文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.053
0 引言
时至今日，伴随着电力行业技术的飞快发展和电网结构的迅速拓展，陈旧的电力生产管理模式已越来越难以与之适应。第一，电力设备生产安装质量日趋完善，智能化水平逐步提高，采用设备定期检修模式不具备科学性，而且容易发生检修过剩，造成人、财、物的不必要浪费；第二，近年来电网结构迅速扩展，维护设备数量几何级增加，大大加大了检修人员的工作压力。因此，探索科学的生产管理模式，减轻一线生产人员的工作压力，同时保证电网运行的安全稳定，刻不容缓[1]。
1 “大检修”体系建设的必要性
1.1 电网的发展要求构建集约高效的“大检修”体系
在“十一五”期间，以特高压为特征的国家电网取得长足发展。到“十二五”末期，国家电网特高压主网架将建成投运。特高压大电网设备技术新、输送容量大、输电距离远、运行环境复杂，对检修维护提出了更高要求，构建满足特高压大电网发展要求的“大检修”体系势在必行，也是生产关系适应生产力发展的必然要求。
1.2 “一强三优”现代公司建设要求构建“大检修”体系
长期以来，公司系统普遍采用的是比较传统陈旧的生产管理方式，纵向管理层级较多，横向业务分工太细，管理机构复杂，资源配置重复，制约了生产效率和管理水平的进一步提高，既不适应以资产全寿命周期管理为核心的现代企业管理要求，也不适应以设备状态检修为核心的精益化生产要求，因此，构建适应“一强三优”现代公司建设要求的“大检修”体系势在必行。
1.3 提高供电服务水平要求构建“大检修”体系
若要建设坚强智能电网，设备可靠运行是基础。根据目前我国电工电气装备制造水平，更需对设备的运行状态进行连续、全面和科学的监测和评价，通过精益化的管理延长使用寿命，提高设备可靠性。传统的生产管理组织结构和业务管理模式不适应以设备状态（检修）管理为核心的精益化生产要求，急需进一步完善生产管理体系，整合运检业务，强化设备状态管理，不断提高设备运行可靠性和供电优质服务水平。
因此，构建更加集约、高效的大检修体系是十分必要的。
2 “大检修”的主要建设内容
国网“大检修”体系建设的总体思路是：以公司发展战略为指导，适应公司和电网“十二五”发展要求，按照公司“五大”体系建设总体方案，以强化资产全寿命周期管理为主线，以生产精益化为重点，以技术管理创新为保障，通过变革组织架构、创新管理方式、优化业务流程，构建集约化、扁平化、专业化的“运维和检修”一体化管理体系（简称运检一体化），显著提升公司生产效率和效益[2]。
3 “大检修”对“人”提出的要求
推进大检修体系的不断建设、坚持实施运维一体化对员工业务技能提出了更高的要求。需结合新岗位知识能力要求和员工现有知识结构，开展有针对性的单元制培训，把运维队伍培养成为一批“一专多能”、“多专多能”的复合型人才。
4 构建统一的运检一体化体系信息化平台是“大检修”的手段
管理信息系统集成了缺陷管理、设备台账、检修台账、运行日志、两票管理、备品备件、现场台账、值班管理等模块，可以有效促进企业内部沟通，提高员工工作效率。
5 智能变电站是“大检修”建设的基础
智能变电站包含电气一次设备、智能二次设备及设备状态监测等，而设备状态监测为“大检修”提供了最直接、最有利的基础数据。
6 设备在线监测配置分析
6.1 变压器在线监测配置分析
Q／GDW534-2010《变电设备在线监测系统技术导则》中指出了关于变压器在线监测的有关要求：“1）500千伏（330千伏）电抗器、330千伏、220千伏油浸式变压器宜配置油中溶解气体在线监测装置；2）220 千伏及以上电压等级变压器、换流变可根据需要配置铁心、夹件接地电流在线监测装置；3）220千伏及以上电压等级变压器宜预留供日常检测使用的超高频传感器及测试接口，以满足运行中开展局部放电带电检测需要；对局部放电带电检测异常的，可根据需要配置局部放电在线监测装置进行连续或周期性跟踪监视。”
220 kV变电站为全户内变电站，配置智能化变压器，因此，根据在线监测导则的相关要求及变电站所在地区的要求，在变电站内对变压器配置油中溶解气体在线监测装置，配置局部放电传感器。
6.2 GIS组合电器在线监测配置分析
Q／GDW534-2010《变电设备在线监测系统技术导则》中指出了关于GIS组合电器在线监测的有关要求：“断路器及GIS（含HGIS）：1）500千伏及以上电压等级SF6断路器或220千伏及以上电压等级GIS可根据需要配置SF6气体压力和湿度在线监测装置；2）220千伏及以上电压等级SF6断路器及GIS可逐步配置断路器分合闸线圈电流在线监测装置。”
根据在线监测系统技术导则及江苏地区的需求，在变电站内配置SF6气体压力在线监测，配置局部放电传感器。
