有關(guān)電力系統(tǒng)中高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷分析

廣東中科天元新能源科技有限公司 510640

摘要：在電力系統(tǒng)的運行中，高壓電氣設(shè)備占據(jù)著非常重要的位置，是整個系統(tǒng)安全生產(chǎn)、控制調(diào)節(jié)、傳輸變換的前提和有效保障，高壓電氣設(shè)備不同，其技術(shù)特點、結(jié)構(gòu)和性能也不同。本文通過對高壓電氣設(shè)備的概念、高壓電氣設(shè)備故障產(chǎn)生的原因以及高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)進行分析。以保障用電設(shè)備的安全運行，減少事故造成的影響，盡可能防患于未然，消滅事故于萌芽狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：高壓電氣；設(shè)備故障；原因；在線監(jiān)測；故障診斷

1、高壓電氣設(shè)備的概述

高壓電氣設(shè)備是電力安全生產(chǎn)、傳輸變換、控制調(diào)節(jié)的前提和保障。因為電力能源是一個具有嚴(yán)重危害性的能源，它無形無色，不能接觸。但電力能源又是一個受人喜愛的能源，它潔凈強勁，使用方便。沒有高壓電氣設(shè)備的存在，我們就沒有辦法掌控電力能源去運行工作；沒有高壓電氣設(shè)備的保駕，我們就不能安心享受電力能源的方便服務(wù)。所以，高壓電氣設(shè)備是電力能源利用的前提和保障。電力能源的利用必須要滿足人們在各種復(fù)雜情況下的安全掌控，高壓電氣設(shè)備就是為適應(yīng)各種復(fù)雜情況下的安全掌控而被創(chuàng)造出來的，成為替代人們面對危害能源，變害為利的電氣裝置。然而，復(fù)雜情況的適應(yīng)必然帶來復(fù)雜的高壓電氣設(shè)備類別和結(jié)構(gòu)型式。從事電力職業(yè)就必須將這些復(fù)雜的高壓電氣設(shè)備分門別類地熟悉掌握，才能正確地駕御使用。但是，在我們現(xiàn)行的電力職業(yè)教育的教材中，高壓電氣設(shè)備專業(yè)的分類內(nèi)容卻存在不合理、不規(guī)范的問題：第一，有的沒有高壓電氣設(shè)備歸類總領(lǐng)，只有設(shè)備分類的結(jié)構(gòu)介紹，造成不完全概念。

2、高壓電氣設(shè)備故障分析

2.1主變壓器故障

（1）繞組的主絕緣和匝間絕緣故障。長期過負(fù)荷運行、散熱條件差或使用年限長，使繞組絕緣老化脆裂；變壓器多次受到短路沖擊，繞組受力變形，產(chǎn)生絕緣缺陷；變壓器油中進水使絕緣強度降低，造成絕緣擊穿；在雷擊過電壓作用下絕緣擊穿。

（2）變壓器套管故障。套管瓷質(zhì)不良、沙眼或裂紋，套管滲油或積垢太多等造成閃絡(luò)或爆炸。

（3）鐵心絕緣故障。硅鋼片緊固不好，漆膜破壞產(chǎn)生渦流而局部過熱；夾緊鐵心的穿心螺絲、圧鐵等部件絕緣損壞發(fā)生過熱現(xiàn)象；變壓器內(nèi)殘留有鐵屑或焊渣，使鐵芯兩點或多點接地。

2.2高壓電機故障

電機絕緣電阻低，繞組絕緣擊穿接地或引出線故障。電機絕緣受潮，導(dǎo)致絕緣電阻值不符合規(guī)程要求；電機超期服役或長期過載運行，絕緣材料老化；電機引線長期處于熱環(huán)境，絕緣層酥脆、老化；引出線由于震動接觸不良甚至斷裂導(dǎo)致弧光放電。

（2）電機定子槽鍥松動，端部綁扎不良故障。電機啟動和運行時的震動，線圈相對產(chǎn)生位移，電機電磁聲大，出現(xiàn)放電現(xiàn)象。

2.3高壓斷路器柜故障

（1）拒動、誤動故障。操作機構(gòu)卡澀、部件變形、位移或損壞，分合閘鐵芯松動、卡澀、軸銷松脫等操作機構(gòu)和傳動機構(gòu)的機械故障；二次接線接觸不良、端子松動、分合閘線圈由于機構(gòu)卡澀燒損、輔助開關(guān)切換不靈、操作電源、合閘接觸器、微動開關(guān)等電氣控制類故障。

（2）絕緣故障。絕緣相對地閃絡(luò)擊穿、相間閃絡(luò)擊穿、雷擊過電壓閃絡(luò)擊穿、套管、CT閃絡(luò)、爆炸和瓷瓶裂紋等。

2.4保護裝置故障

（1）保護裝置本體故障。繼電器線圈損壞、定值紊亂；微機保護裝置內(nèi)部硬件損壞或軟件出現(xiàn)問題。

（2）保護裝置誤動或拒動。電流電壓回路的一次設(shè)備故障造成電流、電壓等取樣不準(zhǔn)確；環(huán)境潮濕造成二次線路絕緣值下降或短路；保護定值設(shè)置、級間配置不合理；接線錯誤等。

