超高壓輸變電設(shè)備缺陷統(tǒng)計與分析處理

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（國網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司）

超高壓輸變電設(shè)備缺陷統(tǒng)計與分析處理

張小平薄魯海吳冬文

（國網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司）

為加強變電設(shè)備缺陷的管理，現(xiàn)對2015年變電設(shè)備缺陷進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計和分析，分別從變電站、設(shè)備類型、運行頻發(fā)缺陷等方面進(jìn)行多角度分析，以期從中找出其規(guī)律和設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，從而達(dá)到兩個目的：一是為設(shè)備狀態(tài)評價和選型提供客觀依據(jù)，對經(jīng)常出現(xiàn)缺陷的設(shè)備，應(yīng)從設(shè)備選型和產(chǎn)品采購等環(huán)節(jié)予以規(guī)避；二是為后續(xù)出現(xiàn)缺陷的診斷和處理提供參考，優(yōu)化缺陷處理流程和縮短處理時間。通過對全年缺陷問題的深度統(tǒng)計和分析，逐步提高變電設(shè)備的運維水平，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

變電設(shè)備；缺陷；分類統(tǒng)計；建議措施

0　引言

江西500kV主干電網(wǎng)中運行18座500kV變電站，其中錦江變電站和洪都變電站為2015年新投運。在變電設(shè)備選型設(shè)計中只有石鐘山和洪源變電站設(shè)備為氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS），其他16座變電站設(shè)備均為敞開式。

進(jìn)一步加強超高壓輸變電設(shè)備管理，保證電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)運行，筆者對2015年江西主電網(wǎng)輸變電設(shè)備缺陷進(jìn)行統(tǒng)計分析，總結(jié)歸納出產(chǎn)生的原因和規(guī)律。為今后設(shè)備的運行維護(hù)、檢修及選型提出參考。

1　缺陷分類及統(tǒng)計

國網(wǎng)公司將設(shè)備缺陷按照對電網(wǎng)運行的影響程度，分為危急、嚴(yán)重和一般三類［1］。對2015年江西主網(wǎng)500kV變電站輸變電一次設(shè)備運行情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，共發(fā)現(xiàn)危急缺陷89項，嚴(yán)重缺陷143項，一般缺陷375項；設(shè)備消缺產(chǎn)生原因主要施工、產(chǎn)品質(zhì)量以及老化多方面原因［2］。根據(jù)變電站缺陷具體發(fā)生情況，統(tǒng)計如圖1所示。

圖1　　對各變電站缺陷統(tǒng)計

從圖1中可以看出，嚴(yán)重及以上缺陷多發(fā)生在信州、夢山、羅坊等老變電站?？芍?，變電站設(shè)備投運經(jīng)過穩(wěn)定期后，缺陷逐步頻發(fā)。檢修人員應(yīng)加強對該站設(shè)備的巡視力度，提高一次設(shè)備檢修質(zhì)量，認(rèn)真做好日常站內(nèi)設(shè)備的維護(hù)工作。

2主要設(shè)備的典型缺陷分類及統(tǒng)計

筆者根據(jù)江西電網(wǎng)的500kV南昌、永修、文山等18座變電設(shè)備中累計出現(xiàn)的各類缺陷，按照設(shè)備類型對各變電站缺陷統(tǒng)計如圖2所示。

圖2　缺陷設(shè)備類型統(tǒng)計

根據(jù)2015年設(shè)備缺陷統(tǒng)計，可知變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備缺陷居多，約占缺陷總數(shù)的71.33%。由國家電網(wǎng)公司設(shè)備缺陷庫［1］，可將各類主設(shè)備缺陷大致歸類如下：變壓器（本體滲漏油及冷卻系統(tǒng)缺陷）、斷路器（漏氣、發(fā)熱、機構(gòu)故障）、隔離開關(guān)（發(fā)熱、分合閘不到位）、高壓電纜及互感器等。

2.1電纜設(shè)備缺陷分析

由統(tǒng)計可知，站用電系統(tǒng)缺陷主要集中分在35kV電纜故障?？諝鉂穸容^大的情況下，電纜終端頭處電場嚴(yán)重畸變，金屬屏蔽層開斷處的畸變電場最易造成電纜沿面放電［9-10］。其主要原因是：電應(yīng)力集中產(chǎn)生在接頭的薄弱環(huán)節(jié)，而電纜屏蔽的斷層處，由于半導(dǎo)體層與主絕緣表面結(jié)合易沾上灰塵、氣體等雜質(zhì)，產(chǎn)生局部電場集中［8］。由于使用熱縮、冷縮及預(yù)制電纜終端頭，電纜彎曲部位在熱應(yīng)力和機械應(yīng)力作用下，金屬屏蔽層與絕緣層間易產(chǎn)生氣隙，電場畸變產(chǎn)生局部放電。電纜絕緣層在熱累積效應(yīng)作用下，使得空隙處放電界面逐漸形成電樹枝，直至發(fā)生絕緣電擊穿。

