變電站主電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷

鄭 思，歐乃成

（1.湖南電力建設(shè)監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司，湖南長沙 410000； 2.國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙 410000）

變電站主電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷

鄭 思1，歐乃成2

（1.湖南電力建設(shè)監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司，湖南長沙 410000； 2.國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙 410000）

在電力系統(tǒng)實際運行過程中，保障電氣設(shè)備處于正常運行工況至關(guān)重要，因此，需要對電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測，并采用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，為故障處理提供依據(jù)。分析常用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，結(jié)合實例，研究電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的重要性及變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用方式。

變電站；電氣設(shè)備；變壓器；檢修

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.58

0 引言

變電站電氣設(shè)備狀態(tài)檢修是由設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷技術(shù)所組成的，其在實際應(yīng)用中，能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備運行實際情況進(jìn)行監(jiān)測，幫助檢修人員詳細(xì)掌握電氣設(shè)備的故障發(fā)生情況，從而合理安排停電時間以及檢修計劃，保證維修工作質(zhì)量。因此，對變電站電氣設(shè)備狀態(tài)檢修進(jìn)行詳細(xì)探究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的重要性

1.1 保障電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性

在電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備是重要的組成部分，通過各類電氣設(shè)備，共同構(gòu)成了電力運行系統(tǒng)，而各個電氣設(shè)備的運行質(zhì)量也會對電力系統(tǒng)運行安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。由此可見，為了保證電力系統(tǒng)正常運行，必須加強對于電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修管理，這樣才能夠盡快發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備故障隱患，及時消除故障問題。新時期，我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對于電力資源的需求量也在逐漸增加，在電力能源供應(yīng)中，如果電氣設(shè)備出現(xiàn)故障問題，則會對人們的正常工作和生活造成不良影響。對此，必須對電力系統(tǒng)電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析，及時排查故障問題，保障電力系統(tǒng)的正常運行。

1.2 有利于降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益

在市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，各行各業(yè)市場競爭日益激烈，電力企業(yè)也同樣如此，在電力企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中，至于在保證工程質(zhì)量和安全性的基礎(chǔ)上降低成本，才能夠提升企業(yè)市場競爭力。因此，在電力系統(tǒng)日常運行過程中，如果忽略了對于電氣設(shè)備狀態(tài)檢修工作重要性的認(rèn)識，導(dǎo)致設(shè)備處于不良運行工況下，就會引發(fā)各類故障問題。部分電力企業(yè)只有在電氣設(shè)備發(fā)生故障問題的情況下才會對其進(jìn)行檢修，這樣不僅會造成檢修難度增加，同時也會增加檢修工作人員的勞動強度。對此，必須高度重視對于電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測管理，盡量減少人力和物力的使用，提升電力系統(tǒng)運行效益。

2 變電站主電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)

2.1 變壓器

在電力系統(tǒng)中，變壓器是十分重要的電氣設(shè)備，變壓器的種類有很多種，比如沖油式變壓器、干式變壓器以及六氟化硫變壓器等等。在對變壓器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測過程中，所用的方法也有很多種，包括紅外監(jiān)測技術(shù)、超聲定位監(jiān)測技術(shù)、局部放電監(jiān)測技術(shù)等等。在進(jìn)行變壓器檢修過程中，對于高壓套管，一般采用介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)字化在線監(jiān)測技術(shù)，而有載調(diào)壓開關(guān)的故障發(fā)生幾率較大，對此，可以采用專業(yè)的有載診斷設(shè)備，對觸點磨損情況以及電氣回路故障進(jìn)行診斷分析。在變壓器狀態(tài)監(jiān)測中，不僅包括上述常用技術(shù)，同時還有風(fēng)扇運行監(jiān)測技術(shù)、油溫監(jiān)測技術(shù)、負(fù)載電流監(jiān)測技術(shù)等。在對變壓器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測時，最為關(guān)鍵的監(jiān)測對象有固體絕緣、氣體絕緣、冷卻系統(tǒng)等，而常見故障類型包括過熱故障、放電故障、進(jìn)水故障、機械故障等等。比如，在對某水電站進(jìn)行設(shè)備更新改造過程中，所采用的變壓器為三相油浸變壓器，其結(jié)構(gòu)密閉性比較高，因此，內(nèi)部絕緣油以及絕緣介質(zhì)不會與空氣產(chǎn)生直接接觸，在實際運行狀態(tài)下，不需要進(jìn)行換油操作，因此，設(shè)備使用壽命較長，這一變壓器形式注意杯應(yīng)用于農(nóng)村配電中。但是，需要注意的是，該設(shè)備在實際運行過程中，容易受到外界環(huán)境溫度因素的影響，導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)滲漏油的現(xiàn)象，這樣就會對變壓器繼電器造成誤動影響。

2.2 電容性設(shè)備

電容性設(shè)備指的是互感器設(shè)備，在這類設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，常用的方法有紅外檢測法、離線監(jiān)測法、停電預(yù)試法等等。在對電容性設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測時，可以采用信息檢出、數(shù)據(jù)采集、信息傳遞以及信息處理等步驟，通過上述狀態(tài)監(jiān)測步驟，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行綜合診斷分析，然后結(jié)合所得結(jié)果對設(shè)備采取有效的維修技術(shù)。另外，如果采用停電預(yù)試驗技術(shù)，則需要與主設(shè)備進(jìn)行有效結(jié)合，并且在電力線路停電狀態(tài)下進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)電容性設(shè)備的故障隱患問題，然后再根據(jù)設(shè)備故障的嚴(yán)重程度，判斷是否需要進(jìn)行停電檢修。

