川氣東送變電運(yùn)行常見故障分析與處理

中石化河南石油勘探局有限公司水電廠 郭士平

1 川氣東送變電設(shè)備運(yùn)行中的常見故障

1.1 大功率設(shè)備引發(fā)負(fù)載短路

由于壓氣站采用的是大功率工業(yè)壓縮機(jī)，配套的電氣設(shè)備有隔離變壓器、工業(yè)變頻器等。如果出現(xiàn)負(fù)載短路的情況，那么在短時(shí)間內(nèi)，巨大的電流會直接沖擊隔離變壓器，甚至燒毀繼電器，威脅到主變器，造成變壓器繞組短路，使變壓器無法正常工作，停電會造成壓縮機(jī)停機(jī)，嚴(yán)重影響正常供氣[1]。另外，由于站內(nèi)設(shè)備多，大量采用絕緣電纜鋪設(shè)，一旦發(fā)生接地故障查找起來非常麻煩，其他絕緣老化導(dǎo)致的短路故障如果不及時(shí)處理，長期帶故障運(yùn)行，頻繁跳閘會導(dǎo)致空壓機(jī)、壓縮機(jī)、隔離變、變頻器等大型設(shè)備的損壞，甚至影響正常的生產(chǎn)運(yùn)行。

1.2 系統(tǒng)過電壓和主變過負(fù)載

川氣東送西起四川達(dá)州普光氣田，跨越四川、重慶等6省2市，管道總長2170千米。線路經(jīng)過地區(qū)多，氣候多變，發(fā)生極端天氣的概率較大，避雷設(shè)備的作用有所減弱。如果避雷器被擊穿，變壓器就會因?yàn)槔讚舻纫蛩厮查g接受超高壓，導(dǎo)致變壓器燒毀，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。此外，由于川氣東送變電運(yùn)行多采用的是雙回路供電，經(jīng)常需要倒負(fù)荷，容易發(fā)生誤操作，一旦保護(hù)失靈，輕則燒毀設(shè)備，嚴(yán)重的則會影響整個(gè)電網(wǎng)安全運(yùn)行。用氣高峰時(shí)期，壓縮機(jī)全開，加上站內(nèi)輔助設(shè)備的運(yùn)行，用電量超過主變?nèi)萘?，變壓器長期過載運(yùn)行也是引發(fā)電網(wǎng)不穩(wěn)定的重要因素之一[2]。

1.3 環(huán)網(wǎng)運(yùn)行容易造成電源故障

變電設(shè)備的正常運(yùn)行需要穩(wěn)定的供電電源，川氣東送110kV變電所，上一級電源直接來至地方電網(wǎng)220kV變電所，在實(shí)際的工作中，電源雖然不容易出現(xiàn)問題，但是由于各地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)存在差異，電源一旦出現(xiàn)問題，有可能危及供電系統(tǒng)，所以應(yīng)該加強(qiáng)和地方電網(wǎng)的溝通，強(qiáng)化供電電源監(jiān)控和管理，規(guī)范操作流程，特別是在合環(huán)操作時(shí)一定要謹(jǐn)慎。

1.4 開關(guān)跳閘現(xiàn)象較為常見，嚴(yán)重影響正常運(yùn)行

川氣東送變電設(shè)備故障中開關(guān)跳閘現(xiàn)象較為常見，由于站內(nèi)設(shè)備繁雜，采用了多個(gè)不同廠家，不同型號的設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備兼容性差，開關(guān)誤動情況也時(shí)有發(fā)生。排除開關(guān)誤動現(xiàn)象常見的跳閘故障一般可分為四類：一是誤操作導(dǎo)致站內(nèi)在運(yùn)行設(shè)備跳閘；二是誤操作導(dǎo)致越級跳閘；三是中壓10kV母線跳閘；四是高壓110kV母線跳閘。雖然引發(fā)跳閘的原因較多，只要認(rèn)真進(jìn)行具體的檢查或者開展相應(yīng)的表征分析，就能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生故障的原因及解決辦法。

2 產(chǎn)生故障的原因分析

2.1 電力運(yùn)行監(jiān)控存在缺陷

川氣東送重要的變電運(yùn)行設(shè)備都配有遠(yuǎn)程的監(jiān)控裝置和保護(hù)模塊，及時(shí)把CT（電流互感器）和PT（電壓互感器）采樣信息反饋到測量與保護(hù)模塊，發(fā)生故障時(shí)保護(hù)的控制裝置會及時(shí)動作，快速切斷短路電流，保護(hù)運(yùn)行設(shè)備。變電所大部分?jǐn)?shù)據(jù)匯集到監(jiān)主控機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對110kV、10kV母線及各支路電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)等運(yùn)行參數(shù)的在線監(jiān)測與控制，其目的是使值班人員能夠隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行信息，以便在電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處理。然而，就目前的運(yùn)行方式而言，對其監(jiān)測的設(shè)備仍然不夠全面，故障錄波僅對110kV母線及設(shè)備有效。而110kV以上電網(wǎng)及主要設(shè)備的生產(chǎn)調(diào)度權(quán)屬于所在地區(qū)電力調(diào)度部門，處理故障需要層層上報(bào)，存在溝通不暢，命令下達(dá)不及時(shí)，處理滯后的情況。

