0  引言

    時至今日，伴隨著電力行業(yè)技術的飛快發(fā)展和電網(wǎng)結構的迅速拓展，陳舊的電力生產管理模式已越來越難以與之適應。第一，電力設備生產安裝質量日趨完善，智能化水平逐步提高，采用設備定期檢修模式不具備科學性，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)結構迅速擴展，維護設備數(shù)量幾何級增加，大大加大了檢修人員的工作壓力。因此，探索科學的生產管理模式，減輕一線生產人員的工作壓力，同時保證電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定，刻不容緩^[1]。

1  “大檢修”體系建設的必要性

1.1  電網(wǎng)的發(fā)展要求構建集約高效的“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)設備技術新、輸送容量大、輸電距離遠、運行環(huán)境復雜，對檢修維護提出了更高要求，構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，也是生產關系適應生產力發(fā)展的必然要求。

1.2  “一強三優(yōu)”現(xiàn)代公司建設要求構建“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)陳舊的生產管理方式，縱向管理層級較多，橫向業(yè)務分工太細，管理機構復雜，資源配置重復，制約了生產效率和管理水平的進一步提高，既不適應以資產全壽命周期管理為核心的現(xiàn)代企業(yè)管理要求，也不適應以設備狀態(tài)檢修為核心的精益化生產要求，因此，構建適應“一強三優(yōu)”現(xiàn)代公司建設要求的“大檢修”體系勢在必行。

1.3  提高供電服務水平要求構建“大檢修”體系

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

    因此，構建更加集約、高效的大檢修體系是十分必要的。

2  “大檢修”的主要建設內容

    國網(wǎng)“大檢修”體系建設的總體思路是：以公司發(fā)展戰(zhàn)略為指導，適應公司和電網(wǎng)“十二五”發(fā)展要求，按照公司“五大”體系建設總體方案，以強化資產全壽命周期管理為主線，以生產精益化為重點，以技術管理創(chuàng)新為保障，通過變革組織架構、創(chuàng)新管理方式、優(yōu)化業(yè)務流程，構建集約化、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、堅持實施運維一體化對員工業(yè)務技能提出了更高的要求。需結合新崗位知識能力要求和員工現(xiàn)有知識結構，開展有針對性的單元制培訓，把運維隊伍培養(yǎng)成為一批“一專多能”、“多專多能”的復合型人才。

4  構建統(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)內部溝通，提高員工工作效率。

5  智能變電站是“大檢修”建設的基礎

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

6  設備在線監(jiān)測配置分析

6.1  變壓器在線監(jiān)測配置分析

    Q／GDW534-2010《變電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術導則》中指出了關于變壓器在線監(jiān)測的有關要求：“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變電站為全戶內變電站，配置智能化變壓器，因此，根據(jù)在線監(jiān)測導則的相關要求及變電站所在地區(qū)的要求，在變電站內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《變電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術導則》中指出了關于GIS組合電器在線監(jiān)測的有關要求：“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)技術導則及江蘇地區(qū)的需求，在變電站內配置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《變電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術導則》中指出了關于避雷器在線監(jiān)測的有關要求：“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)技術導則及江蘇地區(qū)的需求，220 kV變電站在220 kV側避雷器配置阻性電流在線監(jiān)測裝置。

6.4  10 kV開關柜在線監(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)絡測溫法。

    通過對現(xiàn)在國內高壓開關柜在線測溫技術應用情況的調查，發(fā)現(xiàn)在國內市場中技術比較成熟、應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

    電氣設備在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由一次設備在線監(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)測配置方案一的結構示意圖，電氣設備監(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，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間隔內的避雷器根據(jù)通用設備的相關要求，配置智能監(jiān)測器，代替泄漏電流監(jiān)測傳感器；10 kV側開關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備，本方案將各設備的在線監(jiān)測傳感器與智能一次設備集成。

    智能變壓器的智能組件內配置了智能化單元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的智能終端中。10 kV側開關柜內溫度傳感光纖采集的開關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，綜合狀態(tài)指示儀通過RS485將開關柜溫升信息傳至一體化監(jiān)控系統(tǒng)內，通過一體化監(jiān)控系統(tǒng)對各設備的狀態(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)測配置方案一的結構示意圖，電氣設備監(jiān)測配置如表2所示。

7.3  方案對比

7.3.1  技術分析比較

    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備使用年限相同，方案一中所有在線監(jiān)測設備均需獨立配置，日常運行維護成本高；方案二中所有在線監(jiān)測設備均在智能設備中集成配置，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)比較對比結果見表4，設備年限按30年統(tǒng)計。

7.3.3  小結

    通過對方案一與方案二在配置、技術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)測設備配置及傳輸方案

8.1  變壓器的狀態(tài)監(jiān)測設備配置及傳輸方案

8.1.1  變壓器的狀態(tài)監(jiān)測設備配置

    變壓器狀態(tài)量的監(jiān)測及有載開關的監(jiān)控利用變壓器本體既有設備即可，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部。

8.1.2  智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測設備的傳輸方案

    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，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)測設備配置

    （1）220 kV側設備

    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。

    220 kV避雷器安裝在220 kV GIS設備內部，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側設備

    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的智能終端中，再通過光纖傳至一體化監(jiān)控系統(tǒng)內，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開關柜的狀態(tài)監(jiān)測設備配置及傳輸方案

    每面開關柜配置6個光纖溫度傳感單元，通過安裝在開關柜上下靜觸頭上的光纖實時監(jiān)測開關上下靜觸頭的溫度。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)設備配置表

    220 kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)設備配置如表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備，狀態(tài)監(jiān)測信息均通過一次設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)內對采集來的設備在線監(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

    對變電站內電氣設備進行狀態(tài)監(jiān)測，可以實現(xiàn)一體化監(jiān)控系統(tǒng)的設備狀態(tài)可視化功能；可以在變電站內對電氣設備進行自診斷，以智能電網(wǎng)其他相關系統(tǒng)可辨識的方式表述自診斷結果，最終通過一體化監(jiān)控系統(tǒng)將設備狀態(tài)信息及自診斷結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數(shù)據(jù)，使運檢一體化體系信息化平臺能夠對各變電站合理地做出巡視、檢修的安排；完善了設備數(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，變電站一次設備每年運維及檢修費用約為設備購置費的2.2%。在220 kV變電站增設一套在線監(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)測技術后，每年產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，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  結論

    經(jīng)過相關數(shù)據(jù)及實驗的論證，得出“大檢修”是與電網(wǎng)安全、設備安全關聯(lián)度最高的核心業(yè)務，大檢修體系的建設是革故鼎新的改革舉措，是“生產方式要適應生產力發(fā)展要求”的現(xiàn)實回應，是尊重電網(wǎng)發(fā)展規(guī)律的科學實踐的結論。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，同時還能夠實現(xiàn)“大檢修”對智能變電站的相關要求。

參考文獻

[1] 電力工程電氣設計手冊[M]. 北京: 中國電力出版社，1995.

[2] 國家電網(wǎng)公司基建部. 智能變電站建設技術[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)濟技術研究院，遼寧 沈陽110000）