基于模糊综合评价的高压断路器可靠性检修策略分析

隋新友

摘要：本文概述了当前电气设备检修常用方法，并重点介绍了可靠性状态检修的相关概念，在此基础上结合模糊综合评价法，通过对高压断路器的检修中主要指标的选取、隶属函数的拟定以及指标权重的确定，可综合各类关键信息来评价断路器的实际运行状态，为制定检修策略提供重要参考。

关键词：高压断路器；可靠性状态检修；模糊综合评价

中图分类号：TM561文献标识码：A 文章编号：

1、概述

在电力企业竞争日趋激烈的大背景下，降低电网电气设备的维护成本成为了提高企业利润的重要手段，电气设备的正常运行同时又是保障电网正常运行的基本前提。因此面对数量众多的电网电气设备，制定出合理的维修策略就成了关键因素。

从电气设备维修的发展历程来看，目前已经进入了以可靠性为中心的阶段，更加注重提高设备的可用程度（利用时间）和可靠程度（维护的频率），提高电气设备的成本效益。在当前的电气设备维修策略中，依据电气设备重要性的不同，所采用的维修策略也会有所差异，对于那些投资小，发生事故后对电网影响较小的设备，通常都采用事后维修法（CM）。其次是时间型的维修策略，这类维修策略主要是依据维修经验，对某种设备的到一定的运行年限后进行检修，这也是当前电气设备最为常见的维修策略。随着设备维修策略研究的深入，基于状态的维修策略（CBM）在重要设备的运行状态参数监控方面逐渐体现出独到的优势，通过对设备的技术状态监测结果来决定是否进行检修，可更好的利用维修资源和节约费用。而以可靠性为基础的状态检修（RCM）则是最早使用在航空航天、飞机制造业等对安全性和可靠性要求非常高的行业，要使用这种方法需要对系统进行分层，对各个层次中的设备细化罗列出可能的故障类型、故障成因以及对应的故障后果，并给出各类型故障的预防措施。由于重要电网设备的安全保证率要求非常高，直接影响到电网的可靠性和电能质量，从管理特点上也接近于可靠性为基础的状态检修的核心理念，因此可靠性维修方法在理论上成为了电力设备维修的研究热点。可靠性为基础的状态检修由于需要考虑电力设备发生故障的可能性，因此又是一个和风险分析和风险管理直接相关的问题，这也是区别于传统检修方法的重要特征。在进行电力设备的可靠性分析时，主要考虑设备的安全性等级和设备使用的充分性，而安全性则是主要考虑故障发生的可能性和相关后果的严重性，因此可以进一步引入风险分析理论中的风险安全评估（RBSA）。本文中将结合以可靠性为基础的状态检修和风险安全评估，来探讨电气设备中一类非常重要的高压断路器的可靠性维修及其策略制定。

2、可靠性状态检修的相关概念

可靠性状态检修涉及到三个基本的概念，一是可靠性分析，二是维修性分析，三是可用性分析。可靠性是指物品不发生故障的性质，也指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。因此对设备可靠性的分析都是建立在“规定”的条件下，这些“规定”条件一般由设备的生产商提供额定参数，因为设备的可靠性是一个和时间有关的问题，因此“规定”时间是指应当在设备的正常适用年限内考察设备的运行状态，设备经过维护后，能够达到涉及范围内的运行状态。在设备的检查、故障诊断等过程中，这一过程所反映的是设备进行维修时的要求和能力的描述。另外一个方面是设备的可用性，设备的可用性是指设备在任意随机时刻需要和开始执行任务时处于工作或可使用状态的程度。上述三个方面的因素共同构成了设备的可靠性状态检修的基本要素。但要整合这三个因素需要利用一些理论方法。本文中采用模糊综合评估的方法来解决。

3、高压断路器故障类型

造成高压断路器故障的直接原因通常情况下都是机械故障（如传动机构故障、断路器本身的故障），其表现形式为控制设备的执行机构故障，其次是电气故障，如绝缘性方面的问题、控制器和辅助回路等方面的问题。有统计表明，电气故障在所有的断路器故障中的比例一般为2成到3成左右，更多的还是机械故障导致。此外，设计缺陷或制造工艺问题是导致机械故障或电气故障的重要因素，在安装维护中的问题也是导致这两类主要故障的原因。

从断路器故障的外在表现形式来看，液压机构故障出现频率最高（主要为油气系统泄漏），断路器自身的故障如连接部位的松动、瓷瓶损坏等也是常见原因。

4、模糊综合评估方法

模糊综合评估法适合于出力多因素综合评判问题，通过建立评估指标体系，和划分变化区间的评语集，最后通过确定评估矩阵和确定权重向量以及评估计算，得到多因素评判的整体结果。

结合高压断路器的模糊综合评价，需要选择适当的评判指标，这些指标都依据断路器状态常规检测中的主要项目。本文中采用以下6类指标：（1）合分闸的位置、响应时间、合分闸的同期性以及重合闸无电流时间；（2）合分闸线圈状态、线圈闭锁装置状态、电磁铁是否存在卡涩、控制回路电压是否正常；（3）触头的总行程、触头速度；（4）振动信号机构的变形和磨损情况、振动信号机构的装配是否正确、振动信号机构是否存在故障；（5）断路器触头的动态电阻运行状况；（6）断路器的开断性能、断路器的电磨损程度。

通过对以上高压断路器的常规检测项目的细化，可为其可靠性状态检修提供可行的参考指标，再结合模糊综合评判法，即可对断路器的运行状况做出评价，从而为制定检修策略提供决策依据。

结合模糊综合评价理论，在选定了以上的主要评价指标后，需进一步建立起评价语言集合，本文中结合实际情况，选择如下四种评语｛正常、存在缺陷、可疑、危险｝。在此基础上，建立隶属度函数，这是模糊综合评价理论的关键问题。本节中在选择隶属度函数时，考虑了两种方法：模糊统计法和专家经验法。经过分析后认为，应在评价时多考虑一线检修人员的意见，充分利用其丰富经验是合理的确定隶属函数的关键。因此在选择隶属函数的确定方法时采用专家经验法，让有经验的一线检修人员对将上述6类评价指标和断路器故障之间的隶属关系打分，从而拟合出比较贴近于实际的隶属度函数。

通过专家经验法得到的上述6类因素的权重分别为｛0.164 ,0.198,0.112 0.132 ,0.138,0.256｝。再通过对各类因素建立起相对隶属度矩阵，可得到模糊关系矩阵，限于篇幅，此处没有给出模糊关系矩阵的具体数值。最后通过计算权重向量与模糊关系矩阵的乘积，即可得到在特定状态下断路器的运行状态，其结果为评语集合中的一个（正常、存在缺陷、可疑或危险）。

在判定了短路器的运行状态后，实际上已经可以对断路器的状态做出预测，因此可制定相应的检修策略。如果断路器处于安全状态，当然可以维持现状；如果断路器处于存在缺陷的状态则应及时更换配件；如果断路器处于可疑状态，则说明和相关的指标中存在多个或单个的隐藏问题，应做详细排查排除隐患；如果断路器处于危险状态，则应当重点检查关键设备，避免发生重大事故。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。