Alan Wilson （阿兰 ∙ 威尔逊）
Doble Engineering Company （道波科技）
摘要目前，许多亚洲国家的经济都在快速增长，进而使电力企业加速投资于新一代的输电和供电的基础设施以满足电力负荷增长的需要。但是，增加电力生产能力最为迅速和有效的方法就是提高现有电力资产的效用和生产率。这意味着电力企业必须尽可能了解致使效能降低的各种原因并采取相应的补救措施。而电力企业只有引进创新的解决方案并结合最佳的实践经验才能达到这一目标。

Doble设计的解决方案能够改善电网的可靠性。设计依据的原则是现有电力资产的状况和风险，电力设备问题和故障的知识资料库，以及从交换相关设备性能信息的客户网络所获取的有关信息。有了这些信息，Doble 即可根据关键设备（在不利环境下仍可确保准确性和稳定性）的应用情况来设计相应的状况评估方法。


1 简介

现代的电力企业均需在现有的条件下和可接受的成本范围内对电网性能和供电安全进行优化。尽管世界各国所面临的制约因素各不相同，但在已有的和新增的电力网络中的许多问题却是共同的。电力企业对已有电网的投资速度无法满足管理设备老化或电力负荷增长 [1] 的需要；与此同时，新增的电网发展迅速，而新的相应配套设施建设却未能及时跟上。

这些电力企业面临的共同问题是：如何使已有设备和新装设备的效用达到最高以使投资效益最大化。这需要电力企业对制约设备效能的因素有充分的了解。在某些情况下，个别设备可能会产生可观的利润。而在其它情况下，如新设备尚不能充分产出而旧设备即将老化时，则没有任何利润可言。因此，我们未必有机会提高现有设备的效能或发现其异常的运转状况。实施电力资产风险管理 (ARM) 方法可以解决这些问题，该方法就资产运作的风险提供了详细的说明。

ARM 方法的第一阶段是确定设备性能对电网性能和供电安全的影响。（将于今年在奥斯陆举行的第 11 届年度 Doble 欧洲大会 [2] 上会就相关的国际经验展开讨论。）该阶段应确定导致系统中断的各种情形以及相关设备的类型和电压。下一步是对确认为“关键”资产的每种资产类型进行资产风险记录。资产记录表按类型、品牌信息和位置罗列每项设备，每行均提供状况评估及相关的风险信息。风险分析将包括在高、低和额定状态下运转时设备可靠性的风险分析。风险还将包括因设备故障而导致的系统性风险，涉及以下几方面：(1) 电力中断 (2) 非折旧资本价值 (3) 环境影响 (4) 安全。如有重大风险，则需确定风险干预措施。在某些情况下，这些是例行工作并属于正常维护工作的范畴。状态维护和可靠性维护是以减少已知风险为目标的风险管理活动。

本文将讨论 Doble 在为面临这些问题的电力企业客户提供服务时所获得的实际经验。早在八十五年前，Doble 就已经是绝缘测试设备的制造商。多年来，Doble 已在电力行业积累了大量宝贵的知识资源。每年在美国波士顿举行的国际客户会议已成为 Doble 的一项长期的传统会议，其历史已逾 75 年。该项为期一周的技术会议已吸引了来自世界各地的 1000 多名电力企业工程师参加。他们齐聚一堂，讨论电力设备的各种新问题。电力设施维护工程师都将这项会议视为重要的国际会议。

Doble 的其它维护工程活动包括设立电力设施工程设备维护委员会、举办世界范围的地区大会、开设维护工程师的互动电子邮件论坛、收集设备故障数据，并结合累积 85 年之久的测试数据来解释测试结果。此外，Doble 还在英国、挪威、印度和澳大利亚设有分公司，从事电力企业的资产检测和管理服务。

