电气设备状态维修策略研究_江伟.docx

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1、 A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Philosophy in Engineering Study on the Condition-based Maintenance Strategy of Electrical Equipments Candidate: Jiang Wei Major: Power System and Its Automation Supervisor： Prof. Luo Yi Huazhong Universi

2、ty of Science and Technology Wuhan, Hubei 430074, P. R. China Oct. 2006 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 : 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的

3、复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保密 ，在 _ 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密口。 (请在以上方框内打 “ V” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 年月日 年月日 摘 要 电力系统的设备维修策略逐渐从以时间周期为基础的定期维修制度向以设备状 态为基础的状态维修制度过渡，并取得了一定的成效。但由于对状态维修的定义及含 义见仁见智，电气设备的状态维修在我国至今仍主要停留在学术讨论范围，且欠缺对 状态维修策略的完整的探讨。本文在现有研究的

4、基础上，着重对状态维修所涉及的关 键技术展开系统的研究。 论文首先回顾了国内外电气设备状态维修研究和应用的现状，分析了现有研究存 在的一些误区及缺陷；将实施状态维修的关键技术概括为状态监测技术、状态预测技 术及状态评估技术并阐述了它们的意义；理清了 状态维修与在线监测及故障诊断的关 系。 论文分别从安全性和经济性的角度确定了状态维修所需的状态监测间隔期。采用 时间序列分析方法预测电气设备状态，针对设备特征量序列的周期性和趋势性，建立 了合适的ARIMA模型对该非平稳序列进行分析和预测。通过对某变压器油中气体含 量的实例预测验证了模型的有效性。论文确定了指示设备状态的静态指标和动态指 标，针对现

5、有的电气设备状态评估方法存在的固有缺陷，提出了基于变权综合理论的 新的状态评估方法，构造了强局部惩罚 -激励型状态变权函数对某变压器的状态进行 了实例评估。在此基础上，给出了电气设备状态维修决策的建议决策依据及对应的维 修手段。论文还分别讨论了理想的及非理想的预防性维修对电气设备可靠性的影响， 比较了定期维修和状态维修对设备可靠性影响的异同。 最后对本文所做工作做了总结，指出文中研究的不足并对今后的研究方向进行了 展望。 关键 词：电气设备 状态维修 可靠性 时间序列分析 变权综合 ABSTRACT The maintenance strategy of electrical equipmen

6、ts has gradually being changed from Time-based Maintenance (TBM) to Condition-based Maintenance (CBM). Although some effects have been achieved, the CBM strategy of electrical equipments is sticked in academic area in China because of the different understandings of the definition and signification

7、of CBM. Moreover, some integrated discussions and researches of CBM strategy is wanting at the present time. Based on the existing researches, this paper does some systemic research on the key techniques of CBM chiefly. Firstly, this paper generalizes the academic and practical status of domestic an

8、d foreign Condition-based Maintenance strategy of electrical equipments. Some mistakes and bugs of present researches are analyzed. The key techniques of CBM are generalized to condition monitoring technique, condition forecasting technique and condition assessment technique. The function of each te

9、chnique is expatiated, while the connections among CBM, online monitoring and fault diagnosis has been made clear. Security-based and economy-based methods for confirming the time interval of condition monitoring in CBM are given in this paper. Time Serial Analysis Method is used to predict future c

10、ondition of electrical equipments. Appropriate ARIMA model is constructed to analysis and predict the characteristic parameter time serial which is periodic and trended. The validity of this ARIMA model is approved by predicting the gas-in-oil parameter of an electric transformer. Then, a new condit

11、ion assessment method based on variable weights analysis is presented. An assessment example is given while a local variable weight function being constructed. Based on this result, some recommendable CBM decision-making values and maintenance operations are listed in this paper. Effects on the reli

12、ability of equipments by TBM and CBM strategy are discussed in both ideal and non-ideal cases. At the end of this dissertation, the main results of the research are summarized. And point out the deficiency existed in research process. The further work is submitted as well. Keywords: electrical equip