2.2變壓器、高抗類設(shè)備缺陷分析

根據(jù)2015年現(xiàn)場運行變壓器類設(shè)備缺陷情況統(tǒng)計，變壓器、高抗設(shè)備發(fā)生的缺陷中，本體缺陷共24項，主要為本體與散熱片管道連接處滲漏油、引出線套管滲油等，占變壓器類缺陷的40.09%；冷卻系統(tǒng)故障發(fā)生19起，主要為風(fēng)機卡澀、控制回路二次元件（如斷相及相序保護(hù)器、接觸器等）故障，占變壓器類缺陷的43.18%，如下表統(tǒng)計。

表　變壓器及高抗類設(shè)備缺陷統(tǒng)計表

缺陷原因及分析：

1）滲漏油。目前，各站基本使用油浸式電力變壓器，運行時間較長，設(shè)備老化加速。變壓器在運行過程中滲漏油現(xiàn)象十分普遍，滲漏油不但降低了設(shè)備的使用壽命，同時也吸潮形成新的故障隱患［4］。本體滲漏油主要發(fā)生在密封件與法蘭連接處、螺栓或管子螺紋連接處、鑄鐵件處以及油箱與散熱片連接處等部位。而密封件失效是造成大多數(shù)滲漏油的主要原因。通常箱沿與箱蓋的密封采用耐油橡膠棒或橡膠墊密封，由于密封結(jié)構(gòu)不合理、材料老化變形、尺寸欠佳及熱脹冷縮引起緊固螺絲松動，造成設(shè)備滲漏油現(xiàn)象逐漸增加。此外，由于法蘭表面制造工藝不佳，緊固螺栓松動，或是安裝工藝不良均可造成本體滲漏油的現(xiàn)象。

2）冷卻系統(tǒng)故障。冷卻系統(tǒng)是保證主變壓器正常運行的重要附屬設(shè)備，一旦發(fā)生故障，將嚴(yán)重影響到主變壓器的安全運行［4］。常見的冷卻系統(tǒng)故障原因有：風(fēng)扇電機故障、控制保護(hù)回路故障、工作電源故障。①風(fēng)扇電機故障主要原因由于長時間運行，電機缺油、軸承磨損造成損壞，需更換軸承或電機（夢山、羅坊、安源變電站500kV變壓器及高抗冷卻系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)此類缺陷）；②風(fēng)冷控制元件老化導(dǎo)致轉(zhuǎn)換開關(guān)操作不靈活，接觸器發(fā)熱、卡澀、誤發(fā)信等故障； ③冷卻系統(tǒng)電源最常見的故障就是交流電源失電，如熔絲熔斷、導(dǎo)線接觸不良或斷線等。2015年，由于斷相及相序保護(hù)器故障引起的I、II段電源故障共10起。針對變壓器冷卻系統(tǒng)頻頻發(fā)生故障，公司運維部已對該情況進(jìn)行了原因分析，采取應(yīng)對措施并將部分質(zhì)量差的相序保護(hù)器更換為相同規(guī)格的施米斯或施耐德產(chǎn)品；在控制箱內(nèi)增加散熱元件，改善散熱效果，減少高溫對斷相及相序保護(hù)器內(nèi)元件的損害。

2.3隔離開關(guān)類設(shè)備缺陷分析

在系統(tǒng)運行中隔離開關(guān)發(fā)生的缺陷和故障比較多，涉及到多方面問題。諸如：觸頭發(fā)熱，導(dǎo)致導(dǎo)電部分受損引起電氣性能下降；分、合閘不到位、分合閘卡澀、機構(gòu)老化導(dǎo)致運動卡滯；以及遠(yuǎn)近控不能電動操作、二次元器件損壞、后臺顯示雙位出錯等。將超高壓主網(wǎng)變電站隔離開關(guān)類缺陷，按常見分類進(jìn)行統(tǒng)計［4］，如圖3所示。