• 通过资产状态评审进行风险管理

资产风险管理问题的关键是通过资产状态评审来确定风险和机会所在，涉及以下几个方面：

• 通过故障统计和实地调查，了解已有设备总的优缺点。此信息可为设计组确定评估依据，找出共同的缺陷和故障模式。
这是用来评估设备状况的一种成熟、有效的方法 – 对新安装的设备同样有效。同时，该状况评估方法可以确定要采取的措施及其目的，还可将设备失灵和老化等问题与相关的诊断策略联系起来。
• 对于个别部件，可能有必要针对其以往的使用状况进行运行环境评审。
• 使用有诊断能力、可发现缺陷的应用程序是必不可少的。也就是说，所使用的测试设备在不利环境下也能正确运行，并且配备大型数据库以记录各项结果。测试设备可以非入侵式测量的方式在线使用，也可以配备具有更多离线诊断搜索功能的监视设备在线使用。
• 了解设备不可靠的各种新原因及发展趋势是十分重要的，全球的电力企业可通过论坛就这些问题展开讨论。
• 鼓励电力企业参与研究新问题并设计解决方案的团体建立紧密的联系。

图 1 基本的资产状态评审

图 1 是这些测试活动的最终结果。这是 Doble 在英国电力企业进行资产状态评审的一部分。该表列出了一种设备类型的评分结果，并使用“红绿灯”的方式标示了相关的风险。该状态评审显示了个别状态的评估结果。Doble 的部件状态评估采用了文档记录和数字计分的方式。Doble 的评估结果可用于：

• 外部状况评估、内部检查和设备报废拆解
• 每个部件的测试评估（见表 1）。
• 变压器、查找故障气体的关键依据。

以下，表 1 所示的例子是涡轮发电机的状况评估结果，此发电机的芯铁夹持器已经严重老化，转子出现间歇性故障且定子绕组出现移位。该表的基本评估结果显示了每个设计元素的状况以及由此得出的分数。依照可能引起初期故障的严重性级别，某些元素显得更为重要。表 1 的最后一列是将状况分数乘以相关的影响系数而得出的整体风险分数。部分获得状况分数的方法将在第 3 节加以阐述。

方面		设计或部件状况的评估 E	影响系数F	寿命危害性分数ExF
B. 部件级分数 部件普遍老化 –		1-10 (10=最低等级)	0-1.0 (1.0=对寿命危害最大)
B1	定子芯体	3	0.8	2.4
B2	定子芯铁夹持器/型芯撑	10	1.0	10
B3	定子绕组介质	4	0.8	3.2
B4	定子绕组机械	7	0.6	4.2
B5	转子绕组电机	6	0.6	3.6
B6	转子绕组机械	4	0.4	1.6
B7.1	转子体（圆柱）	4	0.8	3.2
B7.2	转子磁轭/磁极（凸极）	不适用	0.8	不适用
B8	框架结构	4	0.6	2.4
B9	冷却系统	4	0.6	2.4
B10	轴承	4	0.5	2.0
B11.1	滑环/电刷装置	不适用	0.4	不适用
B11.2	励磁/PMG	6	0.5	3.0
B12	配件/仪器	7	0.2	1.4
总分		63		39

表 1 涡轮发电机的状况评估

在资产状态方法中，可对这些表格作两种处理。一是将所有相似的测试数据编译到一个主表，如图 1 所示的资产状态评审。与表 1 相似，其列表也是依照相应的状况分数来排列的。个别部件的结果均使用相关评分系统进行评估，并组合到“成绩表”中，同时使用红绿颜色代码表示汇总的结果。但这个分数并非永久性的。二是评估风险干预措施的成本。在上述例子（表 1）中，最大的风险是因螺栓芯过松引起的，而螺栓芯的矫正比较容易，成本也较低。根据成本价值，转子的重绕可能更为困难。如果旋紧螺栓，则“成绩表”中的分数和排名都将发生变化。

用于创建资产风险管理评审的方法将在第 3 节中阐述。

3 评估设备状况方法的应用

评估风险的第一阶段是了解设备失灵与故障发生的原因。 第二阶段是确定并应用相关的诊断策略。

3.1 了解故障的原因
电力资产风险管理的首要问题是了解造成设备故障的原因或设备丧失可用性的几率；即对运行中的设备进行外观检查、“拆除性”调查、及收集故障统计信息并按设计组进行分类。对发电机进行外观检查是识别机械老化的最佳时机，在断电取出转子时尤其如此。相反地，对其它大多类型的设备进行外观或内部检查，来确定老化现象则见效甚少，对变压器尤其如此。只有当对变压器拆开，进行故障调查或变压器报废时才能查看其零部件的老化迹象。因此，对变压器进行资产寿命管理，以及采用有效的仪器测试方案就显得相当重要了。

