在线监测系统的重要性:通过状态监控延长产品寿命 |
要了解如何推迟与产品更新相关的支出,有必要探索此类投资的潜在驱动因素。简而言之,当更新成本低于与保留产品服务相关的下行风险的未来负债时,更换产品的商业案例是积极的。 因此,如果可以将这些负面后果或下行风险控制在可容忍的水平,就有可能推迟投资要求。当今典型的配电网络设备,例如电力变压器和开关设备,都是高成本、长寿命的产品。 对新产品的投资主要由两个相互关联的驱动因素驱动,i) 提供新容量或能力的需求,以及 ii) 随着产品随着时间的推移和使用而退化,需要维持现有能力。 不确定性使投资决策变得困难。如果该产品的长期未来需求不确定,公司是否应该投资数百万美元的产品?在这样的商业环境中,推迟投资的能力,特别是没有即将发生的能力或能力相关驱动因素的更新投资,具有实际和财务优势。 如果产品更新取代现有能力或能力,那么真正的驱动力是什么?驱动因素是需要进行投资以防止产品失败的负面后果。对于配电产品,这可能包括安全考虑、产品故障对客户服务水平的影响以及持续运营成本。 改变失败的概率 风险通常被定义为后果和失败概率的乘积。如果产品的最佳更换时间是风险的函数,那么可以通过影响这些参数中的任何一个来延长其使用寿命。 改变故障概率需要改变产品的物理特性,这一过程通常称为翻新。然而,在本次讨论中,我们将关注另一个维度,即通过对潜在产品故障的早期了解来改变故障的后果。 推迟重置投资 时间、环境和使用的老化过程会导致电气设备老化,从而增加故障的可能性。故障可能是功能性的,设备不再能够执行其预期的功能,也可能是潜在的,存在潜在的问题,需要更多的时间或环境才能实现功能性故障。 在电气设备中,功能故障,尤其是与电气绝缘相关的故障,可能会导致二次损坏,使设备无法进行经济维修,或者更糟的是,可能会对安全造成危害,或对客户服务水平产生重大影响。对产品状况的监控可以在潜在故障升级之前检测到它们,从而提供管理故障后果从而影响风险的机会。 如果与寿命限制故障模式相关的风险可以管理到可容忍的水平,那么延长产品寿命是可能的。 失败的主要原因 长期以来,局部放电活动或 PD 被认为是造成 HV/MV 开关设备故障的主要原因。HV/MV 绝缘中的局部放电可以认为有两种形式:i) 表面局部放电和 ii) 内部局部放电。 当存在表面局部放电时,绝缘表面会出现漏电痕迹,空气中的污染物和湿气会加剧这种情况,从而导致绝缘材料的腐蚀。内部局部放电发生在大部分绝缘材料中,是由老化、劣质材料或劣质制造工艺引起的。 如果任其继续不受控制,任何一种机制都将导致绝缘系统在正常工作应力下失效,从而可能导致破坏性故障。 通过结合超声波和 TEV 传感器的手持式局部放电检测仪器,可以在开发的早期阶段可靠地检测表面和内部局部放电。 定位器就是此类仪器的一个示例,如下图 1 所示。用于检测 PD 的非侵入式仪器现已被世界各地的许多公用事业公司广泛使用,并取得了出色的成果。 一家大型国家配电公司报告的结果表明,由于中压开关设备故障而导致的停电次数在 5 年内减少了 71%,从而每年减少了 470 多次故障,这意味着故障后果和风险显着降低。 劳动力成本和可用性 虽然使用手持式仪器已被证明可以有效地过滤产品群体的潜在故障,但这种方法确实有一个缺点,即采样频率受限于执行测试的成本和劳动力可用性。 一些限制寿命的故障模式可能会迅速发展,是间歇性的,或取决于环境条件。这可能意味着较大的抽样间隔不会提供所需的风险降低或安全相关风险得到适当控制的信心。 为了克服这个问题,状态监测设备可以永久性地安装在故障可能性和后果都很高的设备上。下面的图 2 显示了一个持续监控系统的示例。 图 2 中压开关柜局部放电连续在线监测系统示例 连续监测系统的安装和持续运行需要投资。为了建立这种投资的商业案例,必须了解系统将提供的降低风险的潜在好处。基于条件的风险管理 (CBRM) 提供了一种方法来计算与大量产品相关的条件和故障相关风险,方法是对每个产品的概率和故障后果进行校准估计。 定量估计的故障概率(故障/年)来自产品“健康指数”,该指数结合了与产品年龄、设计、运行环境、运行职责和物理条件观察相关的已知信息。 应用适当的临界因子 失败的后果以财务术语在单个产品级别进行评估。这是通过首先对网络性能(或生产影响)、安全、财务和环境影响等维度的故障平均后果进行量化估计来实现的。 然后,这些平均后果通过按比例放大或缩小来个性化,以通过应用适当的关键性因素来反映单个产品的运营环境。 为了探索应用在线局部放电状态监测的潜在好处,我们汇总了大约 3,400 个 11 kV 金属复合开关柜样本群体的故障相关风险估计值。该样本取自与澳大利亚和新西兰的一系列操作环境一致的操作环境。 通过以这种方式汇集数据,我们可以深入了解该地区金属复合开关设备所呈现的风险值范围。 计算的年化风险值的频率图。应该注意的是,在所有情况下,风险量都由供应损失或网络性能风险的影响所支配,这可能会因网络配置和连接的客户而变化很大。 这个过程的结果是以财务术语量化的产品故障相关风险的度量。应该注意的是,风险量化的一个重要部分是评估客户电力供应损失的财务价值。 对于配电网络,这是使用与澳大利亚和新西兰监管机构接受的方法一致的客户可靠性价值 (VCR) 方法来处理的。以财务术语计算风险使得在成本效益计算中使用派生的风险值来测试各种风险管理干预的有效性或其他方面成为可能。 可以看出风险范围从每年不到 500 美元的相对较低价值到每年超过 10,000 美元的一些非常高的价值单位之间存在显着差异。具有高计算风险值的产品通常是关键网络位置的老化油类开关设备。 虽然大多数产品的风险值较低(应该是这样),但很大一部分人口的风险水平预计增加持续在线监控可提供净积极的财务收益,并有可能使这些产品继续存在服役时间超过了他们原本可能被允许的时间。 结论 在不确定和充满挑战的商业条件下,推迟资本投资以替换老化的高价值长寿命产品是有吸引力的,因为这可以最大限度地减少收购可能搁浅或未充分利用的产品的可能性。 如果更换产品的最佳时间是有形和无形后果的净现值小于更换产品的成本时,则如果产品故障的后果可以适当减轻,则可以延长寿命。 状态监测,特别是连续在线监测系统可以降低风险,前期投资成本大大低于设备更换成本。 |
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