13、ment condition-based maintenance reliability time serial analysis variable weights analysis II 目 录 . I Abstract . II 1新仑 . 1 1.1传统的定期维修制度及变革 . 1 1.2电气设备状态维修的研究应用现状 . 3 1.3现有研究存在的一些问题 . 6 1.4论文的主要工作及章节安排 . 7 2电气设备状态维修的技术要求 . 9 2.1 状态监测 . 9 2.2状态预测 . 13 2.3 状态评估 . 15 3基于时间序列分析的电气设备状态预测 . 17 3.1时间序列分析

14、. 17 3.2 时间序列的预报 . 20 3.3变压器油中某气体含量预测实例 . 21 4基于变权综合的电气设备状态评估及维修决策 . 28 4.1 变权综合理论 . 29 4.2变压器状态评估实例 . 32 4.3电气设备状态维修决策 . 38 5电气设备状态维修对设备可靠性的影响 . 40 5.1定期预防性维修对设备可靠性的影响 . 40 III 5.2状态维修对设备可靠性的影响 . 45 5.3实例计算 . 46 6 全文总结与展望 . 48 6.1 雜 . 48 6.2 进一步的工作 . 49 雜 . 50 参考文南犬 . 51 附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文 . 56 IV

15、1 绪论 电力系统的设备维修，长期以来一直是以时间周期为基础的定期维修制度，然而 近 10年来，这种单纯的以时间为基础的定期维修制度已被人们所质疑，人们不断采 用新技术探索改革维修制度，逐渐向以状态为基础的维修方式过渡，并取得了一定的 成效。 关于状态维修，美国工业界的定义：状态维修是试图代替固定维修时间周期，根 据设备状态确定的一种维修方式 12。国内的定义：利用状态监测和诊断技术获取的 设备状态和故障信息，判断设备异常；预测故障发展趋势，在故障发生前，根据设备 状态决定对其维修 3。状态维修在设备状态监测的基础上，根据监测和分析诊断的结 果科学安排维修时间和维修方式。它有三层含义：设备状态

16、监测、设备状态诊断、维 修决策。状态监测是状态维修的基础；状态 诊断是以状态监测为依据，综合设备历史 信息，利用神经网络、专家系统等技术来判断设备健康状况。 1.1传统的定期维修制度及变革 设备定期维修是多年来广大电力企业采用的基本设备管理方法，其最大特点是以 单纯的时间周期为基础，依据规程、规范和制度等要求编制计划，安排设备的维修。 这种维修方式不管设备的实际状况如何，只要 “ 到期 ” 就 “ 必修 ” 。这种一刀切的做 法不考虑设备客观上存在着状态差异，由此产生了维修过剩，浪费资源和影响设备运 行可靠性等一系列问题 45。 1.1.1电气设备的 “ 健康 ” 状况存在差异 首先是设备的先

17、天条件不一样，进口设备和国产设备的技术状况不一样；同样是 国产设备，不同厂商因技术与管理水平不一样，使其产品质量也不一样；即使是同一 厂商，因技术、管理上的进步，不同时期、不同批次的产品，其质量也会不一样。因 此应 a承认设备投运的初始状态是千差万别的。 其次，设备的使用环境不一样，不同的环境将对设备运行状况产生不同的影响， 1 这种环境主要有两种：一是设备所处的外部自然环境不一样，尤其是供电设备，大部 分暴露在室外自然环境中，因温度、湿度、污染、紫外线、日照等有较大差异，对设 备的影响有较大不同；二是设备在电力系统的位置不同，所承受系统运行电压、短路 电流和热稳定时间等不尽相同，尤其是故障时

18、系统短路容量差异较大。 此外，新技术、新材料的使用，使得设备的技术水平、技术状况有了较大的改善， 尤其是 20世纪 90年代以后，我国电力设备制造引进不少国外先进的技术、装备和管 理，设备的改型换代较快，整体技术水平有了较大的提高，因此电力系统的装备水平 得到较大的改善。 1.1.2定期维修制度所存在的问题 由于电气设备的 初始状况和现场设备的运行状况有很大差异，即现场设备的 “ 健 康 ” 状况好坏相差甚大，而定期维修制度几乎无视这些状况的差异，而采用统一的、 一刀切的定期维修方式，其最主要的表现在维修结果上，要么维修过剩，要么维修不 足。工程的实际情况大多是出现维修过剩，经常出现 “ 小病

