變電設(shè)備的狀態(tài)檢修及發(fā)展趨勢(shì)

巴巖青?潘猛

摘 要：變電站電氣設(shè)備的在線檢測(cè)和故障診斷是集高電壓，測(cè)試、計(jì)算機(jī)和通信于一體的技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)變電站狀態(tài)檢修中主要的支持性技術(shù)措施，必須納入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，以下分述變電站電力設(shè)備的在線檢測(cè)和故障診斷的主要項(xiàng)目。本文主要針對(duì)變電站電力設(shè)備運(yùn)行檢測(cè)與維護(hù)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：變電站;電力設(shè)備;運(yùn)行檢測(cè)

一般情況下，如果忽略人工操作失誤，產(chǎn)生電力中斷基本上有三個(gè)原因：1）在工作條件下正常磨損和老化造成的電力公司設(shè)備損壞;2）外部事故或故障造成的設(shè)備停機(jī);3）外部影響消失產(chǎn)生的暫時(shí)系統(tǒng)擾動(dòng)，如雷擊引起的線路接地故障。狀態(tài)監(jiān)視主要針對(duì)由正?；驎簳r(shí)異常的工作條件引起的磨損和老化。采用此方法，一是它支持對(duì)設(shè)備實(shí)際狀況的評(píng)估，二是它可以清晰地預(yù)估已檢測(cè)到的問(wèn)題的進(jìn)一步發(fā)展以及損壞的可能性。電力系統(tǒng)監(jiān)視在狹義上針對(duì)電網(wǎng)的故障和問(wèn)題。因?yàn)樗鼈兺ǔＪ怯杀Ｗo(hù)系統(tǒng)來(lái)清除，而且后者也要傳送必要的數(shù)據(jù)，所以盡管該類(lèi)監(jiān)視還會(huì)傳送諸如線路故障位置等反映電力系統(tǒng)問(wèn)題的診斷數(shù)據(jù)，一般仍稱(chēng)之為保護(hù)監(jiān)視。

一、變電站主電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)內(nèi)容

1. 變壓器狀態(tài)在線檢測(cè)和故障診斷。變壓器狀態(tài)在線檢測(cè)系統(tǒng)是對(duì)變壓器絕緣的放電狀況進(jìn)行在線檢測(cè)，以便盡早發(fā)現(xiàn)潛伏故障，提出預(yù)警，避免發(fā)生嚴(yán)重事故。（1）變壓器狀態(tài)在線檢測(cè)的項(xiàng)目有：①繞組溫度多點(diǎn)測(cè)量;②鐵心溫度測(cè)量;③油量、油位、油溫測(cè)量;④繞組輸入（輸出，電壓、電流、有功、無(wú)功監(jiān)視;⑤絕緣分解物測(cè)定;⑥內(nèi)部局部放電量檢測(cè)和位置判斷;⑦冷卻系統(tǒng)檢測(cè)。（2）常用的檢測(cè)方法有：①油中氣體分析法，是含油設(shè)備絕緣檢測(cè)最常用的方法之一。由于設(shè)備內(nèi)部不同的故障會(huì)產(chǎn)生不同的氣體，通過(guò)分析油中氣體的成分、含量和相對(duì)百分比，就可達(dá)到設(shè)備絕緣診斷的目的，典型的油中氣體如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2等常被用作分析的特征氣體。②局部放電法，其常用的局部放電檢測(cè)方法有聲學(xué)檢測(cè)，光學(xué)檢測(cè)，化學(xué)檢測(cè)、電氣測(cè)量等。局部放電既是設(shè)備絕緣系統(tǒng)老化的征兆，也是造成絕緣，老化的重要機(jī)理。

③頻率響成分析法，是一種用于檢測(cè)變壓器繞組有無(wú)變形的有效方法。繞組機(jī)械位移會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的電感和電容的改變，而頻率響成分析法正是通過(guò)細(xì)微的變化來(lái)達(dá)到檢測(cè)變壓器繞組狀態(tài)的目的。④油/紙的濕度檢測(cè)法。過(guò)多的含水量不僅降低絕緣強(qiáng)度，而且引起局部放電。同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致高溫時(shí)產(chǎn)生發(fā)泡。

2. 電容型設(shè)備檢測(cè)和故障診斷。電容型絕緣設(shè)備包括耦合電容器、電容型電流互感器、電容型電壓互感器及主變壓器的電容型套管等。通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)顯示檢測(cè)電容型設(shè)備的三相不平衡電流、電容量及介質(zhì)損耗系數(shù)，分析這些參數(shù)及其隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，并根據(jù)與歷史的、綜合性的分析進(jìn)行比較，得到檢測(cè)結(jié)果。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果超出正常范圍時(shí)發(fā)出預(yù)警，這樣可及早發(fā)現(xiàn)潛伏的故障，避免發(fā)生嚴(yán)重事故。

3. 高壓斷路器狀態(tài)檢測(cè)。高壓斷路器狀態(tài)檢測(cè)項(xiàng)目是根據(jù)多年來(lái)運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)確定的，根據(jù)多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)看，機(jī)械故障（包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制回路）占全部故障的70%-80%，其他滅弧、絕緣故障占有較小比例，發(fā)熱故障比例更低。因此，通常把機(jī)構(gòu)故障包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制回路故障放在檢測(cè)最重要的地位。高壓斷路器檢測(cè)項(xiàng)目主要有以下幾項(xiàng)。（1）檢測(cè)合（分）閘線圈控制回路是否完好;（2）檢測(cè)合（分）閘線圈電流、電壓，線圈的電氣完整性、連續(xù)性，反映二次系統(tǒng)狀態(tài)，間接反映結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能;（3）檢測(cè)斷路器動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)特性，反映斷路器行程（與滅弧、絕緣性能有關(guān)）、過(guò)行程（與緩沖器性能有關(guān)）、斷路器運(yùn)動(dòng)速度（與滅弧性能有關(guān)）等;（4）檢測(cè)合閘彈簧機(jī)構(gòu)的彈簧壓縮工作情況;5）檢測(cè)其機(jī)構(gòu)部分有無(wú)卡滯、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)零件有無(wú)脫落、緩沖器性能及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有無(wú)非正常碰撞等。

