變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

摘 要：變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)是保證供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，尤其是對變電設(shè)備的在線監(jiān)測非常關(guān)鍵，變電設(shè)備一旦發(fā)生故障，輕則單條線路受到影響，重則區(qū)域供電受到影響，因此，要積極做好變電設(shè)備的在線監(jiān)測工作。

關(guān)鍵詞：變電設(shè)備；在線監(jiān)測技術(shù)；故障分析

前言

變電設(shè)備作為電力系統(tǒng)中的核心主干，運(yùn)行的可靠性對供電質(zhì)量也會有著直接的影響，作者結(jié)合自身多年經(jīng)驗(yàn)，對變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)及故障進(jìn)行探討。

1 變電設(shè)備概述

變電設(shè)備主要就是對輸送電線路上的電流、電壓等信號進(jìn)行改變的設(shè)備，是保證輸送電效率的重要組成部分。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們用電需求的不斷增加，變電設(shè)備也有所革新，進(jìn)而保證系統(tǒng)供電的安全性、可靠性[1]。但是，在供電系統(tǒng)運(yùn)營的過程中，依然會存在變電設(shè)備故障，對系統(tǒng)供電的安全性、可靠性也帶來一定的影響，而變電設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)以及對變電設(shè)備的故障分析都能規(guī)避或降低設(shè)備故障對線路造成的損壞，進(jìn)一步提高線路供電的可靠性。

2 變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

目前在電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，在線監(jiān)測技術(shù)主要應(yīng)用于變壓器及其附屬設(shè)備、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（以下簡稱GIS）、斷路器的一、二次電氣部分。

2.1 變壓器在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

變壓器是供電系統(tǒng)中重要的變電設(shè)備，對系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性有著直接的影響，變壓器在實(shí)際的運(yùn)行過程中，一旦發(fā)生故障，對變電設(shè)備的正常運(yùn)行也會造成直接的影響。局部放電是變壓器較為常見的故障之一，引起這方面故障的原因主要處在變壓器的油絕緣、紙絕緣中存在氣隙，或內(nèi)部場強(qiáng)出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象，以及變壓器導(dǎo)體內(nèi)含有毛刺、尖角等現(xiàn)象都會造成變壓器的局部放電故障，如果不能有效的處理局部放電故障，可能導(dǎo)致局部放電故障的惡化，甚至出現(xiàn)擊穿故障，因此，要做好變壓器的在線監(jiān)測。

變壓器的在線監(jiān)測技術(shù)主要分為以下幾種形式：

（1）色譜分析監(jiān)測技術(shù)，主要是將變壓器自身的油經(jīng)過循環(huán)管路進(jìn)行循環(huán)，并進(jìn)入到脫氣的裝置中，然后再經(jīng)過脫氣裝置流入分析儀，對可燃?xì)怏w等進(jìn)行分析和打印，形成色譜圖清楚得知可燃?xì)怏w的含量值，再根據(jù)變壓器自身油中的溶解氣體的分析，能夠準(zhǔn)確的反映出變壓器運(yùn)行過程中內(nèi)部是否存在故障，如果存在故障能夠?qū)Υ_定相應(yīng)的故障類型，例如，總烴含量過大的話，說明變壓器存在過熱性故障；如果乙炔含量過大的話，說明變壓器存在放電性故障等。變壓器油中的氣體含量變化特征是發(fā)生故障的前兆，因此，對變壓器運(yùn)行的在線監(jiān)測非常關(guān)鍵。通過在線色譜分析技術(shù)，能夠?qū)ψ儔浩饔蛢?nèi)氣體的濃度、類型、氣體產(chǎn)生的速度以及氣體變化的趨勢進(jìn)行分析，準(zhǔn)確的判斷變壓器的故障情況，對變電設(shè)備的安全運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。

（2）鐵芯多點(diǎn)接地監(jiān)測技術(shù)。鐵芯多點(diǎn)接地故障監(jiān)測技術(shù)，主要是利用鐵芯引出線引發(fā)接地電流，再對其進(jìn)行取樣測量，從而實(shí)現(xiàn)對接地故障的在線監(jiān)測[4]。鐵芯多點(diǎn)接地監(jiān)測在大型變壓器的應(yīng)用中，是通過外殼的小套管將其引出變壓器外實(shí)施接地的，需要保證變壓器的鐵芯有一點(diǎn)接地，這樣能夠有效的消除鐵芯產(chǎn)生的懸浮電位引發(fā)的對地放電的現(xiàn)象。如果變壓器出現(xiàn)多點(diǎn)接地現(xiàn)象的話，極易造成鐵芯硅鋼片間短路，從而產(chǎn)生環(huán)流故障，因此，一般情況下鐵芯接地僅是一點(diǎn)接地，而且，接地都是以毫安為單位的，一旦出現(xiàn)鐵芯亮點(diǎn)接地故障的話，就會造成接地點(diǎn)的電流增大至數(shù)倍甚至數(shù)百倍的現(xiàn)象，會造成變壓器油內(nèi)總烴氣體含量迅速增加，而相應(yīng)的氣體繼電器就會發(fā)生動作，對供電的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，因此，為了避免變壓器出現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地故障，應(yīng)積極做好變壓器鐵芯接地電流故障監(jiān)測，這樣才能有效的避免或降低多點(diǎn)接地故障的發(fā)生。