2.2 設(shè)備檢修不及時(shí)，維護(hù)技術(shù)不到位

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，天然氣用量的逐年增加導(dǎo)致供電負(fù)荷增大，在運(yùn)行電氣設(shè)備已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有用電需求。壓縮機(jī)經(jīng)常滿負(fù)荷工作，導(dǎo)致主變長期超負(fù)荷運(yùn)行，以至于問題頻出。由于公司出于成本因素考慮，檢修不及時(shí)，維護(hù)保養(yǎng)跟不上，致使電氣設(shè)備和線路長期帶缺陷運(yùn)行。其次，變電運(yùn)行設(shè)備維護(hù)觀念和技術(shù)落后，運(yùn)行人員對于一些新型設(shè)備的維護(hù)技術(shù)了解甚少，廠家服務(wù)不到位等[3]。當(dāng)變電運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)問題以后，不能及時(shí)拿出對策，導(dǎo)致部分電氣設(shè)備長期處于停滯狀態(tài)，嚴(yán)重影響正常供氣，給當(dāng)?shù)氐木用裆詈凸I(yè)生產(chǎn)造成了較大影響。

2.3 人為因素也是導(dǎo)致事故頻發(fā)的重要原因

據(jù)統(tǒng)計(jì)，變電運(yùn)行過程中有半數(shù)以上的事故都是人為造成的，電力行業(yè)需要具有極高責(zé)任心的專業(yè)技術(shù)人員和操作人員。然而在實(shí)際工作當(dāng)中，由于管網(wǎng)公司削減運(yùn)行費(fèi)用，導(dǎo)致承包方專業(yè)技術(shù)人員和運(yùn)行人員配備不足。員工長期超時(shí)工作，致使有些人員的工作態(tài)度不積極，在巡檢的過程流于形式。同時(shí)，人員的頻繁更換，新人對電氣設(shè)備操作與使用不熟練，不能很快適應(yīng)新的工作環(huán)境，對事故的預(yù)判斷能力以及故障處理能力有限。

3 變電運(yùn)行設(shè)備故障處理及防控措施

天然氣集輸屬于高危行業(yè)，對電力的安全運(yùn)行要求極高。針對川氣東送跨越地區(qū)多、站多、線路長的特點(diǎn)，提出以下幾點(diǎn)防控措施。

3.1 要強(qiáng)化組織措施，落實(shí)制度和人員管理

首先要有完善的組織措施和規(guī)章制度，為變電運(yùn)行設(shè)備的安全與可靠提供保障。一是由部門牽頭定期開展預(yù)案分析與應(yīng)急演練，并對效果進(jìn)行評估，不斷改進(jìn)預(yù)案，達(dá)到目的為止。二是嚴(yán)格落實(shí)電力行業(yè)的“兩票一單”制度，倒閘操作前根據(jù)操作票先進(jìn)行模擬操作，操作過程中做到一人操作一人監(jiān)護(hù)，嚴(yán)格按照上級調(diào)度命令及操作票進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)疑問立即停止操作，及時(shí)溝通，杜絕誤操作。三是工作票制度落實(shí)到位，對進(jìn)入變電場所的工作人員及時(shí)進(jìn)行安全告知，憑票施工，全程監(jiān)護(hù)。四是加強(qiáng)對工作票簽發(fā)人、負(fù)責(zé)人、許可人培訓(xùn)和管理，提高人員素質(zhì)，責(zé)任落實(shí)到位。五是組織全體從業(yè)人員定期開展電力運(yùn)維知識的學(xué)習(xí)與經(jīng)驗(yàn)交流，提升操作人員技術(shù)水平；專業(yè)技術(shù)人員自己也要多學(xué)習(xí)、多實(shí)踐、多積累經(jīng)驗(yàn)，提升自己的綜合素質(zhì)與組織管理能力，以便更好地開展變電設(shè)備技術(shù)維護(hù)工作。