6.3 避雷器在线监测配置分析
Q／GDW534-2010《变电设备在线监测系统技术导则》中指出了关于避雷器在线监测的有关要求：“金属氧化物避雷器：220千伏及以上电压等级金属氧化物避雷器宜配置阻性电流在线监测装置。”
根据在线监测系统技术导则及江苏地区的需求，220 kV变电站在220 kV侧避雷器配置阻性电流在线监测装置。
6.4 10 kV开关柜在线监测选择
目前触头温度在线监测方法主要有CCD摄像头监测示温蜡片测温法、红外测温法、光纤测温法和无线网络测温法。
通过对现在国内高压开关柜在线测温技术应用情况的调查，发现在国内市场中技术比较成熟、应用比较广泛的基于光纤温度传感器的测温法。因此，采用基于光纤温度传感器的测温法。
7 变电站在线监测配置方案
7.1 方案一
电气设备在线监测系统主要由一次设备在线监测传感器、状态监测IED及在线监测主站几个部分组成，如图1所示。
在220 kV变电站配置一套在线监测系统，主要针对变压器、220 kV GIS组合电器及220 kV避雷器进行状态监测。
变压器配置油中溶解气体在线监测装置，局部放电（预留供日常检测使用的超高频传感器及测试接口）；GIS组合电器中配置SF6气体密度在线监测，局部放电（预留供日常检测使用的超高频传感器及测试接口）；220 kV避雷器配置阻性电流在线监测装置。
每台主变配置一台状态监测IED，用于接收主变的在线监测信息；220 kV GIS间隔配置2个态监测IED，用于接收220 kV GIS及220 kV避雷器的在线监测信息。通过通信电缆将监测信息传至在线监测主机中。图2为变电站在线监测配置方案一的结构示意图，电气设备监测配置如表1所示。
7.2 方案二
为了配合“大检修”体系的建设，在220 kV变电站配置一套在线监测系统，主要针对变压器、220 kV和110 kV GIS组合电器、220 kV避雷器及10 kV开关柜进行状态监测。
变压器配置油中微水传感器，配置局部放电传感器；220 kV GIS组合电器中配置SF6密度传感器，配置特高频局部放电传感器；110 kV GIS组合电器中配置SF6密度传感器；220 kV间隔内的避雷器根据通用设备的相关要求，配置智能监测器，代替泄漏电流监测传感器；10 kV侧开关柜配置温度传感光纤。
主变、220 kV及110 kV GIS组合电器均为智能化设备，本方案将各设备的在线监测传感器与智能一次设备集成。
智能变压器的智能组件内配置了智能化单元TIED，具有对变压器运行状态在线连续监测和综合评估诊断的功能，本方案中，变压器的在线监测信息量均接入智能化单元TIED中。智能220 kV及110 kV GIS组合电器中的智能终端同样集成了设备运行状态在线连续监测和综合评估诊断的功能，将220 kV及110 kV GIS组合电器和220 kV避雷器的在线监测信息量接入本间隔内的智能终端中。10 kV侧开关柜内温度传感光纤采集的开关柜触头温升信息接入本柜综合状态指示仪中。
主变TIED与220 kV间隔智能终端均可通过光缆将在线监测信息传至一体化监控系统内，综合状态指示仪通过RS485将开关柜温升信息传至一体化监控系统内，通过一体化监控系统对各设备的状态监测信息进行统一监测和综合评估诊断分析。图3为变电站在线监测配置方案一的结构示意图，电气设备监测配置如表2所示。
7.3 方案对比
7.3.1 技术分析比较
方案一与方案二的对比如表3所示。
7.3.2 全寿命周期成本比较
对220 kV变电站在线状态监测的配置方案一和方案二做了全寿命周期成本计算及对比，采用了全寿命周期成本LCC简化计算的方法：
（1）投入成本(CI)比较
方案一的一套在线监测装置采购成本按300.3万元计，方案二的一套在线监测装置采购成本按120万元计，建设成本相差3倍多。
（2）运行维护成本(CO、CM)比较
方案一和方案二的设备使用年限相同，方案一中所有在线监测设备均需独立配置，日常运行维护成本高；方案二中所有在线监测设备均在智能设备中集成配置，日常运行维护成本较低。
（3）其他成本比较
由于二者惩罚成本(CF)与废弃成本(CD)相差不大，此处不作详细比较。
（4）全寿命成本(LCC)比较对比结果见表4，设备年限按30年统计。
7.3.3 小结
通过对方案一与方案二在配置、技术和全寿命周期成本方面进行全面的比较，可以发现，方案二更适用于变电站，并能更好地满足“大检修”的要求。因此，在220 kV变电站采用方案二的在线监测配置方案。
8 变电站状态监测设备配置及传输方案
8.1 变压器的状态监测设备配置及传输方案
8.1.1 变压器的状态监测设备配置