（3）鐵芯多點(diǎn)接地監(jiān)測技術(shù)。冷卻器是變電設(shè)備的重要組成部分，而且，在運(yùn)行的過程中也經(jīng)常發(fā)生故障，對設(shè)備的正常安全運(yùn)行帶來一定的影響，造成設(shè)備故障的原因主要出在風(fēng)扇和泵的問題上。針對冷卻器在運(yùn)行狀態(tài)下的監(jiān)測，主要對風(fēng)扇和泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，可以通過對風(fēng)扇和泵運(yùn)行情況下的電流以及系統(tǒng)的溫度測量，來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)扇和泵的在線監(jiān)測[2]。如果風(fēng)扇葉和泵業(yè)輪在正常運(yùn)行之下，旋轉(zhuǎn)是正常的，如果是在非正常的狀態(tài)下運(yùn)行，設(shè)備的控制線圈也會出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，一般情況下，造成冷卻器泵軸的故障主要是金屬粒子造成的，就當(dāng)今技術(shù)而言，對冷卻器的監(jiān)測技術(shù)主要采用離線測量的方式，更高深的在線監(jiān)測技術(shù)還在研究中。

此外，變壓器在線監(jiān)測技術(shù)還應(yīng)用在高壓套管監(jiān)測、本體油溫及部分本體信號監(jiān)測、電流電壓測量、場區(qū)環(huán)境溫度監(jiān)測等各個方面，通過對變壓器相關(guān)重要因素全方面的在線監(jiān)測，能及時發(fā)現(xiàn)變壓器運(yùn)行中存在的隱患，有效避免變壓器嚴(yán)重故障的發(fā)生。

2.2 GIS在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

（1）SF6氣體特性、水分在線監(jiān)測技術(shù)。SF6氣體因其優(yōu)異的絕緣和滅弧功能幾乎成為GIS的唯一的絕緣和滅弧介質(zhì)，SF6氣體的狀態(tài)對GIS的穩(wěn)定運(yùn)行有著決定性的作用。如SF6氣體發(fā)生泄漏，一方面說明設(shè)備密封不良，另一方面對于SF6斷路器，將影響其分合閘功能，一旦設(shè)備發(fā)生故障，將無法迅速切除故障，導(dǎo)致越級跳閘事件從而擴(kuò)大停電范圍。

SF6氣體是一種無色無味的氣體，對人體大腦會造成缺氧、窒息的現(xiàn)象，即使空氣中含SF6氣體也不易被人察覺，SF6在線監(jiān)測技術(shù)也能對空氣中SF6的含量進(jìn)行監(jiān)測，一旦空氣中SF6占比例過高的話，就會對其進(jìn)行報(bào)警來通知值班人員。

此外，如GIS絕緣件材質(zhì)不良或密封工藝不良，造成水分進(jìn)入電氣設(shè)備，達(dá)到一定含量時，液態(tài)水汽將會在絕緣件表面形成導(dǎo)電通道，造成沿面閃絡(luò)，對GIS安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，SF6在線監(jiān)測技術(shù)能監(jiān)測水分含量，在其超出規(guī)定值時及時報(bào)警，通知專業(yè)人員及早采取措施對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)檢修，消除運(yùn)行隱患。

（2）GIS局部放電在線監(jiān)測技術(shù)。GIS局部放電會對變電設(shè)備的安全運(yùn)行造成較大的影響，局部放電發(fā)生時，電磁波的信號根據(jù)GIS 結(jié)構(gòu)反復(fù)進(jìn)行傳播、反射、折射、遲延、衰減等現(xiàn)象，通過盆式絕緣子放射到外界。通過GIS絕緣子泄漏的電磁波，通過高靈敏度內(nèi)置型或外置型傳感器，進(jìn)行檢測。通過傳感器檢測GIS內(nèi)部局部放電激發(fā)的電磁波信號，檢測到的信號經(jīng)過濾波、射頻前置放大器和檢波器后，由高速數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行采樣、存儲、數(shù)字信號，主要是集成了傳感器、信號現(xiàn)場處理器、超高頻檢測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對GIS局部放電的情況進(jìn)行監(jiān)控和分析，一旦發(fā)現(xiàn)存在局部放電的現(xiàn)象，會及時采取故障報(bào)警措施，提示值班人員及時對局部放電現(xiàn)象進(jìn)行分析，從而保證變電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.3 斷路器在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