特别是，当拆开诸如变压器等贵重资产时，对所有零部件进行有系统的评估就显得尤为重要。所得的信息有助于形成有效诊断方案，并可为同一设计组中其余部件的寿命管理提供背景信息。Doble 用于这些检查的方法是为了确定可重复的测试过程。这涉及到列出所有相似的设备零部件及其老化模式。因此，验收工程师必须使用系统的方法来记录对零部件的检查，并对设备的良好或不良状况进行打分。可以使用简单的数字系统来记录证据，例如，1分代表状况良好，5 分代表不可接受，严重老化。此信息及其它服务调查所获信息均会考虑对通用设计优缺点的一一评估。

在一些国家，尤其在欧洲，大型国有电力公司的大部分电网设备均会从本国的工厂购买。因此，他们可以构建一个非常有效的设备故障与问题数据库。这样他们就不仅能确定故障的原因，还能确定每一设计组的故障率。但是，电力管制的解除、地方电力企业的解体和制造部门的合并都会对此产生不小的影响。在美国，行业范围的数据库更为需要。Doble拥有最全面的数据库，收集了 25 年来客户所反馈的问题和故障报告。可以通过 Doble 的联网资料库来访问这些收集来的数据。此资料库对北美的电力企业是非常有价值的。Doble拥有超过98% 的美国政府和其他投资者所投资的美国电力企业客户。Doble 在全球范围内的电力企业客户数量的增长，意味着Doble的电力知识和设备故障测试资料库也不断发展，进而涵盖来自全球各地生产电力设备的数据。CIGRE 和 IEEE 也收集的电力设备的故障数据，其中“金”书系列中所记录的 IEEE 数据对查找有关发电站设备（如，电缆、开关装置、电动机和变压器）的信息比较有效。 但是，CIGRE 和 IEEE所收集的数据也有他们很大的局限。

例如，最重要的电力资产类别之一是变压器，CIGRE 对此的上次勘测是 1984 年 [3]，其 10 年来的评估仅包含 1000 例故障。相比而言，Doble 的数据更全面、更新。表 2 是 CIGRE 5 年测试所得变电站数据，与 Doble 对最近 1500 例故障进行分析所得数据的比较。CIGRE 数据大都是关于早期传输网络制造的抽头切换开关不可靠性问题。许多问题随着故障时间的推移都得以解决，这些在 Doble 数据中均有所报告。Doble 数据更多地集中在绕组和绝缘套管问题上。还有一个问题，许多国际上的调查都不是按设计组和制造商来收集数据的。而 Doble 是这样做的，如表 2 第 3 列所示。此数据是所选设计组与大多数情况的比较，这种比较是在相似的时间跨度中进行，在大体相似的状况下操作的。正是有了这一点才可能不仅在大体上识别缺点区域，而且能或多或少地识别此设计组的某些缺点趋势。

CIGRE  DOBLE  DOBLE

变电站所有设计一种设计

                  %                      %                      %
绕组            19  43  47
芯  3  4  7
油罐油  13  8  -
抽头切换开关 41  16  12
绝缘套管  12  19  8
其它              12  10  8
周期  1968-78  1993-8  1980-2000
故障次数            1000  1500  100
表 2 变压器故障的原因，来自 CIGRE [3] 与 Doble 客户数据库
此表同时也说明了诊断策略的基本构成 – 将诊断分成要素，如本例中的绕组、芯和油罐等。在下一步，每个要素将进一步细分为各种机制 – 例如，绕组将细分为三大主要机制 ： 机械、介质和热力。相应的诊断策略可从该扩展故障模式列表中识别。这也是“故障模式、影响及危害性分析”(FMECA) 的基本序列。因此，第一阶段是使用故障树，列出所有已知的源自各种设备类型的故障。通常，先将诊断分成设计要素（例如，发电机分成芯、定子绕组、转子绕组和冷却等），接着列出与每个区域相关的故障（原因）与其产生后果的相互关系，这样就有可能得出各种结果。并不是所有的故障都会导致电力中断，因此有些故障的危害性程度是可以评估的。最后一个阶段是识别与已知影响相关的诊断策略。

