改扩建项目中电气设备老化风险评估及预防性维护策略构建研究

引言

在高分子复合材料制造领域，电气系统的可靠性直接关系到连续化、自动化生产的稳定性与安全性。苏威特种聚合物扩建项目中，大量电气设备面临高温、高湿、腐蚀性环境与长周期运行挑战，老化风险持续累积，维护管理难度显著提升。构建科学的风险评估模型与高效的预防性维护机制，已成为保障工程运行与安全控制的关键环节。围绕设备老化特征、失效趋势、环境适应性及资源投入效能，探索系统性维护策略对提升项目整体运行质量与生命周期管理水平具有重要意义。

一、电气设备老化机理与失效模式

（一）电老化机制分析

在苏威特种聚合物年产 10000 吨高分子复合材料改扩建项目中，电气系统长期处于高强度运行状态，负载波动频繁，特别是DCS 自动控制系统、变频驱动设备及工艺控制传感网络在持续供电下产生大量局部电应力。绝缘材料在长期承压条件下出现电树枝和击穿路径，尤其在潮湿环境与高频感应电流作用下，电晕效应增强，加速绝缘劣化。变电设备与控制单元间存在电位差，导致持续微放电现象，诱发电气设备老化。此项目中通过加强接地系统完整性、优化电缆走线布设与屏蔽措施，有效降低了局部电应力对系统绝缘寿命的影响。

（二）热老化失效模式

该项目部分关键设备如聚合反应釜电加热元件、干燥系统电驱动机构在高温环境下持续运行，电气部件长期处于高负载、高温状态。热应力引发材料膨胀不均，致使绝缘层出现裂纹，连接触点因热循环疲劳产生接触电阻升高，进而局部过热，诱发碳化、烧蚀等失效现象[1]。尤其在多点温控与并联负载区域，热量堆积效应明显，加速设备内部温升。在本项目实施中，通过引入高温等级绝缘材料、合理配置散热结构、优化通风路径，有效抑制了因热老化导致的功能失效和火灾隐患。

（三）机械老化损伤机理

扩建项目新增高效混合装置、粉碎系统及包装线等环节对电机、电缆及开关设备带来较大振动负荷。电缆在长期反复机械拉伸和扭转中出现护套破损与芯线裸露，易引发短路；同时接线端子在持续微振下螺栓松动，造成接触不良与电弧拉弧损伤。设备安装过程中部分电器部件因基础不牢或布线间隙不足引发震动共振，增加机械疲劳程度。通过采用抗震型电缆桥架、柔性连接电缆、防振接头和结构缓冲设计，有效减轻了设备运行中的机械应力累积问题，显著提高了系统运行稳定性。

（四）环境协同老化效应

项目所在园区常年湿度大、夏季温湿并重，部分电气设备暴露于高盐高湿及有机气体环境中，加速了金属部件的腐蚀与绝缘介质的吸湿老化过程。高分子单体的气相残留物与粉尘沉积亦对电器元件形成包覆，增加击穿风险。在本次改扩建中，对配电间与关键控制设备设置了封闭空调系统，并增设除湿装置；户外设备选用耐腐蚀防护外壳与 IP65 等级防护装置，结合防尘过滤系统，对粉尘及气体腐蚀双重控制，有效降低了多重环境因子协同作用下的老化速率，确保了设备长期运行可靠性。

二、老化风险评估模型构建

（一）评估指标体系建立

在苏威特种聚合物年产 10000 吨高分子复合材料改扩建项目中，电气系统覆盖范围广，设备种类繁多，运行工况复杂。为系统识别电气设备老化风险，建立了涵盖设备性能状态、运行环境、历史故障记录、维保频次及绝缘电阻、温升幅度、电流波动率等在内的多维评估指标体系。结合项目中干燥、混合、包装等连续生产线电气环节特点，将涉及可燃粉尘控制、易燃气体泄漏防护的电器系统设为高风险等级，单独设立敏感指标。指标体系注重过程实效性与数据可获得性，匹配DCS 系统历史运行数据，实现多维度量化分析，为后续老化程度评判提供结构化数据支撑，提升评估工作的精度与可操作性。

（二）层次分析法权重确定

为确保评估指标间权重合理，针对苏威项目电气设备的实际风险等级与运行特征，采用层次分析法（AHP）进行多层级比对。依据项目中关键负载设备的重要性、运行频率、故障敏感度及潜在事故后果，对一级指标如“ 设备运行状态” “ 环境适应能力” “ 安全隐患等级”进行结构建模，再细化至子项，如电缆绝缘强度、变频器故障率、设备震动频率等。通过专家打分与一致性校验，构建成判断矩阵，确定各层指标权重。项目中特别提高对易燃粉尘车间电气系统的评估权重，反映该区域对整体安全保障的影响，从而引导资源向重点设备倾斜，实现风险资源精准投入与预警判断的有效联动。

（三）模糊综合评价模型

考虑到评估过程中存在大量模糊信息与不确定性，结合苏威项目多类型电气设备运行数据的非线性特征，构建模糊综合评价模型，对老化程度进行等级划分。利用前期建立的指标权重，结合实际监测数据，采用隶属函数对设备状态值进行模糊映射，形成“ 轻度老化” “ 中度老化” “ 重度老化” 等风险等级[2]。该模型在项目中成功应用于储罐区液位控制柜、包装线电气单元等关键节点，特别是在检测出某干燥设备供电回路存在绝缘性能边界波动时，通过模糊模型判定其处于中-高风险区间，随后实施检修干预，有效避免了潜在短路事故，验证了模型在提升风险感知准确率方面的实用性。