3.2 嚴(yán)格落實(shí)安全操作規(guī)程，強(qiáng)化技術(shù)措施

在運(yùn)行的電氣設(shè)備需要停電作業(yè)的，必須遵守電力行業(yè)安全操作規(guī)程，嚴(yán)格按照停電、驗(yàn)電、裝設(shè)接地線、懸掛標(biāo)識牌、設(shè)置遮攔的步驟進(jìn)行。裝設(shè)接地線之前，要對所有被檢修的電氣設(shè)備全部進(jìn)行驗(yàn)電，準(zhǔn)確判斷電氣設(shè)備是否帶電，有效預(yù)防觸電事故的發(fā)生，保護(hù)人身安全。驗(yàn)電時(shí)，人體應(yīng)與被驗(yàn)電設(shè)備必須保持足夠的安全距離，并指定專人監(jiān)護(hù)。操作人員首先查看驗(yàn)電器的生產(chǎn)日期在有效期內(nèi)，檢查伸縮桿伸縮良好，蜂鳴器聲音正常，檢查驗(yàn)電器規(guī)格型號滿足被測電壓等級。驗(yàn)電前還要先在帶電設(shè)備上進(jìn)行測試以驗(yàn)明驗(yàn)電器良好，最后使用符合電壓等級的驗(yàn)電器對所有檢修的電氣設(shè)備進(jìn)行逐一驗(yàn)電，要分級、分層、分開進(jìn)行，避免多人同時(shí)進(jìn)行驗(yàn)電。工作期間嚴(yán)格勞保穿戴，操作人員必須配戴絕緣手套和護(hù)目鏡、穿靜電防護(hù)服及絕緣鞋，特殊工作場所驗(yàn)電時(shí)還要鋪設(shè)絕緣板等。

川氣東送變電設(shè)備的日常維護(hù)中，10kV高壓室開關(guān)柜接地刀閘操作次數(shù)最多，檢修需要合地刀時(shí)，手車應(yīng)在試驗(yàn)位置，確保設(shè)備處于停電狀態(tài)。如果不能合地刀應(yīng)該安裝一組地線是，是為了避免檢修過程中突然來電或是變電設(shè)備里帶有靜電的情況，防止出現(xiàn)安全事故。地線的安裝過程需要有兩名工作人員同時(shí)操作，落實(shí)相應(yīng)安全防護(hù)措施。在安裝與拆卸地線的時(shí)候，要嚴(yán)格依照順序進(jìn)行。安裝地線的時(shí)候要先安裝接地端，再接導(dǎo)體端，拆除地線的時(shí)候順序剛好相反，必須要嚴(yán)格按照操作規(guī)程規(guī)定順序進(jìn)行操作。另外，在規(guī)定的點(diǎn)懸掛“嚴(yán)禁止合閘，有人工作”的警告牌，避免突然合閘導(dǎo)致的安全事故。停電檢修期間，在被檢修的設(shè)備與帶電設(shè)備間設(shè)置安全隔離帶或遮攔，這些都是預(yù)防安全事故發(fā)生的有效手段。

3.3 盡量避免不必要的環(huán)網(wǎng)操作

倒負(fù)荷操作時(shí)要改變運(yùn)行方式，由分列運(yùn)行轉(zhuǎn)為并列運(yùn)行，以保證站內(nèi)設(shè)備不停電。有時(shí)操作人員為了省事，就直接進(jìn)行合環(huán)操作，如果負(fù)荷大時(shí)會對上級電網(wǎng)造成巨大沖擊，甚至造成超級跳閘，盡量避免類似操作。研究如何在不合理的情況下倒負(fù)荷，比如對設(shè)備進(jìn)行升級改造，在高低母聯(lián)上加裝備自投，實(shí)現(xiàn)主要電氣回路間自動切換，盡量減少人為操作，這是一個(gè)較好的解決方案。

3.4 開展跳閘故障的分析，及時(shí)恢復(fù)送電

如果是線路跳閘故障，首先要判斷引起跳閘的原因。接地故障引起的開關(guān)跳閘最為常見，川氣東送110kV進(jìn)線采用的是中性點(diǎn)直接接地方式，單相接地故障占到了80%。在處理該故障時(shí)，首先要匯報(bào)電力調(diào)度部門，申請線路停電，并轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式，先將故障線路停電，查看故障錄波距離保護(hù)所報(bào)的數(shù)據(jù)，然后結(jié)合地區(qū)調(diào)度所給數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)區(qū)域的故障線路重點(diǎn)排查，發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)后快速切除，及時(shí)恢復(fù)送電。

