近兩次極寒天氣下變電站電氣設(shè)備運(yùn)行情況淺析

王 馳

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司生產(chǎn)管控中心，江蘇 南京 210000）

0 引言

近幾年迎峰度冬期間，全省氣溫較低，其中，2020年12月28日至31日、2021年1月5日至8日全省范圍內(nèi)出現(xiàn)過兩次極寒天氣，其間江蘇電網(wǎng)負(fù)荷創(chuàng)歷年冬季負(fù)荷新高及年內(nèi)新高。本文對兩次極寒天氣及高負(fù)荷雙重影響下變電站電氣設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行總結(jié)分析，以設(shè)備異常信號和發(fā)生的缺陷為數(shù)據(jù)源，挖掘可能存在的設(shè)備質(zhì)量問題和管理薄弱環(huán)節(jié)，總結(jié)應(yīng)對經(jīng)驗(yàn)，分析不足之處。

1 全省天氣及負(fù)荷情況

1.1 降雪及氣溫驟降

兩次極寒天氣期間全省氣溫驟降，第一次極寒天氣期間省內(nèi)各地區(qū)均出現(xiàn)降雪情況，第二次極寒天氣期間省內(nèi)局部降雪。全省最低氣溫下降10～12℃，最低氣溫點(diǎn)為1月7日晚間至8日早晨，其中，淮北地區(qū)-13～-12℃，江淮之間-10～-9℃，蘇南地區(qū)-7℃，全省冰凍。全省各地區(qū)每日最高氣溫平均值為15℃，最低氣溫平均值為-8℃。

1.2 電網(wǎng)負(fù)荷再創(chuàng)新高

2021-01-07T19：15，江蘇電網(wǎng)實(shí)時(shí)負(fù)荷再創(chuàng)新高，瞬時(shí)輸送功率達(dá)117 016 MW，超過2020年迎峰度夏期間最高負(fù)荷115 211 MW。2020年12月28日至2021年1月8日期間全省調(diào)度用電曲線如圖1所示，省內(nèi)直流輸送功率曲線如圖2所示，直流輸送功率在1月7日20：00達(dá)到峰值18 493 MW。

主變重載臺(tái)數(shù)增多。兩次極寒天氣期間主變累計(jì)重載共計(jì)160臺(tái)次（每日算一次），重載主變在1月7日達(dá)到41臺(tái)次。

2 兩次極寒天氣期間電氣設(shè)備告警及缺陷概況

經(jīng)對全部告警數(shù)據(jù)的分析及比較發(fā)現(xiàn)，極寒天氣期間公司所轄變電設(shè)備異常告警主要為SF6壓力低、油泵打壓異常、油位異常、N2泄漏、主變冷卻系統(tǒng)異常及加熱器故障告警信號。該六類信號在極寒天氣期間總計(jì)發(fā)出2 326次，涉及83臺(tái)設(shè)備。與極寒天氣前比較，極寒天氣期間SF6氣壓低相關(guān)信號增加近13倍，油位異常信號增加近61倍，油泵打壓相關(guān)信號增加近22倍，N2泄漏相關(guān)信號增加近10倍，主變冷卻系統(tǒng)信號增加600多條，加熱器故障相關(guān)信號增加100多條。

近兩次極寒天氣期間，公司所轄變電設(shè)備共計(jì)發(fā)現(xiàn)因寒潮引起的缺陷11起，其中漏油（氣）缺陷6起，低抗油位異常2起，支柱絕緣子斷裂2起，避雷器傾斜1起。

3 電氣設(shè)備主要告警、缺陷分析

3.1 SF6壓力告警分析

極寒天氣期間，瓷柱式設(shè)備共發(fā)生SF6壓力告警信號287次，其中瓷柱式開關(guān)中西門子（杭州）生產(chǎn)35 kV開關(guān)SF6壓力低告警最多。由設(shè)備投運(yùn)年限來看，投運(yùn)11年以上的設(shè)備占比88%。投運(yùn)時(shí)間長的設(shè)備，其法蘭、密封圈均存在不同程度的老化現(xiàn)象。發(fā)生SF6低氣壓報(bào)警，主要原因?yàn)槊芊馊υ跇O寒天氣下會(huì)產(chǎn)生收縮，造成密封不良，導(dǎo)致漏氣現(xiàn)象的發(fā)生。

案例1：泰×變發(fā)3號主變3530開關(guān)SF6氣壓低告警，11 min后發(fā)開關(guān)SF6氣壓低分合閘閉鎖、開關(guān)第一組/第二組控制回路斷線等信號?，F(xiàn)場檢查開關(guān)B相氣室壓力為0.55 MPa（額定值0.7 MPa，告警值0.62 MPa，閉鎖值0.6 MPa），A、C相壓力均為0.72 MPa。使用紅外精確檢漏儀檢測發(fā)現(xiàn)開關(guān)B相滅弧室下部法蘭密封處存在漏氣點(diǎn)，對開關(guān)解體檢查發(fā)現(xiàn)B相滅弧室下部法蘭與密封圈壓接處存在裂紋導(dǎo)致漏氣。