变压器状态量的监测及有载开关的监控利用变压器本体既有设备即可，不需要新增监测元件；而变压器的油中微水传感器及局部放电传感器均在制造时预置安装好，并规范好传感器的信号接口。
（1）油中气体监测传感器
传感器安装在变压器油箱底部的放油阀处，如图4所示。连续在线监测变压器油中氢气(H2)、一氧化碳(CO)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)4种混合气体的浓度和变化趋势。
（2）局部放电传感器
主变配置局部放电传感器，局部放电传感器安装智能变压器本体内部。
8.1.2 智能变压器状态监测设备的传输方案
变压器的监测量可通过控制电缆或RS485线传至变压器智能组件柜内的智能化单元TIED中，再通过光纤传至一体化监控系统内，在一体化监控系统进行统一处理。变压器状态监测信息示意图如图5所示。
8.2 组合电器的状态监测设备配置及传输方案
8.2.1 220 kV及110 kV智能组合电器的状态监测设备配置
（1）220 kV侧设备
220 kV 电压等级组合电器配置SF6密度传感器，传感器安装在本体外壳并通过导管和气室连通。
220 kV电压等级GIS配置超高频传感器，传感器安装在断路器气室内。
220 kV避雷器安装在220 kV GIS设备内部，因此避雷器只需配置智能监测器，用于监测泄漏电流及放电次数。
（2）110 kV侧设备
110 kV电压等级组合电器配置SF6密度传感器，传感器安装在本体外壳并通过导管和气室连通。
组合电器在线监测传感器布置图如图6所示。
8.2.2 智能组合电器状态监测设备的传输方案
220 kV GIS组合电器、220 kV避雷器及110 kV GIS组合电器的状态监测量可通过控制电缆或RS485线传至组合电器智能组件柜内的智能终端中，再通过光纤传至一体化监控系统内，在一体化监控系统进行统一处理。智能组合电器状态监测信息示意图如图7所示。
8.3 10 kV开关柜的状态监测设备配置及传输方案
每面开关柜配置6个光纤温度传感单元，通过安装在开关柜上下静触头上的光纤实时监测开关上下静触头的温度。通过传感光纤传至综合状态指示仪上。
8.4 变电站在线监测系统设备配置表
220 kV变电站在线监测系统设备配置如表5所示。
9 在线监测系统平台的配置
在220 kV变电站采用智能一次设备，状态监测信息均通过一次设备的智能二次组件传至变电站一体化监控系统，在一体化监控系统内对采集来的设备在线监测数据和信息进行处理，完成数据辩识、数据估计、信息整合、信息分类、数据及信息记录和共享功能。在线监测系统平台的配置如图8所示。
10 状态监测在“大检修”中的作用
对变电站内电气设备进行状态监测，可以实现一体化监控系统的设备状态可视化功能；可以在变电站内对电气设备进行自诊断，以智能电网其他相关系统可辨识的方式表述自诊断结果，最终通过一体化监控系统将设备状态信息及自诊断结果上送至上级部门的PMIS运检一体化体系信息化平台，作为运检一体化体系信息化平台的基础数据，使运检一体化体系信息化平台能够对各变电站合理地做出巡视、检修的安排；完善了设备数据库的建立，促进“大检修”的发展。
11 效益分析
通过近年来统计的一些数据显示，变电站一次设备每年运维及检修费用约为设备购置费的2.2%。在220 kV变电站增设一套在线监测装置后，可节省10%~15%的运维及检修费用，在开展电气设备状态检修后每年可节约费用3~4.5万元。
一体化监控系统具有故障提前预警功能，可以减少变电站的故障发生概率，由此可以降低故障抢修的恢复成本，还可以降低由故障引起的停电损失费、电网支援费等。故障成本每年可节约1.5万元左右。
综上所述，在采用在线监测技术后，每年产生的直接及间接效益为3.5~5万元，在变电站在线监测系统运行时间内，去除全寿命周期成本，还可节约资金60~100万元，这对于220 kV变电站而言，经济效益比较可观。
12 结论
经过相关数据及实验的论证，得出“大检修”是与电网安全、设备安全关联度最高的核心业务，大检修体系的建设是革故鼎新的改革举措，是“生产方式要适应生产力发展要求”的现实回应，是尊重电网发展规律的科学实践的结论。因此，在现今的220 kV变电站配置本文所论述的状态监测系统方案，不仅可以满足新一代智能变电站的运行要求，同时还能够实现“大检修”对智能变电站的相关要求。
参考文献
[1] 电力工程电气设计手册[M]. 北京: 中国电力出版社，1995.
[2] 国家电网公司基建部. 智能变电站建设技术[M]. 北京: 中国电力出版社，2011.
作者信息:
鄢 闯，南 哲，卢天琪，蒋 理，修 策，满林坤，何 昕，刘松楠，芦思晨
（国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳110000）