• 诊断策略

进行诊断最明显也是最重要的一点就是，诊断应与设备老化性能或状况有清晰地联系，并可以在设备使用的进程中加以记录，这样就可以在出现电力中断的事故前采取防范措施。第一步，识别电力中断的产生途径, 例如，可以应用FMECA 过程识别原因与结果的关系。然后，把此途径结合到资产种类的状况评估协议，工厂数据、现场活动、操作环境评估（负载模式和现场状况）和现有的现场评估当中。以下列出四种有助于资产状态评审的策略。

(a) 试运转新安装的设备
设备未并网运行时是执行全面相关诊断测试的理想时机。这将提供可供对比的数据，但最重要的是，确认部件在运输和安装时没有损坏。对于变压器，很重要的一点是使用扫频响应分析测试并将结果与出厂时的测试相比较，以确保运输 [4] 过程中没有发生机械位移。现场功率系数/电容将确认机油已充分干燥，没有发生不当湿气进入绕组纸的现象，并且绝缘套管已正确安装。此数据将与Doble七十五年来积累的数据进行比较，然后将其用于对比或未来的性能评估。对于发电机定子，可参考该电机的电容在通电前进行正确的调整和恰当的干燥，而部分放电测量将通过绕组识别出局部缺陷 – 但只有提供正确的频率范围，才能选择相应测量[5]。而Doble TDR 9000 可进行断路器定时评估。电缆的主要问题是正确的回填建设，而沿长度安装分布式光纤在某些国家是很普遍的 – 为现在及之后的负载控制 [6]。在传输电压上延伸电缆进行有效的试运行测试是很困难的，但可以进行分布和发电站辅助电路的试验。试验表明，接头和终端装置是故障的共同原因，识别错误安装时所安装 HV 部分的放电检测和位置是有效的 – 参考 [7]，如图 2 所示。



图 2 用于电缆终端和 SF6 测试的 TransiNor 测试装备

(b) 运行当中的测试—例行的和广泛的实践
我们对电力装备有这样的希望，即在合理使用情形下，电网中的设备应能够提供多年的无故障服务。但是，这个行业还没有达到设备免维护的境界。考虑设备维护活动优先次序的最佳方法是建立以可靠性为中心和基于设备状况的维护机制。以设备的状况决定维护活动时机和需要。因此，有必要识别某一电力故障形成过程的发生机率，进而采用恰当的测试间隔。在这种情况下，最佳的方法是进行试运转测试并辅以周期性的运行当中的测试。因此，传统的维护活动可能向更灵活的基于设备状况的维护机制演进，而整体的电力测试的模式仍是基于定期维护日程的常规活动。需要强调的一点是,基于这一测试策略,设备的维护不再是可有可无的额外选项，而是可以有效按计划进行的基本任务。因为电力企业在电力紧缺的情况下，被严格的要求达到电力设备满负荷运转，所以任何可在线不间断完成的测试均会得到优先的考虑。现实的情形是，电力设备的测试是兼有周期性现场在线测试和为得到更多测试结果的小规模断电离线测试的组合。

变电站的现场测试包括现场设备外观检查、红外线和超高频检查 [7]。这些测试将通过从变压器、抽头切换开关和机油电路断路器的机油取样来加以补充并发送到实验室加以分析。执行正确的测试过程是很重要的 – 因为粗劣的测试还不如不测试！要达到良好的机油测试结果，须将将机油样品发送到专业实验室（例如 Doble 在美国波士顿的实验室）加以分析。其它特定测试方法包括 GIS 和电缆的接线头局放测试。图 2 为正在使用的 TransiNor 设备。SF6 激光泄漏检测扫描可协助电力企业控制由此类气体（现在被归类为温室气体）造成的损失。对于金属氧化物电涌器，IEC 60099(5) 文档阐明了大部分有效的方法是进行高达 360kV 的离线 DC 测试或在线补偿三次谐波电流测量。使用如此高电压的离线测试的并非没有问题，在线的测试方法更吸引人，IEC 文档所述，其中有一些效果不佳 。使用补偿的方法取消供电中的三次谐波是很重要的。因此，TransiNor 的LCM 方法在全球有着广泛的应用。对机器进行振动测试是很平常的，振动测试与大型电动机的最常见故障模式 – 轴承磨损有关。此技术尤其适用于发电站机器，也适用于变电站的小型电动机。