SF6表計(jì)問題也會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)警。雙金屬補(bǔ)償式SF6氣體密度繼電器的雙層金屬溫度補(bǔ)償能力存在一定的線性變化范圍，當(dāng)在低溫情況下溫度超過線性變化范圍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償能力不足的情況，導(dǎo)致SF6密度表讀數(shù)有誤差，嚴(yán)重時(shí)將造成開關(guān)誤發(fā)SF6壓力低告警或閉鎖信號[1]。

3.2 油位異常相關(guān)信號

油位異常相關(guān)信號主要包括“××低抗/主變/站用變油位異常告警”，包括主變、低抗、站用變等，兩次極寒天氣期間共有22臺(tái)設(shè)備告警發(fā)信55條。其中，北京電力設(shè)備總廠的BKSJ-60000/35型號電抗器發(fā)信次數(shù)最多，為14次。經(jīng)分析，主要原因?yàn)樵撔吞柕涂巩a(chǎn)品油枕尺寸偏小，為?800×2 500，額定有效容量占總油體積的6.4%，不滿足10%的設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致在嚴(yán)寒天氣下產(chǎn)生低油位告警，補(bǔ)油后高溫天氣下又容易產(chǎn)生高油位告警。

案例2：秦×變1號主變2號低抗油位異常，現(xiàn)場檢查油枕油位低于告警值。1號主變2號低抗無明顯滲漏油，判斷為北京電力設(shè)備總廠該型油枕容量較小（不滿足10%的設(shè)計(jì)要求），極寒天氣下負(fù)荷增長，低抗從滿載狀態(tài)退出運(yùn)行，環(huán)境溫度驟降，低抗本體及油枕內(nèi)絕緣油收縮，達(dá)到油位低非電量保護(hù)定值告警閾值，發(fā)油位低告警信號。

3.3 開關(guān)機(jī)構(gòu)告警信號

開關(guān)機(jī)構(gòu)告警信號共計(jì)263條，均為液壓機(jī)構(gòu)信號，其中油泵打壓超時(shí)信號228條，N2泄漏告警信號34條，油位低告警1條。其中，西門子的開關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)信次數(shù)最多。液壓機(jī)構(gòu)開關(guān)在氣溫驟降情況下易發(fā)生油壓及N2壓力變化，從而導(dǎo)致異常情況發(fā)生。

案例3：吳×變2L30開關(guān)油位低告警。12月31日，吳×變2L30開關(guān)油位低告警，經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，開關(guān)液壓機(jī)構(gòu)油位指示低于下限，后檢修專業(yè)到場帶電補(bǔ)油后，告警復(fù)歸，缺陷消除。

3.4 加熱器故障相關(guān)信號

加熱器故障信號總計(jì)發(fā)出350條，發(fā)信設(shè)備共22臺(tái)。西門子（杭州）高壓開關(guān)有限公司的3AP3FI-550型號設(shè)備發(fā)信次數(shù)最多，占比43.71%。檢查為加熱器的動(dòng)作電流設(shè)置過小，經(jīng)調(diào)整動(dòng)作電流后，信號復(fù)歸，設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。

案例4：廻××變廻津線5053開關(guān)加熱器故障告警，發(fā)信153次，檢查為加熱器的動(dòng)作電流設(shè)置過小。

3.5 充油設(shè)備滲漏油

極寒天氣下，充油設(shè)備（尤其是35 kV電抗器）容易出現(xiàn)滲漏油情況。主要原因?yàn)殡娍蛊鬟\(yùn)行工況比較特殊，嚴(yán)寒天氣下投切操作會(huì)導(dǎo)致電抗器經(jīng)受較大幅度的溫度變化，頻繁冷熱交替導(dǎo)致密封件不斷熱脹冷縮，再加上密封件本身材質(zhì)、質(zhì)量參差不齊，運(yùn)行一段時(shí)間后老化變硬，無法滿足密封要求，從而導(dǎo)致了滲漏油缺陷。

案例5：三×變220 kV堡吳2W74線壓變A相滲油。1月18日，專業(yè)巡視發(fā)現(xiàn)2W74線壓變A相電容單元下節(jié)上部滲油。解體分析發(fā)現(xiàn)下節(jié)電容器內(nèi)部抽真空注油管與連通管有兩處滲漏點(diǎn)，管路螺栓處可以看到油珠，螺栓的銅銹也隨著油珠滴落至膨脹器頂部。該壓變已投運(yùn)12年，在此前一個(gè)月內(nèi)，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，溫度極低。