2.3 高壓配電柜

在變電站中，高壓配電柜也是一種常用設(shè)備，可以采用以下方法對高壓配電柜進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。

（1）機械特性監(jiān)測，這一監(jiān)測對象合閘、分閘電壓、電流、斷路器觸頭形成、彈簧狀態(tài)、和斷路器動作等。

（2）電氣性能在線監(jiān)測技術(shù)，這一監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用對象包括滅弧室真空度、斷路器開關(guān)電流加權(quán)值等。在實際監(jiān)測過程中，在不同開斷電流下，可以獲得不同的等效磨損曲線，而每臺斷路器的允許磨損總量是由額定短路開關(guān)電流所決定的，因此，可以通過累計觸頭磨損量，對電氣設(shè)備用電壽命進(jìn)行判斷。

（3）徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)理論監(jiān)測技術(shù)，這一監(jiān)測技術(shù)在實際應(yīng)用中，能夠?qū)⒔】嫡駝有盘柡蛿嗦菲鲗嶋H振動信號波峰幅值之差形成的殘差以及沖擊事件發(fā)生的時間作為斷路器故障診斷的特征參數(shù)，并依次為依據(jù)，檢查斷路器的運行情況。

（4）目前，一種改進(jìn)的真空斷路器電壽命在線監(jiān)測技術(shù)逐漸完善，期在實際應(yīng)用中，能夠綜合考慮設(shè)備開斷過程以及燃弧時間，因此監(jiān)測所得結(jié)果準(zhǔn)確性比較高，同時還能夠有效反映出不同相的電磨損情況。在高壓配電柜實際運行過程中，如果產(chǎn)生局部放電，則會產(chǎn)生一定的電磁波，通過開關(guān)柜，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁波傳播，這樣就會在開關(guān)柜的箱體上形成暫態(tài)對地電壓（TEA），在這種情況下，可以通過電容耦合傳感器檢測TEA，進(jìn)而對高壓開關(guān)柜的故障發(fā)生情況進(jìn)行判斷，如圖1所示。

圖1 局部放電檢測診斷方法

3 狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷實例

3.1 MGA2000-6H色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)

寧波理工監(jiān)測科技股份有限公司生產(chǎn)的MGA2000-6H系列變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，其技術(shù)原理為氣相色譜檢測原理。這一檢測技術(shù)的應(yīng)用方式為：在內(nèi)置一體式油泵的作用下，變壓器油產(chǎn)生油氣分離現(xiàn)象，通過毛細(xì)管萃取，能夠分理出其中的溶解氣體，然后再經(jīng)過油氣分離后，變壓器油即可再次流入變壓器油箱中，而萃取所得溶解氣體則可以在內(nèi)置微型氣泵的作用下進(jìn)入定量管，在載氣的作用下，溶解氣體即可進(jìn)入色譜柱，通過檢測器，可以對色譜柱中的組分氣體進(jìn)行監(jiān)測，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號。通過色譜數(shù)據(jù)采集器，能夠?qū)怏w濃度電壓量通過RS485傳遞至數(shù)據(jù)處理器中，通過數(shù)據(jù)處理器，可以對標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，然后對不同溶解氣體的組分以及增長率進(jìn)行計算，最后，通過故障診斷專家系統(tǒng)，對變壓器故障發(fā)生情況進(jìn)行總結(jié)和分析。

3.2 MGA2000-6H色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用及結(jié)果

某變電站共安裝12臺MGA2000-6H色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，配備1套數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過應(yīng)用RS485總線，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備安裝情況如圖2所示。

通過應(yīng)用MGA2000-6H系統(tǒng)，能夠及時采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，能夠?qū)⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷技術(shù)與三比值法進(jìn)行有效結(jié)合，同時，還可以根據(jù)色譜數(shù)據(jù)對變壓器故障發(fā)生情況進(jìn)行分析。根據(jù)時間研究發(fā)現(xiàn)，這一故障監(jiān)測方法的故障分

圖2 MGA2000-66H型變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

析準(zhǔn)確率較高。在該變電站投入運行后，通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，2#主變A相、4#電抗器A相、5#電抗器B相均出現(xiàn)了不同程度的C2H2以及H2超標(biāo)情況，具體數(shù)據(jù)如圖3所示。通過對圖3數(shù)據(jù)以及離線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，在該系統(tǒng)投入運行半年時間內(nèi)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性比較高，根據(jù)對故障進(jìn)行監(jiān)測，并對線、離線數(shù)據(jù)以及5#電抗器加強監(jiān)督管理，有利于以此為依據(jù)，提出相應(yīng)的故障防范對策。另外，通過對該變電站2#主變A相、4#電抗器A相、5#電抗器B相進(jìn)行監(jiān)測分析發(fā)現(xiàn)，C2H2以及H2超標(biāo)嚴(yán)重，并且達(dá)到一級報警水平，通過對系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)備內(nèi)部存在低能量放電現(xiàn)象，符合新投運設(shè)備運行特征，目前烴類氣體組分含量基本穩(wěn)定。

圖3 監(jiān)測數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)運行過程中，電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷至關(guān)重要，只有保證電氣設(shè)備的正常運行，才能夠保障電力系統(tǒng)正常供電。對此，本文主要對變壓器、電容性設(shè)備以及高壓配電柜的狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷技術(shù)進(jìn)行了分析，并且以變壓器為研究對象，對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的應(yīng)用方式進(jìn)行詳細(xì)探究。根據(jù)本文分析課件，通過加強電氣設(shè)備狀態(tài)檢修，有利于及時發(fā)現(xiàn)故障問題，并采取有效的治理措施，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。

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〔編輯 凌 瑞〕