110kV變電站主變故障的診斷與處理分析

萬濤+張媛媛+楊棟+劉云鵬

摘要： 隨著我國城市化建設(shè)步伐的不斷加快，電網(wǎng)應(yīng)用質(zhì)量開始引起諸多領(lǐng)域的關(guān)注，尤其是110kv變電站，直接承接了單位社會成員生活、工業(yè)、公共設(shè)施等供電任務(wù)。在變電站之中，變壓器主導(dǎo)地位異常深刻，只有將其內(nèi)部隱藏的故障問題調(diào)試完畢，才能進一步維持城市電網(wǎng)運營的安全可靠地位，為今后居民生活質(zhì)量大幅度提升提供了堅實保障。本文從變電站主要變壓器（以下簡稱“主變”）的保護說起，簡要介紹了幾種較為常見的變電站主變故障、成因及故障處理方法，并結(jié)合某變電站運行過程中發(fā)生的一起主變故障深入解析故障處理思路，以供同行參考。

Abstract： With the accelerated pace of urbanization in China， grid application quality has began to attract more attention in many fields， especially in 110kV substation， which directly undertakes the power supply task of life， industry， public facilities of social unit members. In the substation， the transformer's dominant position is very profound， so only the faults hidden in its internal are debugged， safe and reliable position of the city power grid operation can be further maintained， in order to provide a solid guarantee for greatly enhancing the life quality of residents. This paper starts from the main transformer substation protection， briefly introduces several common faults of main transformers， causes and troubleshooting methods， and combines with the main transformer fault occurring in the process of a substation operation to in-depth analyze the fault handling methods， so as to provide references for peers.

關(guān)鍵詞： 110kV；變電站；主變故障；診斷處理

Key words： 110kV；substation；main transformer fault；diagnosis and treatment

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）07-0087-02

0 引言

變電站的運行具有非常強的綜合性，包含了許多高技術(shù)性的設(shè)備，同時也是保證電力網(wǎng)絡(luò)正常工作的重要組成部分。其中變電站的主變壓器是整個變電站的核心，主變的安全運行與否直接決定一個變電站能否正常工作。因此，在變電站中對主變進行各種各樣的保護，以保證其安全運行，但是在眾多的變電站中也會出現(xiàn)一些故障。文章從變電站主變的保護說起，簡要介紹了幾種較為常見的變電站主變故障、成因及故障處理方法，并結(jié)合某變電站運行過程中發(fā)生的一起主變故障深入解析故障處理思路，以供同行參考。

1 110kV變電站主變故障類型及成因

一般來說，變電站主要變壓器都會裝配具有實時監(jiān)測與保護功能的主變保護裝置，以確保主變設(shè)備安全運行。在現(xiàn)實環(huán)境中，有許多外界因素或者變電站內(nèi)運行化境的變化會造成主變設(shè)備出故障，并可能對整個供電系統(tǒng)的安全運行狀態(tài)造成嚴重威脅，比如造成供電系統(tǒng)瓦解。目前已有幾個較為常見的故障類型，如主變絕緣故障，主變故障引起的主變跳閘，后備保護動作引起的主變跳閘，裝置誤動引起的主變跳閘等。

1.1 主變故障使主變跳閘

1.1.1 瓦斯保護動作 瓦斯保護是通過檢測變壓器內(nèi)部某些變壓器故障分解或產(chǎn)生的氣體來運行的。變壓器內(nèi)部元件短路會使內(nèi)部溫度和熱量突然大幅升高，進而導(dǎo)致變壓器油被分解并引起瓦斯保護動作。假設(shè)故障點在鐵芯內(nèi)，則會造成變壓器內(nèi)油面降低或油泄漏，如果不及時處理，會導(dǎo)致變壓器噴油、著火，甚至引發(fā)爆炸事故。另外，當氣體積聚在繼電器中久未揮發(fā)，或者當變壓器有載分接開關(guān)油面下降時，都會造成重瓦斯保護動作。

1.1.2 差動保護動作 對兩端電流互感器之間的故障進行保護，即為“差動保護”。當差動電流在變壓器內(nèi)穩(wěn)定運行時，其電流值為零值，但是一旦兩端電流互感之間的電流矢量差達到了預(yù)設(shè)的上限，差動保護裝置就會自動斷開故障點的電源電流，這個過程即為“差動保護動作”。通常情況下，當電流互感器內(nèi)部的一次設(shè)備突然發(fā)生短路、瓷件閃絡(luò)或擊穿時，差動保護就會動作。