19、大治 ” 、 “ 无病亦治 ” 的盲 目维修的现象，这种维修过剩的结果，必将出现如下维修的弊端： (1) 一些状态良好的设备，因盲目维修而出现故障或潜在故障，维修达不到恢 复设备原有的可靠性的作用，而是增加了设备的故障隐患和故障率。 (2) 降低了设备的可用性，许多维修迫使设备停机。中断对用户的不间断供电， 这是增加停机维修的次数的必然结果。而提高供电可靠性是供电企业非常重要的基本 考核指标。目前，定期维修是电气设备停运的主要原因，往往占全部停运时间的 60% 以上。 (3) 増大设备运行管理成本，使企业在市场和发展竞争中不堪重负。电气设备 的大修费用是企业管理中主要的支出费用，该费用在电力企

20、业经济活动中所占比例不 小，这就直接影响了企业的经济效益。因此要提高企业的经济效益也必须对企业设备 现行所执行的定期维修制度进行改革，以经济效益的观点和要求来指导维 修策略的分 析选择。 2 1.1.3电力企业设备维修制度的变革 可靠性维修理论认为，在选择预防性维修方式时，应优先考虑状态维修。因为这 意味着设备的每个元部件都几乎能实现其应有的使用寿命，从而达到经济使用的目 的。同时，也因以鉴别潜在故障的方式来预防功能故障的出现，从而达到安全使用的 目的。此外还能大量减少设备的拆卸等维修工作量，最大程度降低维修费用。 由于状态监测与诊断技术的发展，人们可以利用先进的监测技术对设备进行状态 监测和

21、分析诊断，确定设备的健康状况和可靠性情况，经状态的综合评价来决定是否 有必要对设备或元部件进行维修。 1.1.4状态维修完全替代定期维修的可能性 电气设备的大小、结构、用材、功能各不相同，出现缺陷的原因和规律也不相同。 另外在工作时所受的电、热、机械、环境各不相同，呈现的损耗规律不会相同。如密 封橡胶垫呈现自然老化的规律，而变压器的绝缘缺陷形成有时间因素也有其他因素。 其次，各个设备在电力系统中的地位和影响不同，每个设备中部件对设备功能的影响 也不相同。能否或有没有必要对所有设备进行状态监测、故障诊断 、状态维修呢？即 能否用状态维修完全替代定期维修呢？事实上，对所有设备及其部件进行状态监测和

22、 状态诊断在技术上有困难，而且对所有设备及其部件进行状态监测在费用上难以承 受。 所以，未来的状态维修不可能完全代替定期维修，而是状态维修和定期维修共同 存在的局面。 1.2电气设备状态维修的研究应用现状 1986年美国电力研究所 （ EPRI)所属的监测与诊断中心 （ M&D)在美国费城成 立，研究发电厂变电站的在线和定期监测诊断技术，在艾迪斯通电厂开展状态维修工 作，在振动分析、声像分析、化学分析、热成像技术及应力应变测量等的应用，取得 较好成绩。根据这些监测所获得的数据，结合设备的运行维护数据、设计参数等信息， 进行综合分析，从中得到有关设备分析的一套软件，以分析、判断设备目前的状态是

23、3 否超过警戒线，对发展趋势、维修成本等进行综合分析，提出建议和报告。这些研究 应用取得了明显的效果。汽轮机大修由 45年延长到 6 8年，检修时间由原来的 8周 减少到 4周，延长设备寿命 10%15%，提咼运彳丁能力 10% 30%wm。 M&D中心在变电站维修中，采用红外诊断技术，便携式油中含气量分析、超声 波分析、局部放电监测、声波测试及振动检测等技术，对变电站的设备，包括变压器、 断路器、 GIS和变压器与电抗器的冷却装置、断路器的操作机构等进行状态分析诊断 与评估，从而降低了维修费用，提高了设备的可靠性。上世纪 90年代开始的在线监 测与诊断技术的应用上也取得了较好进展，如日本能源

