集成配置，日常運行維護成本較低。

    （3）其他成本比較

    由于二者懲罰成本(CF)與廢棄成本(CD)相差不大，此處不作詳細比較。

    （4）全壽命成本(LCC)比較對比結(jié)果見表4，設(shè)備年限按30年統(tǒng)計。

7.3.3  小結(jié)

    通過對方案一與方案二在配置、技術(shù)和全壽命周期成本方面進行全面的比較，可以發(fā)現(xiàn)，方案二更適用于變電站，并能更好地滿足“大檢修”的要求。因此，在220 kV變電站采用方案二的在線監(jiān)測配置方案。

8  變電站狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備配置及傳輸方案

8.1  變壓器的狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備配置及傳輸方案

8.1.1  變壓器的狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備配置

    變壓器狀態(tài)量的監(jiān)測及有載開關(guān)的監(jiān)控利用變壓器本體既有設(shè)備即可，不需要新增監(jiān)測元件；而變壓器的油中微水傳感器及局部放電傳感器均在制造時預(yù)置安裝好，并規(guī)范好傳感器的信號接口。

    （1）油中氣體監(jiān)測傳感器

    傳感器安裝在變壓器油箱底部的放油閥處，如圖4所示。連續(xù)在線監(jiān)測變壓器油中氫氣(H₂)、一氧化碳(CO)、乙烯(C₂H₄)、乙炔(C₂H₂)4種混合氣體的濃度和變化趨勢。

    （2）局部放電傳感器

    主變配置局部放電傳感器，局部放電傳感器安裝智能變壓器本體內(nèi)部。

8.1.2  智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備的傳輸方案

    變壓器的監(jiān)測量可通過控制電纜或RS485線傳至變壓器智能組件柜內(nèi)的智能化單元TIED中，再通過光纖傳至一體化監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，在一體化監(jiān)控系統(tǒng)進行統(tǒng)一處理。變壓器狀態(tài)監(jiān)測信息示意圖如圖5所示。

8.2  組合電器的狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備配置及傳輸方案

8.2.1  220 kV及110 kV智能組合電器的狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備配置

    （1）220 kV側(cè)設(shè)備

    220 kV 電壓等級組合電器配置SF6密度傳感器，傳感器安裝在本體外殼并通過導(dǎo)管和氣室連通。

    220 kV電壓等級GIS配置超高頻傳感器，傳感器安裝在斷路器氣室內(nèi)。

    220 kV避雷器安裝在220 kV GIS設(shè)備內(nèi)部，因此避雷器只需配置智能監(jiān)測器，用于監(jiān)測泄漏電流及放電次數(shù)。

    （2）110 kV側(cè)設(shè)備

    110 kV電壓等級組合電器配置SF6密度傳感器，傳感器安裝在本體外殼并通過導(dǎo)管和氣室連通。

    組合電器在線監(jiān)測傳感器布置圖如圖6所示。

8.2.2  智能組合電器狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備的傳輸方案

    220 kV GIS組合電器、220 kV避雷器及110 kV GIS組合電器的狀態(tài)監(jiān)測量可通過控制電纜或RS485線傳至組合電器智能組件柜內(nèi)的智能終端中，再通過光纖傳至一體化監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，在一體化監(jiān)控系統(tǒng)進行統(tǒng)一處理。智能組合電器狀態(tài)監(jiān)測信息示意圖如圖7所示。

8.3  10 kV開關(guān)柜的狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備配置及傳輸方案

    每面開關(guān)柜配置6個光纖溫度傳感單元，通過安裝在開關(guān)柜上下靜觸頭上的光纖實時監(jiān)測開關(guān)上下靜觸頭的溫度。通過傳感光纖傳至綜合狀態(tài)指示儀上。

8.4  變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備配置表

    220 kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備配置如表5所示。

9  在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺的配置

    在220 kV變電站采用智能一次設(shè)備，狀態(tài)監(jiān)測信息均通過一次設(shè)備的智能二次組件傳至變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)，在一體化監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)對采集來的設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息進行處理，完成數(shù)據(jù)辯識、數(shù)據(jù)估計、信息整合、信息分類、數(shù)據(jù)及信息記錄和共享功能。在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺的配置如圖8所示。

10  狀態(tài)監(jiān)測在“大檢修”中的作用

    對變電站內(nèi)電氣設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測，可以實現(xiàn)一體化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)可視化功能；可以在變電站內(nèi)對電氣設(shè)備進行自診斷，以智能電網(wǎng)其他相關(guān)系統(tǒng)可辨識的方式表述自診斷結(jié)果，最終通過一體化監(jiān)控系統(tǒng)將設(shè)備狀態(tài)信息及自診斷結(jié)果上送至上級部門的PMIS運檢一體化體系信息化平臺，作為運檢一體化體系信息化平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使運檢一體化體系信息化平臺能夠?qū)Ω髯冸娬竞侠淼刈龀鲅惨暋z修的安排；完善了設(shè)備數(shù)據(jù)庫的建立，促進“大檢修”的發(fā)展。

11  效益分析

    通過近年來統(tǒng)計的一些數(shù)據(jù)顯示，變電站一次設(shè)備每年運維及檢修費用約為設(shè)備購置費的2.2%。在220 kV變電站增設(shè)一套在線監(jiān)測裝置后，可節(jié)省10%~15%的運維及檢修費用，在開展電氣設(shè)備狀態(tài)檢修后每年可節(jié)約費用3~4.5萬元。

    一體化監(jiān)控系統(tǒng)具有故障提前預(yù)警功能，可以減少變電站的故障發(fā)生概率，由此可以降低故障搶修的恢復(fù)成本，還可以降低由故障引起的停電損失費、電網(wǎng)支援費等。故障成本每年可節(jié)約1.5萬元左右。

    綜上所述，在采用在線監(jiān)測技術(shù)后，每年產(chǎn)生的直接及間接效益為3.5~5萬元，在變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)運行時間內(nèi)，去除全壽命周期成本，還可節(jié)約資金60~100萬元，這對于220 kV變電站而言，經(jīng)濟效益比較可觀。

12  結(jié)論

    經(jīng)過相關(guān)數(shù)據(jù)及實驗的論證，得出“大檢修”是與電網(wǎng)安全、設(shè)備安全關(guān)聯(lián)度最高的核心業(yè)務(wù)，大檢修體系的建設(shè)是革故鼎新的改革舉措，是“生產(chǎn)方式要適應(yīng)生產(chǎn)力發(fā)展要求”的現(xiàn)實回應(yīng)，是尊重電網(wǎng)發(fā)展規(guī)律的科學(xué)實踐的結(jié)論。因此，在現(xiàn)今的220 kV變電站配置本文所論述的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)方案，不僅可以滿足新一代智能變電站的運行要求，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)“大檢修”對智能變電站的相關(guān)要求。

參考文獻

[1] 電力工程電氣設(shè)計手冊[M]. 北京: 中國電力出版社，1995.

[2] 國家電網(wǎng)公司基建部. 智能變電站建設(shè)技術(shù)[M]. 北京: 中國電力出版社，2011.

作者信息:

鄢  闖，南  哲，盧天琪，蔣  理，修  策，滿林坤，何  昕，劉松楠，蘆思晨

（國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽110000）