3.6 設(shè)備傾斜、斷裂

極寒天氣下，低溫、大風(fēng)等惡劣氣象條件容易導(dǎo)致避雷針連接法蘭、避雷器底座、電容器支柱絕緣子等出現(xiàn)傾斜、裂縫甚至斷裂等缺陷。主要原因有：（1）部分避雷針法蘭螺栓未采用雙帽雙墊結(jié)構(gòu)，增大了螺栓松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)；（2）部分避雷器底座采用小直徑鋼管、角焊縫連接、無加強(qiáng)筋支撐的焊縫結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)導(dǎo)致過渡段抗彎強(qiáng)度偏低，尤其是焊縫熔合線強(qiáng)度薄弱；（3）避雷器底座或構(gòu)支架由于密封不良或排水孔設(shè)置不合理等原因出現(xiàn)積水，在嚴(yán)寒天氣下結(jié)冰膨脹造成損傷；（4）部分電容器廠家瓷件材質(zhì)不良，在嚴(yán)寒天氣下受冷變脆，且與金屬結(jié)合部位存在膨脹系數(shù)不一致的情況，導(dǎo)致瓷件受冷碎裂。

案例6：三××變220 kV東南角避雷針傾斜。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該避雷針法蘭連接處共計(jì)6只緊固螺栓，其3只螺栓脫落，剩余的3只螺栓有2只已變形，造成避雷針向西面傾斜。

4 應(yīng)對措施

（1）極寒天氣前應(yīng)開展專業(yè)巡視，重點(diǎn)關(guān)注瓷柱式斷路器、組合電器的壓力指示是否在正常范圍內(nèi)。對于已發(fā)現(xiàn)存在漏氣點(diǎn)的設(shè)備，應(yīng)重點(diǎn)跟蹤檢查，如接近告警值應(yīng)考慮提前補(bǔ)氣處理[2]。對于新發(fā)現(xiàn)的SF6低氣壓告警設(shè)備，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢漏，存在漏氣點(diǎn)的設(shè)備應(yīng)結(jié)合停電計(jì)劃進(jìn)行修理。

（2）針對北京電力設(shè)備總廠低抗儲(chǔ)油柜容積偏小問題，廠家已出具更換大容量儲(chǔ)油柜的實(shí)施方案，后續(xù)將陸續(xù)完成治理工作。

（3）針對近年來低抗?jié)B漏油故障較多的思源電氣股份有限公司進(jìn)行約談，明確故障原因?yàn)樵摴驹缙冢?016年前）使用的丙烯酸酯密封墊存在批次性材質(zhì)缺陷，無法滿足電抗器長期使用要求。極寒天氣來臨前，公司組織低抗專項(xiàng)巡查，逐臺(tái)判斷是否存在低油位告警以及滲漏油情況。目前已組織思源公司制定低抗?jié)B漏油處理的詳細(xì)方案，針對2016年以前未更換過密封墊的產(chǎn)品，按照輕重緩急逐步更換箱蓋上部所有密封墊。

（4）針對油浸式流變、壓變，需做好極端天氣下的專業(yè)巡視，重點(diǎn)檢查在冷熱溫差較大情況下瓷套、二次接線盒、閥門、法蘭、流變頭部等部位有無滲漏，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處置。

（5）針對構(gòu)架避雷針傾斜暴露的問題開展專項(xiàng)排查。通過使用望遠(yuǎn)鏡、調(diào)閱無人機(jī)巡視視頻和照片等方式，開展獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針隱患排查，重點(diǎn)排查避雷針本體是否存在傾斜、開裂，法蘭連接部位是否存在銹蝕、變形、開裂、松動(dòng)，法蘭連接螺栓是否采用“雙帽雙墊”，鋼管避雷針底部是否設(shè)置排水孔等。

（6）針對避雷器底座、電容器支柱絕緣子等出現(xiàn)裂縫甚至斷裂等缺陷，一是要做好極寒天氣下變電站設(shè)備專項(xiàng)巡視，關(guān)注電容器支柱絕緣子是否存在裂紋，避雷器底座、構(gòu)支架銹蝕情況以及對應(yīng)主設(shè)備傾斜情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理；二是對避雷器類似無加強(qiáng)筋的小直徑過渡底座及時(shí)補(bǔ)焊加強(qiáng)筋，增大機(jī)械強(qiáng)度；三是結(jié)合主設(shè)備停電開展構(gòu)支架頂部鋼板狀態(tài)評估，發(fā)現(xiàn)積水問題或鋼板裂紋、翹起、變形，及時(shí)采取排水、加固等處理措施。

5 結(jié)語

通過寒潮期間設(shè)備運(yùn)行大數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)特定氣候條件下設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)和潛在問題，并據(jù)此制定關(guān)于做好冬季變電一次設(shè)備防寒防凍專項(xiàng)工作的相關(guān)管理規(guī)定，落實(shí)好差異化跟蹤管控措施，保證寒潮期間設(shè)備安全運(yùn)行。