24、部 1987年发表了关于对发电 设备实行剩余寿命诊断方针， 1988年通产部为延长已运行多年的燃煤火电发电设备的 寿命，提高其可靠性，进行了 “ 设备诊断技术实机试验 ” 8。 在口本，钢铁、交通、电力、化工等部门的设备诊断技术开发、应用的速度很快， 在口本工程师协会内成立了设备诊断技术委员会，其成员有电力、水电、能源、钢铁 等部门的企业，进行监测诊断技术的交流、协调和推广应用。口本一些大型自动设备 制造厂家和使用单位都以可靠性为目的，研究和开展实用诊断技术，像三菱、口立、 东芝等企业在诊断技术应用方面都取得了进展，有的在七十年代基本达到实用阶段。 此外欧洲的一些国家如法国、丹麦、瑞典、西班牙

25、、德国等国家的一些公司企业 在设备诊断技术研究和开发方面都有一些进展，如高压电器 ，特别是变压器和断路器 等在线状态监测、评估和维修等方面年进行深入的研究探讨和试验，并已在一些设备 维修中得到应用。 我国电力企业于上世纪 80年代末开始试行状态维修的探讨， 1990年以后有少数 电力企业开始采用，特别是绝缘在线监测技术的探讨，在一些电力院校和研究部门得 到重视，作了较深入的研究。同时一些在线监测装置仪器在实践中获得应用，积累了 一些经验。 1996年 11月原电力部召开了全国电力设备状态维修工作交流会， 1997年国家电 力公司安运部在上海又召开了电力设备实施状态维修研讨会，对如何实施状态维修

26、， 实施状态维修的目标，指出现行我国电力设备的预防性计划维修所存在的维修周期 短、维修的工期长、维修的费用高等问题，提出电力设备实施状态维修的必要性和如 4 何积极稳妥实施维修体制改革的要求。 1997年原电力工业部颁发的电力设备预防性 试验规程与 1985年部颁的电力设备预防性试验规程相比，新规程已考虑了状 态维修的问题，放宽了部分设备的一些试验的周期，给实际现场中结合采用，同时也 补充了在线监测的应用的一些问题 91 。 在这样的背景下，国内学术界对电气设备状态维修展开了多方面的探讨，包括状 态维修的含义、实施条件等。 文献 11认为状态维修包括以可靠性为中心的维修 （ RCM)和预测维修

27、 2个不同 的技术领域，认为通常整体设备状态维修可采用 RCM技术，具体的关键设备状态维 修采用预测维修技术。文献 12提出了狭义状态维修 （ cbm)和广义状态维修 （ CBM) 的概念，认为广义的状态维修包含了目前所有的先进检修方式：预测维修、可靠性维 修、状态维修 （ cbm)等；包含了这些方式所涉及的具体技术的实施和利用，先进维 修策略的制定，以及先进维修管理体制的建立等。 文献 13认为计划维修的基础是电气设备的预防性试验，而状态维修的基础则是 电气设备的在线监测，强调随着监测技术的不断进步，在线监测最终可能取代预防性 试验，进而促使计划维修向状态维修转变。文献 14将状态维修技术划

28、分为四个方面 的内容，即设备寿命管理与预测技术、设备可靠性分析技术、设备状态监测与故障诊 断技术以及信息管理与决策技术，将故障诊断纳入到状态维修过程。 文献 15指出状态维修在我国仍处于探索阶段，全面实施还具有较大的难度和风 险。因此根据输变电企 业的现有条件和状态维修所需的技术支持等综合因素，通过综 合评价选取可以实施状态维修的电气设备，为合理选择状态维修试点提供了初步依 据。 文献 16提出了制定电气设备状态维修导则的原则框架，分别对设备试验（包括 在线监测）、设备家族缺陷和设备自身质量事件进行评分，再采取加权评分制评估设 备状态。文章认为应将过去仅有合格或超标两种状态扩展为百分制项目评分

