南水北調(diào)泵站電氣設(shè)備運(yùn)行維護(hù)相關(guān)問題分析與對策研究

姜鳴歧，商 鵬，趙 亮

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250100）

1 概述

南水北調(diào)山東段現(xiàn)有7 座110 kV 變電站、3 座35 kV 變電站、主變壓器20 臺，主變總?cè)萘窟_(dá)到179.3 MVA。其中，110 kV 變電站含3 套COMPASS、4 套GIS。在運(yùn)行維護(hù)中，采取定期預(yù)防性試驗(yàn)的方法，根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 596-1996）（以下簡稱《規(guī)程》）、《南水北調(diào)泵站工程管理規(guī)程-電氣試驗(yàn)相關(guān)部分》等規(guī)程規(guī)范要求進(jìn)行試驗(yàn)。通過近幾年的電氣試驗(yàn)，對及時(shí)發(fā)現(xiàn)、判斷電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和診斷設(shè)備缺陷及時(shí)進(jìn)行處置發(fā)揮了重要的作用。

確保電氣設(shè)備的安全及繼電保護(hù)裝置的可靠動作是南水北調(diào)泵站安全運(yùn)行的重要保證和必要條件。電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須要求具有良好的絕緣性能，對其性能的診斷檢查是一項(xiàng)極其復(fù)雜、危險(xiǎn)性較高而又非常重要的工作。近幾年泵站的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)表明，電氣預(yù)防性試驗(yàn)是電氣設(shè)備運(yùn)行維護(hù)過程中的重要組成部分，對南水北調(diào)泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮不可替代的作用。針對近幾年電氣設(shè)備運(yùn)行維護(hù)中遇到的相關(guān)問題進(jìn)行分析與判斷，提出相應(yīng)解決對策及措施。

2 電氣預(yù)防性試驗(yàn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及測量結(jié)果分析判斷

2.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段執(zhí)行的《規(guī)程》涉及范圍較廣，分屬于電氣、化學(xué)、機(jī)械等不同的專業(yè)。各試驗(yàn)項(xiàng)目、周期、要求和說明等已超越了預(yù)防性試驗(yàn)的范疇，其中試驗(yàn)類型可分為定期預(yù)防性試驗(yàn)、大修試驗(yàn)、診斷試驗(yàn)、預(yù)知性試驗(yàn)。通常我們開展的試驗(yàn)項(xiàng)目主要為定期預(yù)防性試驗(yàn)。

對于《規(guī)程》未涉及的內(nèi)容，如10、35 kV 電壓等級中廣泛采用的過電壓保護(hù)器，只能參照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及各制造廠規(guī)定。在《規(guī)程》中明確指出橡塑絕緣電纜需進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，但理論和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明不宜采用直流耐壓的方法，主要原因?yàn)橹绷髂蛪涸囼?yàn)不易發(fā)現(xiàn)樹枝化老化缺陷，對此類缺陷的靈敏度不高；在直流電壓下累積效應(yīng)會加速絕緣老化；電纜實(shí)際運(yùn)行中施加交流電壓，但在耐壓試驗(yàn)時(shí)采取直流電壓，兩者的電場分布不同，試驗(yàn)的等效性不高。若進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，因電纜對地電容量一般較大，所需的試驗(yàn)變壓器輸出的試驗(yàn)電流較大，造成試驗(yàn)儀器設(shè)備體積、重量、容量較大，不便于現(xiàn)場試驗(yàn)。現(xiàn)場一般采用變頻諧振耐壓試驗(yàn)對橡塑電纜的絕緣進(jìn)行考核，其具有絕緣擊穿時(shí)故障不擴(kuò)大的優(yōu)點(diǎn)，若發(fā)生絕緣擊穿串聯(lián)諧振條件被破壞，則諧振產(chǎn)生的高壓立即消失，防止了事故的擴(kuò)大。