使用基于状况评估测试方法一般可达到如此程度。在大多情况下，要评估所有设备故障模式，只能通过使用更多离线测试来完成。这需要采取在线、离线组合测试的策略。许多离线测试与以上所描述的，作为离线试运行测试一部分的检测极其相似。在发电站的维护检测机制中分为次要中断和主要中断。这一测试策略应得到更广泛的应用，即基于设备状况维护的测试作为次要中断，而其他主要离线电力测试手段作为主要中断。

用测试跟踪设备老化的应用将在如下示例中阐述。
图 3 – a 和 b – 自耦变压器的 Doble 故障结果
经多年使用后， 275/132/13 kV自藕变压器第三绕组加载时就会出现 Buchholz 气体。在第一次内部检查未找到故障，且功率系数测试结果（图 3a）表明此时没有任何异常现象。对部件进行重新通电，仅在第三绕组又使用了大约六个月后 Buchholz气体才再次显示。这次从 Doble 测试（图 3b）中查出了问题，是 C 相中的 HV 第三绕组已明显更改。于是返回维修，排除第三绕组使用并装配氢在线监视。但是，即使没有第三绕组使用，六个月后溶解气体的级别也会快速增长。最后，部件报废并找到热力故障。

(c) 使用固定安装的系统，进行设备运行中的监测
在某些情况下，迅速的测试反应比周期性在线和离线测试中所能达到的结果更重要。在这种情况下，装配永久性在线监视器可能比较合算。发电机中的微粒检测仪是用于对绝缘体过热发出警告的。在 SF6 变电站中，局放电耦合器有时会在建造电室时进行安装，这样可以避免变电站建成后，重新装配局放电耦合器杂质掺入的风险。有时会在机器上装配类似的耦合器，用于识别机器绕组降级的一些原因，尤其是靠近绕组顶端的杆。对于 SF6 和机器应用，允许远程站点访问的开发已取得了长足的发展。

变压器有两种良好的针对安装的测试。对油浸纸长期性能最大的威胁是湿气的进入。具备测量湿气并将湿气与纸张水份含量关联的方法是很重要的。这将有助于决定是否需要对绕组进行干燥。通常的做法是，在油位上对已知温度下且变压器负载稳定时所采集的样品进行湿气测量。可以使用平衡曲线，但这种方法在低温下更容易出错，且无法达到稳定的状况。然而，使用在线探测器和专家系统（如 Doble Domino）可以解决使用上述曲线所造成的错误并因此提供有效的低成本选择 [8]。变压器测试的第二种类别是其它测试已经发现问题且决定监视可疑单元中溶解气体的增加速率。在线气体分析器已使用，可以是氢特定气体或总气体。也可以结合专家系统来消除网络影响，后者是近期 Doble 开发中所涵盖的领域。可以使用离线测试来显示绝缘套管和 CT 介损问题，但有一个重要的诊断特征是，温度比正常值高的绝缘套管中的功率系数具有温度依赖性。这可以使用诸如 Doble IDD 的系统轻易的识别。既然有如此多的变压器故障均与绝缘套管故障有关，那么更换有缺陷的绝缘套管应是绝缘套管测试所得出的有效维护措施。Doble 的数据表明 15% 的变压器故障是由绝缘套管故障引起的，Sokolov [9] 预计这个数据在高压变压器上将接近 30%。 

(d) 在重新通电前进行跳闸调查
一旦发生保护跳闸，则应避免不当的重新通电尝试，以免造成更大的损坏。例如，变压器测试将包括机油分析、功率系数/电容测试和扫频响应分析 – 这些都可能导致进一步的测试。