圖3　隔離開關(guān)缺陷分類統(tǒng)計

文中對缺陷產(chǎn)生原因著重分析如下：①發(fā)熱類型缺陷。導(dǎo)電回路過熱。緊固接觸部位螺栓壓不緊，或者接觸面不光整有臟物，接觸面氧化，也有銅鋁接觸面電化腐蝕，使接觸電阻增大造成接頭發(fā)熱。觸指部位過熱。有的由于觸指末端接觸點自清掃能力較差，產(chǎn)生接觸不良；還有結(jié)構(gòu)不良，易使觸頭彈簧通流，導(dǎo)致彈簧退火彈性減弱降低接觸壓力，使接觸面發(fā)熱。設(shè)計結(jié)構(gòu)性缺陷。南昌變運行的35kV GW4（A）-40.5DW型隔離開關(guān)，多次出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電觸指采用內(nèi)壓式壓緊方式，觸頭彈簧未采取可靠的絕緣措施，造成彈簧分流發(fā)熱，長時間運行失去彈性。②刀閘合閘不到位。2015年3月26日，文山500kV變電站在倒閘操作中，發(fā)現(xiàn)505217接地刀閘（型號為GW17-550DW）無法合閘。經(jīng)過分析，認(rèn)為GW-16/17型刀閘分合不到位有以下原因：首先，隔離開關(guān)各傳動部位長期暴露在空氣中，機械傳動部（如軸與軸套間；連桿與拐臂間；連桿與軸套間；操作機構(gòu)的齒輪、蝸輪、蝸桿之間），發(fā)生銹蝕或集有污穢，影響機械傳動的靈活性［6］。再者，設(shè)備材質(zhì)不如人意。隔離開關(guān)導(dǎo)電管易受大氣電化腐蝕，導(dǎo)電頭內(nèi)產(chǎn)生氧化物堵塞軸與軸套間間隙。最后，操作機構(gòu)內(nèi)部原因。二次元件質(zhì)量損壞，會導(dǎo)致隔離開關(guān)不能電動分合、雙位出錯等問題。日常維護(hù)時，由于輔助開關(guān)、繼電器等被忽視或維護(hù)不到位，造成輔助開關(guān)臟污、繼電器接點銹蝕、固定鏍絲銹斷等現(xiàn)象（羅坊、安源變常出現(xiàn)此類缺陷）。

2.4互感器類設(shè)備缺陷分析

統(tǒng)計表明，35kV以上電壓等級互感器平均年缺陷率為9%?；ジ衅魅毕莞艣r見圖4，從統(tǒng)計分析可知滲漏油、發(fā)熱缺陷比例最大，建議集中停電處理。

圖4　互感器類設(shè)備缺陷統(tǒng)計

其中，電流互感器（CT）主要缺陷是滲油、漏氣、接頭異常發(fā)熱、二次端子缺陷等。①電流互感器滲漏多為制造和安裝造成；滲油漏點多集中在二次接線柱處，由于接線柱底盤澆注時有氣泡而產(chǎn)生砂眼；氣體泄漏的原因主要有：密封結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、材質(zhì)不良，裝配工藝不良等。②發(fā)熱多由于接觸面間接觸不完全，大負(fù)荷電流下易發(fā)熱。因此，運行中變電站要加強對設(shè)備紅外測溫。往年上海MWB公司SAS550型產(chǎn)品也出現(xiàn)過內(nèi)部絕緣裕度小，耐受過電壓水平偏低的設(shè)計缺陷。鑒于出現(xiàn)多次故障，國網(wǎng)公司對其認(rèn)定該型號電流互感器存在絕緣裕度小，耐受雷電過電壓水平偏低的家族缺陷。

電容式電壓互感器（PT）主要缺陷是電磁單元發(fā)熱、滲漏油、接頭異常發(fā)熱等。電壓互感器本體內(nèi)部發(fā)熱主要是在交變磁場中鐵質(zhì)器件接觸電磁單元時，形成磁回路。隨著交變磁力線切割電磁單元產(chǎn)生交變的電流（即渦流），鐵原子高速無規(guī)則運動，原子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能。2015年6月，對夢山變線路電壓互感器紅外測溫，發(fā)現(xiàn)油箱溫度過高。在吊罩后，發(fā)現(xiàn)電磁鐵與CVT外罩接觸，形成磁回路。發(fā)現(xiàn)吊罩檢修后，紅外測溫及油樣數(shù)據(jù)明顯更優(yōu)［7］，可以判定該CVT發(fā)熱是由于電磁單元的部分元件排列不符合設(shè)計要求。

2.5電纜設(shè)備缺陷分析

根據(jù)站用電系統(tǒng)缺陷由統(tǒng)計可知，缺陷主要集中分布在35kV電纜故障。空氣濕度較大情況下，電纜終端頭處電場嚴(yán)重畸變，金屬屏蔽層開斷處的畸變電場最易造成電纜沿面放電［9-10］。其主要原因是：電應(yīng)力集中產(chǎn)生在接頭的薄弱環(huán)節(jié)，而電纜屏蔽的斷層處，由于半導(dǎo)體層與主絕緣表面結(jié)合易沾上灰塵、氣體等雜質(zhì)，產(chǎn)生局部電場集中［8］。由于使用熱縮、冷縮及預(yù)制電纜終端頭，電纜彎曲部位在熱應(yīng)力和機械應(yīng)力作用下，金屬屏蔽層與絕緣層間易產(chǎn)生氣隙，電場畸變產(chǎn)生局部放電。電纜絕緣層在熱累積效應(yīng)作用下，使得空隙處放電界面逐漸形成電樹枝，直至發(fā)生絕緣電擊穿。