隨著電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)的多樣化及密封化、新設(shè)備的大量使用和試驗(yàn)技術(shù)有效性的提高，原規(guī)程中某些內(nèi)容已不能適應(yīng)當(dāng)前電力設(shè)備的發(fā)展需求?，F(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，結(jié)合《南水北調(diào)泵站工程管理規(guī)程-電氣試驗(yàn)相關(guān)部分》及廠家技術(shù)資料進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，確保試驗(yàn)項(xiàng)目不缺項(xiàng)、技術(shù)要求不降低。

2.2 測量結(jié)果的分析與判斷

為便于試驗(yàn)數(shù)據(jù)相互間的比較，試驗(yàn)時(shí)間盡量安排在良好天氣條件下進(jìn)行，同時(shí)歷次試驗(yàn)溫度和濕度等條件盡可能相近。對電氣設(shè)備進(jìn)行非破壞性各項(xiàng)絕緣試驗(yàn)所反映的絕緣缺陷、靈敏度不盡相同，僅僅通過其中一項(xiàng)作出試驗(yàn)結(jié)論，不能準(zhǔn)確、科學(xué)地反映被試設(shè)備絕緣狀況及缺陷性質(zhì)。將各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行綜合、系統(tǒng)、全面的分析判斷，并結(jié)合歷史資料及試驗(yàn)方法的靈敏性、有效性，作出科學(xué)正確的結(jié)論[1]。

多數(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目在《規(guī)程》中已明確相關(guān)試驗(yàn)要求，一般認(rèn)為只要符合試驗(yàn)規(guī)定，則認(rèn)為設(shè)備性能良好，可以正常投入運(yùn)行。為便于測量結(jié)果的分析與判斷，一般可以將所測量的結(jié)果與相關(guān)數(shù)據(jù)比較，通?？勺鳛楸容^的數(shù)據(jù)包括設(shè)備的歷年（次）試驗(yàn)數(shù)據(jù)、同類設(shè)備間的數(shù)據(jù)、同一設(shè)備各相間的數(shù)據(jù)、規(guī)程的要求數(shù)據(jù)、出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)及耐壓前后的數(shù)據(jù)等[2]。除比較法外，也可結(jié)合被試設(shè)備運(yùn)行及檢修等情況進(jìn)行綜合分析；在測量泄漏電流時(shí)可根據(jù)與外施電壓的曲線關(guān)系判斷絕緣是否有缺陷。

3 電氣設(shè)備運(yùn)行維護(hù)相關(guān)問題分析及對策

3.1 變壓器油色譜分析檢查出的問題分析及對策

對變壓器油色譜分析及過濾處理是變壓器運(yùn)行維護(hù)中的重要工作，對保證變壓器安全運(yùn)行至關(guān)重要。隨著電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增長，必須加強(qiáng)對變壓器油的檢測監(jiān)控。如，2017 年二級壩泵站2#主變壓器預(yù)防性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鐵芯對地絕緣電阻為零，為進(jìn)一步查明故障原因，對變壓器油進(jìn)行了色譜分析，歷年色譜分析檢測結(jié)果詳見表1。從表1 可以看出，2016、2017 年的總烴和氫氣超過注意值。采用三比值法進(jìn)行分析判斷，發(fā)現(xiàn)2016、2017 年比值范圍編碼均為0，0，2，由此推測該故障為“高溫過熱（高于700 ℃）”類型。

為進(jìn)一步明確設(shè)備所存在的問題類型，對變壓器進(jìn)行了吊罩大修，發(fā)現(xiàn)金屬鐵片異物造成了二次接地，形成在正常接地點(diǎn)與二次接地點(diǎn)之間的環(huán)流，在鐵芯二次接地部位發(fā)生高溫過熱現(xiàn)象，與色譜分析結(jié)果一致。