二、變電站電力設(shè)備運(yùn)行的維護(hù)

維護(hù)的任務(wù)是處理任何影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的故障。一次設(shè)備和控制保護(hù)設(shè)備會(huì)有故障，電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和保護(hù)或控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也會(huì)有各自的錯(cuò)誤。這些故障和錯(cuò)誤主要由以下因素引起：

（1）元件老化;（2）人員（操作或維修工作的）失誤;（3）電力系統(tǒng)、保護(hù)或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤;（4）環(huán)境影響和事故，如雷暴雨，或電力供應(yīng)不足。所有直接影響商業(yè)目標(biāo)的故障必須盡快處理和修復(fù)，以使系統(tǒng)故障的損失盡可能少。這種維護(hù)稱(chēng)作故障維護(hù)。如果元件的老化已知，老化部分則可以在設(shè)備整體故障前替換掉。這稱(chēng)作預(yù)防維護(hù)，它可按如下不同方式實(shí)施：（5）定期維護(hù)：對(duì)用壞的部分定時(shí)地清理或替換，即維護(hù)時(shí)間是提前計(jì)劃好的。對(duì)二次設(shè)備的典型例子是電池的更換和濾塵器的清潔或更換。對(duì)復(fù)雜的一次設(shè)備，往往要在維護(hù)開(kāi)始時(shí)先做診斷，以決定由使用導(dǎo)致的老化是否達(dá)到預(yù)期，以及是否有必要更換。這稱(chēng)作檢測(cè)維護(hù)。典型的例子是更換斷路器觸頭或變壓器油。（6）預(yù)測(cè)或狀態(tài)維護(hù)：應(yīng)以持續(xù)或定期的方式盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量設(shè)備的實(shí)際負(fù)載及其實(shí)際狀態(tài);并基于測(cè)得結(jié)果，決定何時(shí)需要進(jìn)行預(yù)防維護(hù)。預(yù)防維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)不僅在于可以避免故障，而且由于提前計(jì)劃可以最小化對(duì)運(yùn)行的影響，即將由維護(hù)工作所引起的停電影響保持在最小范圍。狀態(tài)維護(hù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是免去了不必要的維護(hù)或診斷。這些工作不只費(fèi)錢(qián)，而且甚至?xí)捎诰S護(hù)過(guò)程期間自身的失誤造成停電。

三、變電設(shè)備檢修技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.監(jiān)視的不同層次。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)或任何專(zhuān)用的監(jiān)視系統(tǒng)檢測(cè)著電力系統(tǒng)及指定的開(kāi)關(guān)設(shè)備的情況。這些情況可能會(huì)要求保護(hù)或自動(dòng)裝置快速地作出反應(yīng)，或者要求操作人員的行動(dòng)，比如對(duì)相關(guān)告警的確認(rèn)。它們也會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)時(shí)間要求不高的數(shù)據(jù)，用于維護(hù)和計(jì)劃。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的失效會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行有嚴(yán)重的影響，而電網(wǎng)控制和管理系統(tǒng)的影響范圍會(huì)更大。監(jiān)視系統(tǒng)的弱化會(huì)影響設(shè)備管理并造成至少是中期范圍的問(wèn)題。應(yīng)該對(duì)極易受到干擾的元件進(jìn)行雙重化配置，以避免單個(gè)故障妨礙整個(gè)系統(tǒng)的功能。但考慮到成本和可靠切換技術(shù)的可行性，元件的冗余也應(yīng)是有限的。此外，冗余設(shè)備數(shù)量的增加會(huì)造成維修增多而減少平均無(wú)故障時(shí)間（MTTF）。因此，必須認(rèn)真監(jiān)視所有這些系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)任何惡化情況的發(fā)生。

2.設(shè)備的自檢。每個(gè)IED都有大量的相互影響的元件。其設(shè)計(jì)應(yīng)該遵照如下方法，所有元件具有很高的MTTF，而且整個(gè)布置要抗電磁干擾（EMI）。使用可靠冗余的電源將有利于IED的魯棒性。然而，自檢仍是有必要的。應(yīng)該使用參考信號(hào)來(lái)監(jiān)視易受老化影響的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，采用看門(mén)狗監(jiān)視運(yùn)行算法的反應(yīng)時(shí)間。如果用存儲(chǔ)器儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，就要使用求和法檢測(cè)錯(cuò)誤，還要監(jiān)視電源的失電。不過(guò)，究竟多大比例的設(shè)備應(yīng)采用自檢是一個(gè)非常學(xué)術(shù)化的問(wèn)題。

3. 與中心監(jiān)視系統(tǒng)的連接。設(shè)備或變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的自檢是必需的。但是如果變電站是無(wú)人值班的，就只能通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)將有故障的部分系統(tǒng)退出運(yùn)行。這樣，自檢雖為運(yùn)行失誤增強(qiáng)了安全性，但并未提高可用性，即能在確定的時(shí)問(wèn)做所要求的事情。因此，也應(yīng)對(duì)這種自我監(jiān)視的結(jié)果一直監(jiān)視下去。對(duì)無(wú)人值守的變電站自動(dòng)系統(tǒng)，這通常由相關(guān)的電網(wǎng)控制中心來(lái)執(zhí)行，并由其將故障信息傳給維護(hù)人員。

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