3、高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測原理

電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)原理，是在電氣設(shè)備正常運行時，通過對常規(guī)絕緣特征參數(shù)如電容量、電流、介質(zhì)損耗因數(shù)等進行測量，來反映電氣設(shè)備的運行是否存在問題。介質(zhì)損耗因數(shù)對高壓電氣設(shè)備影響很大，還能反映運行時設(shè)備的缺陷，靈敏度很高，而且操作比較簡單。介質(zhì)損耗因數(shù)的原理分為兩種，第一是硬件直接測量相位角，主要方法為過零相位比較法，第二是軟件對檢測信號變換后，對測量信號進行數(shù)字化處理，主要方法為諧波分析法。

過零相位比較法原理：獲得電流和電壓信號進行過零整形成為過零反轉(zhuǎn)的方波電流和電壓，用或門電路對電流電壓過零時間差方波寬度進行比較，并讀取方波寬度，最終根據(jù)電流電壓信號計算出介質(zhì)損耗因數(shù)。

諧波分析測試原理：電流互感器檢測設(shè)備末端引出電流信號，二次抽取電壓信號后經(jīng)過濾波和程控放大后，再經(jīng)過同步采樣最終得到離散數(shù)字信號，利用計算機對其快速的傅里葉變換后得到基波傅里葉系數(shù)，然后計算基波相位差，最終得到介質(zhì)損耗因數(shù)。

對于單一設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)融合一般應(yīng)將數(shù)據(jù)傳送到電廠綜合信息管理系統(tǒng)（MIS），通過電廠綜合管理系統(tǒng)將在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與狀態(tài)檢修系統(tǒng) 融合在一起；對于多設(shè)備、多系統(tǒng)的在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)融合應(yīng)先建立內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中心，由監(jiān)控中心實施對全部前端站的控制，同時由監(jiān)控中心的監(jiān)測工作站實施在線 監(jiān)測數(shù)據(jù)與狀態(tài)檢修的融合。

4、高壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

建立發(fā)電廠發(fā)電及輸變電站電氣設(shè)備地區(qū)性、集成、分布監(jiān)測與診斷系統(tǒng)，可使地區(qū)電業(yè)主管部門對所屬各發(fā)電廠主要電力設(shè)備的運行工況進行監(jiān)測與診斷，及時發(fā)現(xiàn)故障早期隱患，避免突發(fā)性事故；還可使這些設(shè)備從定期維修過渡到狀態(tài)維修，提高電力設(shè)備監(jiān)督的技術(shù)水平，確保發(fā)電廠的安全經(jīng)濟運行，有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

最新推出的MD3000系列變電站電氣設(shè)備在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)正是應(yīng)電力系統(tǒng)的需求而開發(fā)的集計算機技術(shù)、信息技術(shù)、在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通訊完整系統(tǒng)。MD3000系列變電站電氣設(shè)備在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)包括高壓變壓器在線監(jiān)測子系統(tǒng)、高壓斷路器在線監(jiān)測子系統(tǒng)、電容型設(shè)備在線監(jiān)測子系統(tǒng)、避雷器再嚇你監(jiān)測子系統(tǒng)、高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測子系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)軟件及通訊網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)等構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下所示：

變電站電氣設(shè)備在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

變電站電氣設(shè)備在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)主要包括位于電業(yè)局地區(qū)電力試驗研究所的MIS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)融合與信息分析中心及位于現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測診斷子系統(tǒng)三部分構(gòu)成，合法的瀏覽者可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的辦公室查看其區(qū)內(nèi)各變電站的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)和診斷分析結(jié)果；對于被列為預(yù)警的設(shè)備可以遠(yuǎn)方進行會診，判斷是否必要進行維護?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集監(jiān)測子系統(tǒng)采用分布式機構(gòu)，通過高速的現(xiàn)場通信總線，將各監(jiān)測終端連接到用于監(jiān)測診斷的主PC機。系統(tǒng)功能采用分層次設(shè)計，監(jiān)測終端只有完成原始信號的采集和預(yù)處理；住PC機完成數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)融合，從而獲取設(shè)備的運行狀況。其中高壓變壓器的在線監(jiān)測子系統(tǒng)包括：變壓器油中溶解氣體在線分析系統(tǒng)（由MD3001A實現(xiàn)）、變壓器有載分接開關(guān)在線凈油機（由MD3002實現(xiàn)）、電容型套管的絕緣特性在線監(jiān)測終端（由MD3004實現(xiàn)）、鐵心絕緣特性在線監(jiān)測終端（由MD3004實現(xiàn)）；其中斷路器在線監(jiān)測子系統(tǒng)包括：斷路器SF6氣體在線監(jiān)測子系統(tǒng)（由MD3003A實現(xiàn)）、斷路器電氣信號在線監(jiān)測終端（由MD3005實現(xiàn)）；電容型設(shè)備在線監(jiān)測子系統(tǒng)、避雷器在線監(jiān)測子系統(tǒng)及高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測子系統(tǒng)都由MD3004實現(xiàn)。

5、結(jié)語

隨著電力工業(yè)以及現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，我國的電網(wǎng)規(guī)模在飛速擴展，尤其是近些年來電力可靠性管理的重視程度與日俱增。然而對于高壓電氣設(shè)備維修管理來說，運用高可靠性的監(jiān)測技術(shù)和方法，必須要加以科學(xué)利用。今后電氣設(shè)備運用的過程中，要適當(dāng)?shù)牟捎迷诰€監(jiān)測技術(shù)，盡量提高設(shè)備的運行效果。