表1 二級壩泵站2#主變壓器歷年色譜分析檢測結(jié)果 μl/L

又如，2016 年八里灣泵站1#主變壓器套管預(yù)防性試驗(yàn)中，對介質(zhì)損耗因數(shù)、電容量進(jìn)行了檢測，歷年數(shù)據(jù)詳見表2。除B 相套管電容量較A 相、C 相套管偏大外，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，初步判定為合格。但對B 相套管絕緣油色譜分析，發(fā)現(xiàn)B 相套管油中溶解有乙炔氣體，且含量明顯高于標(biāo)準(zhǔn)注意值，色譜分析結(jié)果詳見表3。

表2 八里灣泵站1#主變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量

通過對表3 的分析，可以發(fā)現(xiàn)1#主變壓器B 相套管中的乙炔含量明顯超過標(biāo)準(zhǔn)注意值。在所分析的氣體中，乙炔作為故障點(diǎn)周圍絕緣油分解的特征氣體，含量較高且是總烴的主要成分，內(nèi)部存在放電的可能性較大。B相套管出廠電容值較A相、C相套管明顯偏大，且介質(zhì)損耗因數(shù)值也略大；考慮到變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)間短，拆除后檢查又未發(fā)現(xiàn)明顯受潮痕跡，認(rèn)為在制造階段就可能存在內(nèi)部缺陷。為徹底清除存在的安全隱患，對B相套管進(jìn)行了更換處理。

3.2 電纜“滲油”現(xiàn)象分析及預(yù)防措施

2018 年6 月，某泵站例行檢查過程中發(fā)現(xiàn)電纜外護(hù)套表面出現(xiàn)不同程度的析出物現(xiàn)象，其中1#主變壓器-1#變壓器進(jìn)線柜及2#主變壓器-2#變壓器進(jìn)線柜的6 kV 電纜“滲油”最為嚴(yán)重，同時(shí)控制電纜、信號電纜也出現(xiàn)不同程度的“滲油”情況。出現(xiàn)“滲油”情況的電纜主要位于電纜夾層，電纜夾層相對封閉，通風(fēng)散熱條件不好，造成電纜的發(fā)熱和散熱不平衡。

“滲油”較為嚴(yán)重的6 kV 電纜外護(hù)套采用的是聚氯乙烯材料，導(dǎo)體線芯最高允許工作溫度90℃，在正常負(fù)荷情況下不會出現(xiàn)超過90℃的情況。因?yàn)樗少彽牟牧蠟橥粡S家生產(chǎn)，所以生產(chǎn)所采用的配方、工藝相同。結(jié)合運(yùn)行資料分析，發(fā)現(xiàn)其在運(yùn)行期內(nèi)未出現(xiàn)過負(fù)荷情況，可以判斷外滲物為增塑劑。

針對電纜“滲油”情況，對“滲油”電纜電氣性能進(jìn)行了電氣預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目包括絕緣電阻、變頻交流耐壓試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，“滲油”電纜的絕緣及交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果均符合相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求。從試驗(yàn)結(jié)果上，可以推斷“滲油”對主絕緣沒有大的影響，外護(hù)套的“滲油”未影響聚乙烯主絕緣，但也應(yīng)引起足夠重視并采取安全防范措施。為此，在運(yùn)行期間應(yīng)做好以下工作：夏季時(shí)對電纜夾層進(jìn)行通風(fēng)處理，冬季時(shí)保持電纜夾層溫度不低于-5℃；加強(qiáng)對電纜運(yùn)行狀況巡視、檢查，根據(jù)規(guī)程規(guī)定定期對出油電纜進(jìn)行電氣預(yù)防性試驗(yàn)。