用了 35 年的 400/132 kV 240 MVA 自藕变压器发生 Buchholz 警报跳闸，现在的问题是重新通电是否安全。从 DGA 可获取详细说明故障的相关证据，但发生故障时并未出现异常的系统事件且变压器以 80% 的负载运行。对 Buchholz 气体和主油罐油的分析，表明故障相当严重。扫频响应测试表明了 A 相 LV 的移动。此部件及其现场的同类部件约 7 年前在相同相上均遇到了雷击和早期 LV 电缆故障，而其同类部件正是在那时发生故障的。此处，无需内部检查，只需根据扫频响应测试 结果即可做出替换变压器的决定。本案例提供了 1994 年其同类单元发生早期故障时对此单元的测试结果。对于这两相，1994 至 2001 年间其共振频率从未更改 – 可参阅图 4 左半图，此图为 C 相的结果。但是，右半图中，1994 至 2001 年间的 A 相结果却不尽相同。其变化与 1994 年时同类单元中所示的极其相似，之后便出现了轴向坍陷和轮转击穿。因此，需要研究的是，频率响应技术需具有超强的重复能力，而不是依靠测试配置和测试器。现在所用的方法是由 Doble 欧洲客户联合开发的，已有 15 年以上的使用历史，应用于上千种变压器中并归档在《Doble 测试指南》，现在，Doble 的M5100扫频响应分析仪对这一测试方法加以实施。 


(a) 未损坏的 C 相  (b) 损坏的 A 相
      图 4 扫频响应分析之 SFRA 轨迹
3.3 利用性评估理想的情况是对剩余寿命进行估计并依据资产状态评审提出提升利用性的方法。
情况 1 – 状况良好的部件最佳的情况是，电力设备各项均来自设计组而无相关缺点，且状态评审表明设备未遭受事故或异常操作的损坏。这里可就增强利用性而进行一些预见。1970 年以前制造的，在北欧地区使用的变压器、发电机和电路断路器，其寿命均应在 50 年以上。传输系统电缆和电线的寿命也应在 50 年左右。显然，拆卸检查使得电力企业有信心对其自身设备的正常寿命进行预期。（以系统的方式来进行此类分析，此重要性再怎么强调也不为过。）如果温度超过重要时期的额定值，或暂态负担过大，或操作环境异常，设备寿命都将缩短。对设备进行中期整修及更换某些关键部件，均可解决这些不利因素造成的影响。然后就可以考虑额定值改进。对于架空线，这些值可能是概率额定值，而对于地下电缆，安装的可能是分布式光纤，因此允许动态的额定值。在冬天温度相对较低时，可以允许变压器有较高的额定值，并使用热力时间常数对短期故障后额定值进行识别 [6]。 在发电站，通常是锅炉，而非发电机、辅助设备和升压器限制了过载。

当前可用的变压器算法是基于 IEEE C57-92 中的 Annexe G，是最适合动态故障后额定值使用的 [10]。IEEE C57-92 和 IEC 354 所述的传统方法可以大大低估热点温度，但如果绕组中有湿气存在，这可能会有风险。同时必须说明，C57-92 和 IEC 354 中的过载指南是基于正常的老化速度的。即假定变压器保持干燥，因此没有与高温或湿气相关的加速老化现象。同时，绕组纸张中的水份含量较高可能导致过载温度时的蒸汽泡，且可能导致飞弧。设计热点的温度可能要高于这些标准所假定的温度。这样的风险更大，且可能出现腐蚀性硫和机油不当的现象。

在上述情况下，欧洲和美国电力企业设备可达到较长寿命的一个关键因素是，他们注重从具有服务经验的制造商处购买设备，且有能力提供后续保持干燥的干燥变压器。由于 1970 年之前生产设计工具尚不存在，因此设计更多地是源于自定义和实践，使用已知具有较长使用寿命的材料。现今，对于诸如电缆和电路断路器等部件，设计已发生了根本性的变化。电缆上的主要绝缘材料已从油浸纸变为聚合绝缘材料，电路断路器也从机油和空气吹弧变为 SF6 电弧淬火。对于变压器和发电机，用于生产的材料几乎没有变化，但是因为生产设计工具的优化，从而省去了许多重复设计、成本及运输负担。这使得设计更加紧密和严谨。经验表明，所有此类设备将来的使用寿命均可达到其“前辈”的程度。

情况 2 – 已识别出缺陷的设备
事实表明，当前可见的故障均是在使用不长的时间内发生，而不是在我们认为的“正常”寿命内发生，且部分故障过程具有随机性。可能在大部分情况下，故障的发生是由于某些事故而导致设备损坏并出现提前失效。其它情况为，有设计缺点，可能创建了本地热点等。诊断的作用是识别出这些缺点，而资产状态评审应识别出随之而来的较高几率故障风险及部件的某些优先分类。例如，在 Doble 统计中及从变压器保险商处获悉，平均故障寿命的范围为 15-18 年。

