變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)檢修技術(shù)及狀態(tài)評(píng)價(jià)

劉玉奎 劉 悅

（國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司通化供電公司，吉林 通化 134000）

由于變電設(shè)備種類多樣且分布零散，以往采取的定期檢修模式存在諸多弊端，例如無(wú)法實(shí)時(shí)掌握變電設(shè)備的狀態(tài)、不能準(zhǔn)確判斷故障位置等，給檢修作業(yè)增加了難度?；趥鞲衅骷夹g(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)檢修系統(tǒng)，以同步獲取各臺(tái)變電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)變電設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，有助于找準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、維修的重點(diǎn)，提高檢修效率，保障運(yùn)行安全。

1 常用變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)檢修技術(shù)

1.1 變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

變壓器常見故障有繞組短路、鐵芯對(duì)地放電、引線套管開裂等。以鐵芯多點(diǎn)接地故障為例，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)原理為：正常情況下，鐵芯為一點(diǎn)接地，此時(shí)流經(jīng)鐵芯的電流較小，不會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱和放電情況。但是鐵芯因?yàn)檎駝?dòng)、老化等原因，發(fā)生位移進(jìn)而出現(xiàn)多點(diǎn)接地后，會(huì)在鐵芯與繞組之間形成環(huán)流，導(dǎo)致電流持續(xù)增加，達(dá)到一定值后發(fā)生對(duì)地放電現(xiàn)象。利用由電流互感器、A/D 轉(zhuǎn)換器、限流電阻、通信接口等組成的鐵芯在線監(jiān)測(cè)裝置，與鐵芯并聯(lián)，可以實(shí)時(shí)采集流經(jīng)鐵芯的電流信號(hào)。經(jīng)過(guò)放大、濾波后，由A/D 模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。在計(jì)算機(jī)的處理下，數(shù)字信號(hào)在顯示器上呈現(xiàn)出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器鐵芯電流值、溫度值的在線監(jiān)測(cè)。若溫度和電流超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值后，進(jìn)行報(bào)警。

1.2 避雷器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

氧化鋅避雷器（MOA）常見故障有密封失效、熱擊穿、閥片處局部放電等。其在線監(jiān)測(cè)技術(shù)有兩種，分別是基于全電流的在線監(jiān)測(cè)和基于阻性電流的在線監(jiān)測(cè)。前者是將萬(wàn)用表與避雷器并聯(lián)，實(shí)時(shí)采集避雷器兩端的全電流。若實(shí)測(cè)電流超過(guò)額定電流的兩倍以上，則認(rèn)為是達(dá)到了安全警戒值，即進(jìn)行報(bào)警。但是MOA 具有非線性特性，受到高次諧波電流的影響，導(dǎo)致全電流監(jiān)測(cè)結(jié)果經(jīng)常失準(zhǔn)。因此基于阻性電流的在線監(jiān)測(cè)實(shí)用性更好。其監(jiān)測(cè)原理為：在每個(gè)MOA 下方安裝一臺(tái)監(jiān)測(cè)器，實(shí)施采集阻性電流。將電信號(hào)經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換器處理后，以數(shù)字信號(hào)輸出并進(jìn)入到計(jì)算機(jī)中。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的后臺(tái)處理，在顯示主機(jī)上展示結(jié)果。MOA的在線監(jiān)測(cè)原理如圖1 所示。

圖1 MOA 在線監(jiān)測(cè)原理圖

某變電站使用避雷器在線監(jiān)測(cè)裝置，發(fā)現(xiàn)B 相阻性基波電流最大達(dá)到了0.14mA，而A 相和C 相僅為0.05mA；同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示B 相的相位角為79.4°，已經(jīng)小于80°的安全臨界值，故發(fā)出警報(bào)。檢修人員在接收警報(bào)后，根據(jù)發(fā)出警報(bào)的位置，快速鎖定故障源。使用紅外測(cè)溫儀分別對(duì)A、B、C 三相測(cè)溫。發(fā)現(xiàn)B 相溫度在29.6-30.7 之間波動(dòng)，高于另外兩相。斷電之后，進(jìn)行直流高壓泄漏試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在電壓升高至80kV 時(shí)，避雷器B 相出現(xiàn)擊穿。拆解避雷器后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部閥片絕緣失效，重新更換后再次試驗(yàn)并測(cè)溫，各項(xiàng)數(shù)值恢復(fù)正常，問(wèn)題得以修復(fù)。

1.3 容性設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

電容型設(shè)備常見故障有絕緣層開裂、油液含水率超標(biāo)、異物放電等。其在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由兩部分組成，即電流電壓信號(hào)采集部分、變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)部分，監(jiān)測(cè)裝置是基于“相對(duì)值比較法”實(shí)現(xiàn)異常報(bào)警。以油液含水率的在線監(jiān)測(cè)為例，前端監(jiān)測(cè)裝置安裝在油箱內(nèi)的浮動(dòng)閥上，可實(shí)時(shí)測(cè)量油液中的微量水分。將實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)與容性設(shè)備正常工況下的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍，則進(jìn)行報(bào)警。在容性設(shè)備的電流、電壓監(jiān)測(cè)方面，對(duì)精度也有特殊要求，如表1 所示。