引起站內(nèi)開關(guān)跳閘的短路接地故障，可分為交流接地和直流接地兩種，交流接地故障較為常見，比較容易處理。直流系統(tǒng)發(fā)生接地故障危害較大，處理起來非常麻煩，因此運(yùn)行人員平時(shí)加強(qiáng)對直流屏、蓄電池組、逆變器、直流控制系統(tǒng)的檢查與巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)報(bào)告及時(shí)處理。主變低壓側(cè)開關(guān)跳閘通常包括母線故障、越級跳閘、開關(guān)誤動等三種情況。具體到川氣東送變電所情況更復(fù)雜，不僅要進(jìn)一步檢查二次側(cè)以及一次側(cè)設(shè)備，還要重點(diǎn)檢查隔離變壓器、變頻器、壓縮機(jī)等重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以更準(zhǔn)確地確定故障類型。當(dāng)主變發(fā)生低壓側(cè)過流保護(hù)動作的時(shí)，保護(hù)裝置會自動跳開主變高、低側(cè)斷路器，一般不會引起越級跳閘。參與故障巡檢人員必須詳細(xì)、全面、認(rèn)真做好記錄，檢查二次設(shè)備的同時(shí)還應(yīng)檢查保護(hù)壓板投切是否正確，最后還要重點(diǎn)檢查主變高后備保護(hù)與低后備保護(hù)動作情況等。

川氣東送變電站主變多采用的是大型油侵式自冷變壓器，主保護(hù)采用了差動和瓦斯兩種，跳閘故障發(fā)生后應(yīng)重點(diǎn)檢查主保護(hù)裝置是否動作。

一是如果僅是瓦斯保護(hù)動作，并不能完全斷定是變壓器內(nèi)部發(fā)生故障或者二次回路故障。要正確區(qū)分是重瓦斯保護(hù)還是輕瓦絲保護(hù)動作，一般只有發(fā)生重瓦絲保護(hù)動作才會造成主變內(nèi)部故障，此時(shí)運(yùn)行人員應(yīng)該立刻轉(zhuǎn)移負(fù)荷，將故障變壓器退出運(yùn)行，同時(shí)匯報(bào)電力調(diào)度門等待進(jìn)一步處理。故障處理前按照巡檢內(nèi)容重點(diǎn)檢查主變是否發(fā)生噴油、著火、異常聲響等嚴(yán)重情況。同時(shí)，還應(yīng)該做油分析化驗(yàn)和氣體色譜分析，來進(jìn)一步判斷故障性質(zhì)，故障未消除前不得投運(yùn)。如是輕瓦絲動作，運(yùn)行人員做好巡檢，如沒有發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)該先停止音響信號，及時(shí)匯報(bào)值班調(diào)度，恢復(fù)瓦絲保護(hù)回路，加強(qiáng)對主變的巡查與監(jiān)視，不必退出運(yùn)行。

二是如果主變發(fā)生差動保護(hù)動作，一次設(shè)備的檢查范圍為主變高低壓CT間及兩側(cè)開關(guān)位置。差動保護(hù)能反映主變內(nèi)部線圈匝間、相間短路，常伴有輕瓦絲動作。因此，當(dāng)主變差動保護(hù)動作后，應(yīng)對主變做細(xì)致檢查，經(jīng)全面檢查無異常后，報(bào)請電力調(diào)度同意。如切除負(fù)荷后，試送跳閘要等待專業(yè)人員進(jìn)一步處理。

三是保護(hù)動作后還應(yīng)重點(diǎn)檢查110kV進(jìn)線開關(guān)、刀閘的狀態(tài)與位置是否異常。如果進(jìn)線開關(guān)狀態(tài)位置正確，聲、光、電信顯示正常，可確定為站內(nèi)故障，須停電檢修。如果進(jìn)線開關(guān)跳閘，運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)向電力調(diào)度部門及站控值班負(fù)責(zé)人匯報(bào)，等待進(jìn)一步處理，同時(shí)啟動全站失電應(yīng)急預(yù)案，投入備用電源，確保站內(nèi)主要設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

變電設(shè)備正常運(yùn)行和維護(hù)對于整個(gè)川氣東送系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要，加強(qiáng)變電運(yùn)行設(shè)備的維護(hù)確保電網(wǎng)正常運(yùn)行意義重大。用氣高峰期站內(nèi)在運(yùn)行高低壓設(shè)備負(fù)荷大，導(dǎo)致變電運(yùn)行設(shè)備故障增多，運(yùn)維人員增加巡檢次數(shù)。為確保川氣東送正常輸氣，電力運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)該加強(qiáng)專業(yè)知識學(xué)習(xí)，每日開展崗位練兵，增強(qiáng)自己解決日常故障的能力，提高維護(hù)技術(shù)水平，確保變電設(shè)備設(shè)施的正常運(yùn)行。