29、。 文献 17从工程实际的角度指出现有状态维修存在的一些问题，如监测系统与信 息管理系统的关系和区别不清、在线监测系统缺乏特征信号的辨识功能且不具备诊断 功 能和预测功能等。文章强调了实时状态数据库、信息分析资料库、诊断领域知识库 5 和检修维护管理库对于状态维修的实施的重要性。 1.3现有研究存在的一些问题 由于对状态维修的定义及含义仁者见仁，智者见智，电气设备状态维修在我国已 酝酿了十余年，但至今仍主要停留在学术讨论范围中，即便有部分单位进行了尝试， 但因为理论上和技术上暂时还有一些问题，这些尝试并没有形成令人信服的依据，还 不能向全国的电力系统推广。具体而言，现有电气设备状态维修策略存在

30、如下一些问 题： (1) 没有突出状态维修中各项技术的特殊要求。以状态监测技术为例，在尚不能 实现或不必要对所有状态参数进行实时（准实时）监测的情况下，状态监测间隔期的 选取对状态维修具有相 a重要的意义。间隔期太短会导致资源浪费，增加维修成本； 间隔期太长，会出现漏检，进一步导致预防性维修的失败。因此，必须合理地确定状 态监测的间隔期。而目前对于状态维修中的状态监测技术的研究主要集中在状态监测 特征量的选取上，没有对间隔期的确定引起足够的重视 18。 (2) 没有理清状态维修与在线监测、状态维修与故障诊断的关系。一些研究把状 态维修简单化 或绝对化，前者错误地认为状态维修就是为了延长设备预试

31、和检测周 期；后者片面地将状态维修理解为必须以状态在线监测为基础才能实施的维修策略， 提高了进行状态维修的门槛，阻碍了相关研究的发展。更为突出的，许多研究没有划 清状态维修与故障诊断之间的界线，将故障诊断纳入到状态维修的过程之中，以故障 诊断替代状态评估，试图“ 一步到位 ” 地确定设备故障发生的具体部位、时间、后果 等等，大大增加了状态维修的实施难度。 (3) 针对电气设备的状态预测技术研究尚不成熟。预测技术在电力系统中目前的 研究集中于电力负荷的短期和中长期预测 19，对设备状态的预测仅在机械领域得到较 多的研究和应用 2=1 (w2)连续性： Wj(X!， ,; (j+ = l乂 , ?

32、)关于每个变元连续； (W3)惩罚性 ： 关于变元 &单调下降。 若将条件 （ w3)分别改为如下的 （ W30或 （ w3）， 贝 Ij分别得到激励型、混合型变 权向量。 (w3 激 励 性 ： ， ， xj关于变元 单调增加。 (w3 )惩罚性和激励性：， ,xm)关于变元 x, (j+ = l,_,/)单调下降，关于 变元巧（ _/+ = /? + 1，一 ,/)单调增加。 定义 2 构造映射义 0,lm 0,l ， ，之 ( Z)， 称 为一 个 m维（惩罚型）状态变权向量，如果满足以下公理： (si) S(xl,-,xt,-,xj,-,xm) = S(xl,-,xj,-,xi,-,x

33、m), V/,jel,2,-,H7； (s2) xf Xj Sj(X) 为任一常权向量。 (s2) xkSj(X), Pkw P 0.1 0.15 0.15 0.15 0.20 0.25 S(x,) 0.2513 0.2 0.2 0 0.1341 0.2 則 mS(Xj) 0.0251 0.03 0.03 0 0.0268 0.05 W(X) 0.1545 0.1846 0.1846 0 0.1649 0.3077 x,W(x,) 0.0026 0.0332 0.0166 0 0.0346 0.0523 网 .1393 V = =0.1267 7MX0126 37 表 4.5 2001.08.