已损坏的部件可能视为已到达其自身的“不可靠性临界点”。故障增长的速度由将来寿命损坏事件决定，包括近距离故障、过载、远端交换、电气暂态、频率和电压的不规则操作等。其影响还会因材料质量、湿气和污染物而恶化 – 但这些风险还是可以减少的。

减少风险可能涉及多种选择，包括部分重新构建。另外通过在线监视加强监测或缩短测试时间间隔，可有机会进行负载管理。除此之外，就是对不太关键或较少利用的位置进行替换或重定位。


4 识别和解决开发中的设备问题

1 层: 80 V/mil

2 层: 1050 V/mil

3 层: 1370 V/mil

4.1 将腐蚀性硫作为变压器故障原因来调查

图 5 因硫化铜导致的纸层中抗电强度的损失

硫化合物存在于原油中，众所周知，精炼过程会去除掉某些硫化合物，但是留下的部分可对氧化稳定性进行测量。满意度性能测试自 1948 年起已经成为 ASTM 的一部分。然而，仍存在着世界电力企业向 Doble 报告的故障 – 尤其是那些在高环境温度和高负载级别上运行的变压器和反应装置。着由此成为 Doble 波士顿实验室的研究项目之一。Doble 定期测试国际市场上可用的变压器机油，以从各个供应商处识别出精炼趋势和产品的相容性。其中就包括 ASTM D1275 测试，以确定长期暴露在一定温度下是否会产生金属硫化物。但是此项研究引起更多的深入研究，表明某些机油更倾向于这种转换。同时研究还表明，与导体相邻纸层的抗电强度出现了明显的减弱（图 5 最大风险似乎取决于机油类型和当地温度 [显然，最大的问题是带热点的设计缺点]）。IEC 规格的变压器具有较低的容许热点温度，且通常其机油中含有更多的氧（变压器不会受潮）。这些所承担的风险要比 IEEE C57 引进的密封部件要低。腐蚀性硫问题可能成为更普遍的问题，因此 Doble 已经和 20 多个有兴趣参与此事的电力企业客户建立了联合项目。从而进一步调查相关问题和评估解决方案的价值 – 例如，钝化剂的使用。

• 与客户分享绝缘套管故障的经验

十年前，Doble 客户开始报告有关绝缘套管特殊设计的故障。Doble 由此开办了电子邮件论坛，以供维护工程师在全球范围讨论已发现的灾难性故障。为了解决上述问题，一名 Doble 工程师在 2004 年波士顿 Doble 客户会议上协调相关活动并公布了他的研究结果 [12]。在额定值为 145-550kV 的绝缘套管中确认了若干种故障模式。这些故障归因于应力场的故障材料或局部的部分放电或这些负载过重发电机变压器套管的热力热点。根据惯例，制造商应邀参加会议并做出相应答复。本案例也如此，接下来 Doble 做了相应的介绍，对全球 30 例故障进行了全面的描述。

图 6 以更详细的比例显示了英国发电站的绝缘套管故障。此处存在着由此产生的人员损伤和危险。接着，英国场所的所有类似绝缘套管故障均使用 Doble 功率系数和电容进行了测试。60 根套管中有 12 根被替换，因为其值不可接受。表 3 列出了其它 9 根套管的结果。此处功率系数与名牌一一对应，10B 和10C 除外（增长幅度小，但仍可检测到）。

图 6  绝缘套管故障

部件	工厂电容，pF	现场电容，pF	工厂功率系数，%	现场功率系数，%
10A	439	434	.27	.28
10B	432	427	.21	.26
10C	434	430	.26	.29
11A	434	429	.23	.24
11B	434	431	.23	.25
11C	433	429	.23	.24
12A	431	428	.23	.25
12B	428	427	.22	.25
12C	435	431	.25	.25

表 3    九根绝缘套管上的 Doble M4000 功率系数/电容值

此时取出机油样品并溶解气体样品，如图 4 所示为这两个部件的主要放电气体，部件 10B 更多，其功率系数增加也更多。在另一现场，标示牌值已增加 0.1 的两根套管均含有 >10000ppm 的氢、>1000 的甲烷和 1-4ppm 的乙炔。