3.3 35 kV穿墻套管異常放電分析及對策

2019 年7 月，大屯水庫泵站值班人員在進(jìn)行設(shè)備巡視時(shí)，聽到35 kV 開關(guān)柜內(nèi)有放電響聲，隨后進(jìn)行了停電檢查。通過對母排絕緣電阻測量，發(fā)現(xiàn)電阻值符合規(guī)程要求。隨后進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓上升到18 kV 時(shí)開始出現(xiàn)放電響聲，當(dāng)電壓上升到40 kV 時(shí)放電響聲明顯增大；降壓放電后對套管進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)屏蔽線隱蔽處存在斷線的情況，接線恢復(fù)后再次進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，聲音明顯小于之前的情況，但依然存在異常放電聲響。經(jīng)分析，初步判斷為屏蔽線斷線期間造成套管與母排接觸部位電場強(qiáng)度較強(qiáng)且相對集中，形成極不均勻電場，進(jìn)而加速絕緣材料的老化，引起持續(xù)的放電，如不及時(shí)解決將會影響高壓開關(guān)柜運(yùn)行安全。更換套管后，異常放電聲消除，交流耐壓試驗(yàn)通過。

3座水庫所采用的KYN 系列開關(guān)柜具有結(jié)構(gòu)緊湊、所占空間小的特點(diǎn)。通過3座水庫運(yùn)行情況看，開關(guān)柜異常放電一直是困擾水庫安全運(yùn)行的棘手問題。同時(shí)，由于高壓室位于水庫附近，前期設(shè)計(jì)時(shí)通風(fēng)方式多采用通風(fēng)口或窗戶通風(fēng)，加上高壓室進(jìn)出線電纜溝封堵不徹底，造成高壓室濕度過大，導(dǎo)致絕緣件吸潮凝露，進(jìn)而引起絕緣電阻降低，下降到一定程度時(shí)就會沿面放電或閃絡(luò)。

為此，采取封堵通風(fēng)口、電纜溝等措施，防止潮氣進(jìn)入開關(guān)柜內(nèi)部，并配置除濕設(shè)備改善高壓室運(yùn)行條件；采用帶有內(nèi)外屏蔽的穿墻（柜）套管，正確選定屏蔽線位置和合理選擇固定螺栓尺寸，確保不存在尖端放電和發(fā)熱現(xiàn)象。

3.4 35 kV電壓互感器損壞分析及對策

雙王城水庫35 kV 開關(guān)柜計(jì)量PT 發(fā)生燒毀，經(jīng)過對PT二次回路檢查發(fā)現(xiàn)接線正確，消弧消諧裝置未有動作情況。在檢查消弧消諧柜接線時(shí)，發(fā)現(xiàn)裝置保護(hù)動作回路的二次線未連接，裝置自身無法起到消弧功能。因消弧消諧裝置未動作，故無法記錄動作情況。經(jīng)檢查與線路相T 接的其他線路發(fā)現(xiàn)，消弧消諧裝置記錄多起單相接地故障。單相接地故障發(fā)生時(shí)引起系統(tǒng)諧振，PT 諧振產(chǎn)生的過電壓導(dǎo)致勵磁回路電流急劇增加，造成PT一次側(cè)保險(xiǎn)熔斷或?qū)е翽T燒毀。

通過對事故的分析，基本確定PT燒毀是因線路存在接地故障引起的。通過采取聲光報(bào)警相關(guān)措施，故障后聲光報(bào)警線路存在接地故障，提示運(yùn)行人員及時(shí)進(jìn)行處理，可以避免PT燒毀故障發(fā)生。

4 結(jié)語

（1）電氣設(shè)備為南水北調(diào)泵站的重要組成部分，通過近幾年電氣預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目的開展，發(fā)現(xiàn)了電氣設(shè)備存在的一些隱性缺陷，并采取有效措施進(jìn)行了清除。因此，要高度重視并做好電氣預(yù)防性試驗(yàn)工作。

（2）規(guī)范建立設(shè)備運(yùn)行檔案，便于今后為分析判斷設(shè)備故障提供依據(jù)。

（3）設(shè)備管理人員需掌握設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)，確保調(diào)水工作的順利進(jìn)行。