34、21该变压器状态评价结果 Y Yi Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 X 0.017 0.25 0.11 0 0.31 0.07 妒 0.1 0.15 0.15 0.15 0.2 0.25 S(x,) 0.2513 0.2063 0.2 0 0.2303 0.2 w;ms(Xl) 0.0251 0.0309 0.03 0 0.0461 0.05 W(xt) 0.1378 0.1697 0.1647 0 0.2532 0.2746 x,W(x,) 0.0023 0.0424 0.0181 0 0.0785 0.0192 V， = =0.1605 V = 0.1352 r= 0.0253 计算结果表明

35、，由于 2001.08.21变压器油中溶解 C2H2的绝对含量和变化速度较大， 均已进入变权综合的初惩罚阶段，使得状态评价结果快速上升。在常权加权情况下， 07.09和 08.21两天变压器状态评价结果 和 相差不大，而经过变权加权，变压器 状态评价结果 P和 F有了较明显的差异，与逻辑判断的结果更相符合。 4.3电气设备状态维修决策 虽然根据目前的技术水平不能妄言状态综合评分 0.1的设备的状态一定就比状态 综合评分 0.12的设备要好，但只要综合评分原则合理、评分程序明确、操作简单、结 果唯一性好，状态综合评分值不失为一个好的指导状态维修的依据 16。为便于实际应 用，对设备状态评分与具体

36、实施的维修手段应进行必要的规范，以使得各类设备有一 个相近的标准，表4.6为其推荐值。 按此推荐值，上节实例所讨论的变压器在 2001.07.09时状态综合评分属于 A分类， 相对应的维修策略为延期，即继续保持状态监测不采取具体的维修措施。而在 2001.08.21时该变压器状态综合评分进入 B分类，对应的维修策略为延期 /计划，即应 a在继续状态 监测的前提下提高注意，做好维修的相关准备。 38 表 4.6 电气设备状态维修决策推荐值 状态综合评分 分类 维修策略 状态 接近出厂值或交接试验值，且 0.00 0.15 A 延期 连续几次监测数据稳定，即劣化速 度缓慢；与同类设备相比偏好。 远

37、未达到注意值，没有明显的 0.16 -0.40 B 延期 /计划 劣化趋势；与同类设备相比相当或 偏好。 介于最优（行业认可）与注意 0.4P -0.60 C 优先安排 值之间；劣化趋势不明显；与同类 设备相比相 a或偏差。 接近但没有超过注意值，劣化 0.6P -0.80 D 尽快维修 趋势一般；与同类设备相比差异较 为明显。 接近或达到注意值，或劣化趋 0.8P -1.00 E 立即维修 势非常明显；与同类设备相比有显 著差异。 39 5电气设备状态维修对设备可靠性的影响 5.1定期预防性维修对设备可靠性的影响 维修不能提高设备固有可靠性，但是维修对设备和元件的可靠性的影响是直接 的。在预

38、防性维修中，系统或设备在失效之前更换故障元部件，清洗、润滑、重新调 节系统参数等活动，使之能够延缓由于磨损、腐蚀、疲劳、特性变差等有关因素造成 的老化、损耗现象，以期提高系统或设备长期运行的可靠性 65。 预防性维修中，维修效果如何，取决于几个因素，其中包含人的因素、环境条件、 备品备件及材质、设计研究所提供的维修措施等。由于这些因素的影响，使得每次预 防性维修的性能效果不尽一样，维修效果有好有差。本节比较两种维修策略对可靠性 的影响，一是定期预防性维修策略，二是本文所述的状态维修维修策略。同时分两种 情况，理想化维修，即经过每次维修活动，设备将恢复到全新状态，二是考虑 上述因 素的影响，使每

39、次维修效果达不到理想状态，即所谓不完善维修。 5.1.1理想化定期预防性维修 设运行设备的可靠性为，其中？为运行时间（它仅指设备实际运行的时间， 而不包括设备停运的时间），那么 i? 指设备未作维修时的可靠性，用 &表示设备 经过维修后的可靠性。 如果每隔时间 r进行一次维修，使设备恢复到全新状态。那么在 /l时，故障率 A 随时间增加而增长。此时有 -10 则指数函数式 （ 5-6) 因此 RnT) (5-4) (5-5) (5-6) RMnT)RnT) 上式表明，在设备故障率随时间增加而增加时，对设备的预防性维修工作会使设 备可靠性增加，显然是设备的维修工作对可靠性产生了积极的影响。 aw