	H2	CH4	C2H4	C2H6	C2H2
10B	7147	290	2	122	0.4
10C	65	6	ND	5	ND
其余	25-31	3-4	ND	3-4	ND

表 4 相应的 DGA 值（ppm 或 ND – 未检测到）

此经验表明了 Doble M4000 有能力正确地识别出状况的细微更改。在这种情况下，更改很小，小到无法在这个阶段判断是否应更改绝缘套管。此处，风险管理行为允许使用时保留这些更改，但必须继续进行在线功率系数测量。已有数年历史的 Doble IDD 设备专为此开发 – 绝缘套管显示已开始失效，但不足以判断是否应替换。
结论
使现有电力资产的效能和可用性最大化的主要步骤是确定未来操作运营中的风险。资产风险管理（ARM）的基础是资产健康状态的评审。这是基于对设备单独的运行状况及其风险和减少风险机会的评分。

Doble 的经验是，完成一个针对设备状况的成功检测取决于对检测组中设备性能的良好了解、设备过去及未来的操作状况、有效的分析过程，最重要的是使用能够在不同测试现场给出独立于操作人员和电磁干扰的准确的、可重复结果的有效检测仪器。
参考文献[1] Cheney, R 和 Lundquist R 《国家能源政策报告》，美国，华盛顿，2001 年[2] EuroDoble 2005，“Availability through Reliability for power utilities”，第 11 届欧洲 Doble 客户年度会议，奥斯陆，10 月 17- 20 日。详情请访问 http://www.doble.com/
[3] CIGRE WG 12.05 (1983) “An International Survey on Failures in Large Power Transformers in Service,” Electra 88 pp21-48。
[4] Lapworth J.A 和 McGrail A.J. 1999 年的 “Transformer winding movement detection by frequency response analysis”，第 66 届年度国际客户会议，美国，波士顿
[5] Wilson, A.、Wang Naiqing 和 Jackson, R.J. 的 “Discharge Detection Techniques for Stator Windings”，Proc IEE 132B, (5) Sep 1985，pp 234-244
[6] Funnell, I.R. 和 Tunstall, M.J. 1998 年的 “Coordination and Enhancement of plant and circuit ratings incorporating prediction and real time measurements”，CIGRE 第三次南非地区会议，约翰内斯堡，1998 年 5 月
[7] Wilson, A. 和 Hall, L. D. 1996 年的 “Partial Discharge Methods For Site Testing HV Equipment,” 1996 年 Doble 客户国际会议的会议录，美国，马萨诸塞州，波士顿
[8] Lewand, L. R. 和 Griffin, P. J. 2000 年的 “Development and Application of a Continuous Moisture-In-Oil Sensor,” 2000 年 Double 客户国际会议的会议录，美国，马萨诸塞州，波士顿
[9] Sokolov V. 和 Vanin B.V.的 "Evaluation and Identification of Typical Defects and Failure Modes in 110-750 kV Bushings," 1997 年第 64 届年度 Doble 客户国际会议，美国，马萨诸塞州，波士顿
[10] Lachman, M.F., et al, 的 “Experiences with dynamic loading and thermal analysis of power transformers”，2001 年 Doble 客户国际会议的会议录
[11] Lewand, L.R. 2002 年的 “The role of corrosive sulphur in transformers and transformer oils”  2002 年 Doble 客户国际会议的会议录，美国，马萨诸塞州，波士顿
[12] Turley,M.，2004 年，2004 年 Doble 客户国际会议的会议录

Alan Wilson、BSc、PhD、CEng, FIEE。

Alan Wilson 于 1999 年加入 Doble Engineering Co，最初担任美国 Doble 知识服务部主任。现在已返回英国，供职于英国分公司，Doble PowerTest。他的职业生涯大都与 CEGB 和 NGC 有关。1964 年，他加入了 CEGB 电介质研究组，最后他领导该组，直至 CEGB 实验室于 1998 年关闭。私有化后，Wilson 博士兼任 NGC 电缆与变压器技术经理和研究项目经理。他的研究领域包括电绝缘系统的降级与故障，他还开发出能识别操作 HV 仪器（电缆、机器和变电站）中现象的诊断方法。他已发表了 50 多篇国际论文，包括两篇享受 IEE 研究津贴的论文；这项工作也包括为获得斯特拉思克莱德大学博士学位而进行的研究。

写的不错 顶！！！