針對斷路器的在線監(jiān)測技術(shù)主要是對斷路器的運(yùn)行狀態(tài)、溫度、絕緣等方面進(jìn)行監(jiān)測，具體如下：

（1）斷路器運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測。對斷路器運(yùn)行狀態(tài)下機(jī)械特性的監(jiān)測，主要是結(jié)合電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，對開關(guān)每一次的分、合操作的運(yùn)行時間以及運(yùn)行速度進(jìn)行詳細(xì)的記錄，再將提取的斷路器運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)變化進(jìn)行分析，即可分析出斷路器的運(yùn)行是否存在故障，如，磨損、老化、生銹、變形、裝配不當(dāng)?shù)裙收?，都能夠?zhǔn)確的分析出來，對斷路器的故障分析有著極大的作用。

（2）斷路器運(yùn)行溫度的在線監(jiān)測。斷路器在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，從對溫度的監(jiān)測就能推測出斷路器是否存在故障，一旦溫度參數(shù)超出規(guī)范指標(biāo)，說明斷路器故障運(yùn)行，設(shè)備也會采取報(bào)警措施，及時對斷路器的故障進(jìn)行控制，避免故障的進(jìn)一步惡化。對斷路器運(yùn)行溫度的在線監(jiān)測主要采用紅外熱像儀，紅外熱像儀對溫度十分敏感，能夠準(zhǔn)確的診斷出斷路器的運(yùn)行溫度。紅外熱像儀主要通過對斷路器的導(dǎo)電回路電阻的檢測，并通過對運(yùn)行溫度能夠判斷開關(guān)的接觸是否正常，眾所周知，如果接觸頭接觸不良的話，導(dǎo)電回路的電阻就會增加，功率增加溫度升高，紅外熱像儀就可以測量出溫度，并從溫度的參數(shù)中分析出斷路器的故障現(xiàn)象。

（3）斷路器絕緣的在線監(jiān)測。絕緣是變電設(shè)備安全運(yùn)行的重要保障之一，然而，在斷路器運(yùn)行的過程中，經(jīng)常因?yàn)榻^緣的問題而引發(fā)斷路器的故障，因此，做好斷路器絕緣的在線監(jiān)測非常有必要的[3]。絕緣的在線監(jiān)測技術(shù)，主要是對變電設(shè)備的絕緣參數(shù)變化進(jìn)行監(jiān)測和分析，一旦發(fā)現(xiàn)斷路器的絕緣參數(shù)超出規(guī)范值，說明斷路器設(shè)備存在絕緣故障，并實(shí)施報(bào)警，為斷路器監(jiān)測工作人員提出重要的參考依據(jù)，也是作為證明斷路器絕緣故障的重要依據(jù)。斷路器絕緣在線監(jiān)測技術(shù)能夠有效監(jiān)測數(shù)局部放電、漏電、介質(zhì)損耗等故障信息，對保證斷路器設(shè)備安全運(yùn)行有著極大的作用。

例如，圖1為某市區(qū)變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)對變電設(shè)備故障的維護(hù)方式，主要分為主動維護(hù)和被動維護(hù)，主動維護(hù)是通過在線監(jiān)測技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，而被動維護(hù)一般都是故障發(fā)生之后才會被監(jiān)測到的（如圖1所示）。

3 結(jié)束語

變電設(shè)備在運(yùn)行的過程中，故障的發(fā)生在所難免，而故障發(fā)生的程度以及故障發(fā)生造成的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡等也有著一定的差異，為了避免變電設(shè)備故障的發(fā)生或降低變電設(shè)備故障造成的損失，需要對變電設(shè)備做好在線監(jiān)測及故障的分析，一旦發(fā)現(xiàn)故障，要及時采取處理措施，避免故障惡化帶來更大的經(jīng)濟(jì)損失。通過文章對變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析的探討，作者主要從變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）以及斷路器等相關(guān)變電設(shè)備的角度進(jìn)行分析，希望通過文章的分析，能夠?qū)ψ冸娫O(shè)備的安全運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行提供參考性的建議。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：邱明（1977-），男，籍貫：江西于都縣，職稱：電氣工程師，研究方向：變電運(yùn)行技術(shù)、變電運(yùn)行管理、變電設(shè)備供電可靠性管理、智能電網(wǎng)技術(shù)研究等。