40、1， W = l， Wi时的不完善维修设 43 备的可靠性。对式 （ 5-4)进一步讨论。 般 情 况 下 ， 户 1 ， 维 修 的 成 功 率 于 是 式 （ 5 - 6)变为 KXnT) R(nT) =exp m (nTX n np + I T JJ (5-7) 当维修活动使可靠性得以提高的程度大于因不完善维修使设备可靠性下降的影 响，即不完善维修还能对设备可靠性得到改善。 由式 （ 5-7)有 -n T e -np + nT B 0 得 不完善定期预防性维修对可靠性的影响如下图 5-3所示。 nR(t) 不完善维修 无维修 图 5-3 不完善定期预防性维修对设备可靠性的影响 上述分析表

41、明，维修刚结束时，因不完善维修的影响，设备的可靠性在下降。随 着时间增加，磨损效应增大，这将使设备可靠性继续下降，而维修的有效性 影响开始 补偿了磨损效应的作用，随着时间进一步增加，维修的作用的影响，使设备的可靠性 较无维修时得到提高。 44 5.2状态维修对设备可靠性的影响 根据上述分析，可以看出定期预防性维修的缺陷在于： (1) 在设备故障随时间增加而减少时（即 w = 15年 ， w = 0.75的威布尔分布来描述。第二个因素是 其他因素，用常数故障率 =0.015/年表示。 (1) 不作预防性维修 设 =i 为设计寿命，设备可靠性为两个不同故障模式（原因 ） 所决定， 可表示为： RT

42、d) = UTd)RmTd) 式 中 ， 为 单 独 考 虑 常 数 故 障 率 影 响 下 设 备 的 可 靠 性 ， 为 单 独 考 虑 自 然 老 化影响下的设备可靠性。 可以计算得到，式中由常数故障率所决定的可靠性 R (Td) = e-A = e- m5l = 0.8607 自然老化决定的可靠性 Rm(Td) = eM =e-a n5)Jf =0.4782 因此变压器在 r, =10时的可靠性为 R(Td) = R0 (Td )Rm (r, ) = 0.8607 x 0.4782 = 0.4116 (2) 假使每 3年对变压器进行一次理想化定期维修 根据式 （ 5-5)有 /() =

43、 exP n(Td/n0) exp -3x i Y 75 3x15 0.3787 因此，设备可靠性 RTd) = R0(Td)RM (Td) = 0.8607 x 0.3787 = 0.3260 可见，由于该变压器投运稳定之后，处于自然老化故障随时间增加而减少的阶段 46 (即 1时的情况，若 w = 1.5,则通过同样的计算方法可以计算得到 R(Td) = 0.4994 RTd) = 0.6282 此时定期预防性维修可以提高变压器的运行可靠性。 事实上，变压器的故障率随时间分布不是某一种简单分布，而是多种复杂分布的 综合，这就使得变压器的故障率随着运行时间的増长会重复出现上升、下降的过程。

44、定期维修根据事先确定的维修周期对变压器进行维修，无视变压器自身状态的变化， 因而导致 “ 过维修 ” 或 “ 欠维修 ” 现象的出现。状态维修是 RCM的一种具体实现方 式，若将变压器健康状态与变压器运行可靠性视为正相关的关系，可以在变压器状态 劣化（可靠性下降 ） 时采取积极的措施进行维修，在状态好转（可靠性提高 ） 时保持 对其状态监测，有效防止了维修的盲目性，提高了变压器运行可靠性 。 47 6全文总结与展望 目前电力系统中电气设备大多采用的定期维修体制存在着严重缺陷，如维修不 足、维修过剩或盲目维修等，这使我国每年在设备维修方面耗资巨大。怎样合理安排 电气设备的维修，节省维修费用，同时保证系统有较高的可靠性，对系统运行人员来 说是一个重要课题，也成为了近年来学术研究的热点之一。 6.1总结 本文从电气设备状态维修所需的技术条件着手，重点研究状态维修中的关键技 术，包括状态监测技术、状态预测技术、状态评估技术的实现方式；同时，定性探讨 了预防性维修中的两种主要维修方式一定期维修和状态维修对设备可靠性的影响。具 体而言，本文的主