表1 容性設(shè)備電壓、電流在線監(jiān)測(cè)精度要求

2 變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

對(duì)變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，需要盡可能獲取設(shè)備運(yùn)行的詳細(xì)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的獲取與分析工作量極大，無(wú)法依靠人工來(lái)完成，必須要引進(jìn)基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的信息系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，按照狀態(tài)評(píng)價(jià)流程（如圖2）得出最終的評(píng)價(jià)結(jié)果，幫助檢修人員更加客觀地了解變電設(shè)備的狀態(tài)。

圖2 變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)流程圖

2.1 變電設(shè)備狀態(tài)量的選擇

根據(jù)變電設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)和基本功能，將狀態(tài)量分為兩類，即直接反應(yīng)變電設(shè)備核心功能的主狀態(tài)量，以及間接表示變電設(shè)備基本功能的輔助狀態(tài)量。以變壓器為例，主狀態(tài)量包括繞組電阻、頂層油溫、套管介損等；輔助狀態(tài)量則包括繞組絕緣電阻、油液水含量、油箱溫度等。對(duì)于SF6 斷路器，主狀態(tài)量包括開斷短路電流次數(shù)、套管外絕緣、SF6 氣體泄漏等；輔助狀態(tài)量包括壓力表、金屬件等。

2.2 狀態(tài)量評(píng)價(jià)分值

在明確了每一類變電設(shè)備的狀態(tài)量后，還要采用賦值法，確定每一項(xiàng)狀態(tài)量允許的最大扣分值。該值表示在不影響變電設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，可以允許的最差狀態(tài)。以SF6 斷路器為例，各項(xiàng)狀態(tài)量允許的最大扣分值如表2 所示。

表2 狀態(tài)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及分值

在最大扣分值以內(nèi)，決定實(shí)際扣分值的因素是狀態(tài)量實(shí)測(cè)值與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)工況下正常值的差距。兩者差距越大，則扣分值越高。由于狀態(tài)量的表現(xiàn)形式存在差異，其扣分規(guī)則又可分成定量狀態(tài)量和定性狀態(tài)量?jī)煞N類型。其中，定量狀態(tài)量又包括了區(qū)間型、損耗型等若干類型。

2.3 部件的狀態(tài)評(píng)價(jià)

在變電設(shè)備中，存在若干具有獨(dú)立功能的零件，例如變壓器中的繞組、鐵芯、油箱等，分別具有輸送電流、電磁耦合、絕緣和散熱的功能。在變電設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，這些關(guān)鍵部件出現(xiàn)故障后，也會(huì)直接影響設(shè)備整體的運(yùn)行。因此，在狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)也要著重關(guān)注這些重要部件的狀態(tài)量。同樣的，每個(gè)部件的狀態(tài)量可分為若干項(xiàng)，以變壓器繞組為例，主狀態(tài)量包括了電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)等；輔助狀態(tài)量包括了溫度、紙絕緣聚合度等。主狀態(tài)量最大扣分值設(shè)定為60 分，輔助狀態(tài)量最大扣分值設(shè)定為15分。部件評(píng)分公式為：

式（1）中，P 表示被評(píng)價(jià)的部件，n 表示部件的數(shù)量。

2.4 變電設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)

不同部件因?yàn)樗幬恢?、自身性能、使用?shù)量等原因，對(duì)變電設(shè)備整體狀態(tài)的影響有高有低。為保證狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果更加精確，還應(yīng)引入部件權(quán)重的概念。部件功能越重要，對(duì)變電設(shè)備整體運(yùn)行影響越大，則權(quán)重越高。若某個(gè)部件出現(xiàn)故障進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法維持標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，可選擇"短板效應(yīng)"的處理方式，設(shè)備整體的狀態(tài)評(píng)價(jià)參照評(píng)價(jià)結(jié)果最差的部件。如果所有部件狀態(tài)均為正常，則整體的狀態(tài)評(píng)價(jià)公式為：

式（2）中，Kp 表示權(quán)重系數(shù)，取值范圍[0,1]；其他同上。

如果各個(gè)部件中，存在任意一個(gè)或多個(gè)的評(píng)價(jià)分值達(dá)不到正常狀態(tài)，則參照得分最低的部件，整體的狀態(tài)評(píng)價(jià)公式為：

3 結(jié)論

變電運(yùn)行管理中，推廣在線監(jiān)測(cè)檢修技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類變電設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)收集，然后將獲取的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對(duì)比，完成設(shè)備狀態(tài)分析。根據(jù)分析結(jié)果，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，在報(bào)警的同時(shí)，還能提供故障原因、故障位置等基本信息，方便檢修人員快速查明導(dǎo)致異常工況的原因，進(jìn)而提高了故障維修效率，使變電設(shè)備盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。