（四）剩余寿命预测模型

基于项目中电气设备长周期高负荷运行特征，开发了以多源运行数据驱动的剩余寿命预测模型。该模型融合绝缘电阻变化趋势、设备热老化速率、过载运行时间、振动应力频次等关键因子，通过建立退化曲线与寿命概率分布函数，动态预测设备在不同运行条件下的失效概率与剩余使用年限。在苏威项目实施中，针对聚合区控制柜、电缆分支箱等关键部位，应用该模型提前识别出运行超过六年的老化设备，及时调整维护计划并更换部分高风险构件。该模型有效提升了维保计划的前瞻性与科学性，强化了改扩建项目电气系统的全生命周期风险管理能力。

三、预防性维护策略构建

（一）维护分级策略

在苏威特种聚合物年产 10000 吨高分子复合材料改扩建项目实施过程中，为确保电气设备运行的持续可靠与安全，建立了系统性的维护分级策略。该策略基于设备运行风险等级、故障影响范围、历史故障率及安全敏感程度，将全厂电气设备划分为四类维护等级：关键级、重要级、一般级与可监控级。聚合反应区、干燥区及包装系统中的电加热器、DCS 主控柜、可燃气体探测器等关键设备列为优先级，实施周期性预防性维护与动态状态监测；变压器、备用电源及高压配电装置归为重要级，执行半年度检修；车间通风电机、输送系统开关设备设为一般级，按使用时长计划维护；部分低负荷照明与辅助设施则设为监测预警级，仅进行可视化巡检。

（二）维护技术方案

结合项目中电气系统涉及高温、高湿、粉尘浓度高等工况特点，构建了针对性强、实用性高的维护技术方案。对变频器、PLC 控制柜等核心控制设备采用红外热成像进行热缺陷检测，识别接触点发热和线路老化问题；对室外受腐蚀风险大的配电箱、电缆终端进行涂层加厚、防水密封与绝缘包覆加固处理；在粉尘易积区，如干燥与包装工段，应用防尘负压清扫系统及电气除尘封闭罩，提升接线端子与开关设备的清洁度与运行稳定性[3]。对关键设备的绝缘层实施介电强度测试及局部放电检测，动态掌握绝缘退化趋势。还引入了移动式智能巡检终端，实现对多个配电回路、远端控制节点的数据采集与即时上传，使隐患早发现、早处理成为可能。

（三）维护资源优化

通过将设备风险等级与维保等级对应整合，建立了维保任务优先级矩阵，从而科学调配专业维护力量、检测设备与备品备件。针对聚合反应区与粉尘集中区设立专属维护小组，专人负责高频巡检与计划性检修，形成“ 点对点” 快速响应机制。引入基于物联网的设备台账系统，建立了部件寿命曲线数据库，并结合设备历史运行数据，精准预测备件更换时间，有效减少了冗余备件库存[4]。部分易损件如继电器、断路器执行“ 集中采购、统一配置” 策略，降低采购成本的同时提升通用性。运维任务由传统人工纸质模式升级为数字化平台管理，维护人员通过移动终端即可完成任务调度、状态登记和故障闭环处理，实现人力与物料的动态调度与集中管控，在保障安全的前提下提升了资源利用效率。

（四）维护效果评估

项目建成投运后，为确保电气维护策略真正落地并取得实效，建立了覆盖周期性评估与异常响应的维护效果评价体系。评估体系以设备可用率、故障响应时间、停机次数、隐患整改闭环率等为核心指标，并结合DCS 系统运行日志与事故报告进行量化分析。在投产初期，通过对干燥包装工段和聚合主控制区的重点电气设备进行维护试点，数据显示设备年故障率降低了 32% ，非计划性停机减少 48% ，电气火灾隐患清单基本归零，显示出分级维护机制的显著成效。通过定期开展第三方巡检交叉审查和内外部对标分析，持续优化评估维度与评价标准，推动技术改进与制度完善。在评价反馈结果基础上调整维护频次与方式，实现评估、改进、实施的闭环控制，确保了维护工作在运行期具有持续改进能力与动态适应性，从根本上提升了项目电气系统的整体安全稳定性与经济运行水平。

结语

在苏威特种聚合物扩建项目中，电气设备老化风险经系统评估、分级维护与寿命预测等多维手段得以有效识别与控制。通过构建针对性评价模型，明确老化机理与失效路径，优化维护技术与资源配置，形成以数据驱动的动态管理机制，提升了设备可靠性与运行安全性。预防性维护策略的实施强化了生命周期管理，为类似改扩建工程中的电气系统健康管理提供可复制路径与实践范式，具有较强的工程适用性与推广价值。

参考文献

[1] 孔庆欣. 厂房电气设备老化检测 与 预防性维护计划 制 定方法 [J]. 智慧中国,2025,(05):48-49.

[2] 司致旭. 新型电力系统中的电气设备检测技术与维护策略[J]. 产品可靠性报告,2025,(01):70-72.

[3] 林鑫, 佟芳, 张容福. 基于图像处理深度学习电力设备老化检测[J]. 电力大数据,2022,25(11):38-46.

[4] 徐 学 敏 . 核 电 厂 安 全 级 电 气 设 备 热 老 化 试 验 方 法 概 述 解 析 [J]. 核 安全,2021,20(03):104-107.