1.2 后備保護動作使主變跳閘 目前常見的后備保護動作的工況，除了單側(cè)后備保護動作，就是三相同時動作。主要變壓器三側(cè)中的一相過流會導(dǎo)致單側(cè)后備保護動作，并由此造成越級跳閘、開關(guān)誤動、母線故障或母線差動保護拒動等單側(cè)跳閘事故。要分析單側(cè)跳閘的原因，首先要對二次側(cè)和一次設(shè)備進行故障診斷，再針對故障診斷結(jié)果采取有效的調(diào)整措施。如果三側(cè)均在統(tǒng)一時間內(nèi)過流，每一側(cè)對應(yīng)的開關(guān)就會在同一時間跳閘。相對單側(cè)跳閘原因來說，三相開關(guān)跳閘的原因比較容易判斷，跳閘原因通常是變壓器主變內(nèi)部開關(guān)拒動，如主變中低壓側(cè)后備保護范圍內(nèi)短路而后備保護拒動或者開關(guān)拒動、主變主保護范圍內(nèi)短路而主保護卻拒動以及主變電源側(cè)母線故障而母差保護拒動三種。

2 110kV變電站主變故障診斷及故障調(diào)試方法

2.1 故障診斷方法 技術(shù)人員想要更加清晰透徹地觀察驗證變電器故障類型，就必須透過變壓器實際運行結(jié)果和異常狀況等層面，作出綜合性考察論證。關(guān)于該類環(huán)節(jié)細致性的診斷方式可以細化為：首先，預(yù)防性電氣實驗，其主張運用實驗監(jiān)測等途徑，進行變壓器可能引發(fā)的一切故障預(yù)防控制，任務(wù)核心點限定在油中溶解氣體色譜驗證解析、繞組直流和絕緣電阻吸收比、絕緣油實驗等項目之上。其次，特征氣體對比校驗法。實質(zhì)上就是配合變壓器油內(nèi)部不同類型特征氣體進行相關(guān)故障類型認證，這部分氣體類型主要包括CN4、C2H6、C2H4、C2H2、H2、CO、CO2等。必要情況下，技術(shù)人員還可將當中指導(dǎo)地位較為深刻的氣體提煉出來，演算出組分比值并加以故障類型判定，如IEC三、四比值法等。最后，人工智能分析方式。顧名思義，便是聯(lián)合計算機、人工智能技術(shù)和相關(guān)專家實踐經(jīng)驗等，進行人類思維體系模擬操作，使得變壓器當下運行狀態(tài)、遺留故障類型等得到靈活的檢驗提煉，確保當下能夠聯(lián)合最新技術(shù)手段予以檢修調(diào)試。關(guān)于這部分檢驗診斷模式可細分為模糊診斷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、免疫演算、專家系統(tǒng)等。需要額外加以強調(diào)的是，變壓器故障診斷包括定期和連續(xù)監(jiān)控兩類診斷方式。其中前者偏重于功能性檢驗對比，通常要求在變壓器新裝或是檢修過后布置拓展，如預(yù)防性電氣試驗。至于連續(xù)監(jiān)控則傾向于在線監(jiān)測形式，在運行診斷中的指導(dǎo)地位極為深刻，如今包括智能變電站等都必須依靠在線監(jiān)測技術(shù)。關(guān)于110kV變電站主變故障在線監(jiān)測的內(nèi)容復(fù)雜深入，如油中溶氣、油性能指標、鐵芯在線監(jiān)測電流等。

2.2 故障調(diào)試方法 所謂故障調(diào)試，其實就是在診斷結(jié)果輔助之下進行變電站主變故障問題削減或是消除的行為模式，包括現(xiàn)場維護和系統(tǒng)化檢修兩類途徑。如在面對變壓器過熱狀況時，發(fā)現(xiàn)根源是過負荷現(xiàn)象，當下第一要務(wù)便是降低既有負荷，一旦說環(huán)境溫度已然超出40攝氏度，則必須快速采取負荷降低和散熱能效強化同步處置方案。當已有設(shè)備維護和障礙消除方案難以奏效時，則必須針對特定設(shè)備予以全面化檢修，以往傳統(tǒng)計劃檢修方式可分為大規(guī)模維修和小規(guī)模維修，前者主張配合吊芯加以檢驗調(diào)試，而小規(guī)模維修則不需要進行設(shè)備拆解?？蛇@類計劃檢修模式必然存在嚴重的局限性，有關(guān)監(jiān)測技術(shù)不夠先進完善、檢修盲目性問題廣泛分布。如今我國監(jiān)測技術(shù)實力的不斷提升，尤其是在線監(jiān)測技術(shù)已然得到廣泛普及應(yīng)用，使得一類依照變壓器工作狀況進行綜合評估的檢修方案——狀態(tài)檢修，應(yīng)運而生，因為其能夠換取較為可觀的經(jīng)濟效益，因此隨后得到社會大眾的廣泛認可。