2.6斷路器類設(shè)備缺陷分析

現(xiàn)場運行中的斷路器缺陷由統(tǒng)計可知，本體SF6泄漏等缺陷發(fā)生6起，占20.68%；操動機構(gòu)類缺陷17起，占58.62%；二次回路元件故障發(fā)生4起，占13.79%。缺陷產(chǎn)生的原因重點如下：①斷路器本體SF6氣體泄漏。2015年，本體發(fā)生SF6氣體泄漏依舊占較高比例。泄漏的主要原因除由季節(jié)溫度的變化造成，還存在套管與法蘭之間密封不良、密封圈老化及結(jié)合面處理不當(dāng)、逆閥止及密度表泄漏以及GIS設(shè)備罐體出現(xiàn)砂眼等原因。②分合閘摯子元件故障。在例行試驗過程中，發(fā)現(xiàn)操作機構(gòu)分合閘線圈操作電壓試驗數(shù)據(jù)不合格的情況屢有發(fā)生，其原因大多數(shù)是由于斷路器機構(gòu)箱分合閘摯子磨損嚴(yán)重導(dǎo)致［4］。③儲能機構(gòu)故障。依舊是大多數(shù)是打壓超時、未能儲能。由于打壓繼電器、微動開關(guān)等控制器件損壞、切換不到位及液壓機構(gòu)油泵等部件長期運行造成損壞影響設(shè)備的正常穩(wěn)定運行。

實例分析：2015年12月10日，斷路器報“操作機構(gòu)彈簧未儲能”信號。從現(xiàn)場機構(gòu)檢查，發(fā)現(xiàn)電機電刷燒蝕，見圖5。對該電刷接頭處使用3M系列工業(yè)百潔布打磨，重新安裝后儲能恢復(fù)正常。

圖5　斷路器儲能電機故障圖

此外，檢修單位充分利用春秋檢過程中例行試驗，對變電站斷路器機構(gòu)箱中相關(guān)機械傳動部位進(jìn)行詳細(xì)排查，避免此類問題的再度發(fā)生。

3　措施與建議

通過對超高壓主網(wǎng)輸變電設(shè)備缺陷統(tǒng)計，總結(jié)變電設(shè)備缺陷原因分析， 為了更好地做好輸變電設(shè)備的運行維護(hù)、檢修及試驗，從如下幾個方面提出建議和措施：

1）針對斷路器頻繁發(fā)生SF6壓力告警或SF6氣體泄漏等缺陷，及時到現(xiàn)場進(jìn)行紅外熱成像檢漏，尋找泄漏點并帶電補氣，結(jié)合停電計劃進(jìn)行消缺。同時建立應(yīng)急用SF6氣體貯存、保管、定期檢測的機制，保證用于消缺補氣的SF6氣體合格；平時加強對SF6氣體設(shè)備的紅外檢漏、高頻局放等帶電檢測工作。

2）變電設(shè)備接頭發(fā)熱現(xiàn)象，應(yīng)繼續(xù)做好紅外測溫的同時；進(jìn)一步加強對互感器、隔離開關(guān)等維護(hù)工作，對各接觸面的螺栓進(jìn)行緊固。發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷應(yīng)重新清洗接觸面，緊固螺栓。同時，切實把好檢修、安裝工藝質(zhì)量關(guān)，確保設(shè)備運行質(zhì)量。

3）加強對傳動設(shè)備的機械回路和電氣回路的檢查維護(hù)，做到逢停必檢。檢修人員必須加強設(shè)備的二次回路及機械結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)；也加強檢查和更換接觸器、繼電器、限位開關(guān)、空氣開關(guān)等二次元件。對于滲漏油較嚴(yán)重的機構(gòu)進(jìn)行解體檢修，更換閥體、密封件、過濾機構(gòu)航空液壓油等。

根據(jù)缺陷情況正確做好變電設(shè)備的狀態(tài)評價工作；對易發(fā)生損壞的部位加強巡視，同時做好備品備件的準(zhǔn)備工作。同時應(yīng)強調(diào)對運行設(shè)備缺陷情況的統(tǒng)計和分析，以利于制定通用的反事故措施，合理安排缺陷設(shè)備進(jìn)行大修和改造，促進(jìn)電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

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（2016-02-04）