3 110kV變電站主變故障診斷案例

下文將以某城東變電站運行中發(fā)生的主變短路故障進行具體解析，繼而按照上述故障處理思路對該短路故障提出具體的故障處理措施，以供同行參考。

3.1 工況 2013年9月某天，110kV某城東變電站電廠并網(wǎng)線815開關(guān)“過流保護動作，Ic=12.8A”，并網(wǎng)線與電網(wǎng)解列。發(fā)現(xiàn)300開關(guān)每間隔約8秒儲能完成后“偷合”，連續(xù)跳合10次；301“偷合”4次，手動分閘4次。該站一次接線如圖1所示?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)302開關(guān)柜已被大火完全燒毀，其后柜門#2主變母線進線室開關(guān)C相上靜觸頭金屬隔板處有短路燒蝕孔洞。主變試驗及吊芯檢查，B相高、中線圈層間燒毀、扭曲，線圈托板、墊塊脫落，A、C相中壓線圈遭受短路電動力沖擊已嚴重錯位變形。

3.2 故障診斷與故障處理技術(shù)措施 事故發(fā)生后，查看開關(guān)故障部位、分析SOE報文及微機保護動作信號，該故障首先由302開關(guān)C相上靜觸頭盒處絕緣擊穿引發(fā)，后貫通相鄰B、C相引起三相短路所致。

開關(guān)柜內(nèi)安裝開關(guān)防跳躍繼電器（如圖2中K0繼電器），其作用：當開關(guān)在合閘狀態(tài)時，開關(guān)常開輔助接點閉合，此時如同時出現(xiàn)手合/遙合、重合閘脈沖或通過二次控制電纜給開關(guān)柜合閘回路開入正電，將啟動K0線圈動作，與其線圈相連的K0常開輔助接點實現(xiàn)自保持，使得與合閘線圈HQ相連的常閉接點K0斷開，開關(guān)不能合閘，實現(xiàn)了防跳躍功能。

3.3 故障處理后的建議

①變壓器主變開關(guān)柜內(nèi)裝配者許多元件，同類型的元件各個廠家會有不同的定價。招標技術(shù)協(xié)議中引用的國標、電力行標較多，國標低于行標，為了降低生產(chǎn)成本，許多廠家都執(zhí)行國標，變電站應(yīng)該根據(jù)供電要求選擇合適的產(chǎn)品。另外，與廠家簽訂技術(shù)協(xié)議時，應(yīng)該在協(xié)議中特別注明內(nèi)部元件的生產(chǎn)廠家，以免供貨商鉆技術(shù)協(xié)議的“空子”打擦邊球。②相對于一次回路來說，二次回路中的元件接線復(fù)雜，點多面廣，設(shè)計和安裝調(diào)試時容易出現(xiàn)缺陷或隱患，變電站在對二次回路進行安裝調(diào)試、驗收和交接試驗等環(huán)節(jié)嚴加管理，及時消除事故隱患，全力確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定地投運。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)如今我國電網(wǎng)整體供電可靠效率已經(jīng)提升至99%，但是和西方發(fā)達國家相比還是存在諸多不足問題的，證明我國供電可靠性能夠被挖掘的潛力還有許多，今后長期奮斗的目標，便是結(jié)合最新技術(shù)設(shè)施和實踐經(jīng)驗使變壓器故障診斷和維修調(diào)試水準上升至更高等級。筆者在此提供的意見著實有限，希望能夠為相關(guān)技術(shù)操作人員提供些許啟示性功效。

參考文獻：

[1]李靖.110kV變電站主變故障分析[J].河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2010，18（02）：89-95.

[2]陳梅珍.主變拉停問題分析與改進技術(shù)研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013.

[3]羅恩情.110kV變電站備用電源自動投入控制策略研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，19（01）：83-101.