特高壓一次設(shè)備在線監(jiān)測測量裝置試驗(yàn)研究

韓祎菲 劉益江 張永良

［DOI］10.3969/j.issn.1672-0407.2023.23.064

［摘 要］特高壓一次設(shè)備在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，對于確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能傳輸具有重要意義。然而，由于設(shè)備具有復(fù)雜性和高壓高電流的特點(diǎn)，特高壓一次設(shè)備面臨著各種故障和失效風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致設(shè)備的停運(yùn)和電力系統(tǒng)的中斷。為了提高特高壓一次設(shè)備的運(yùn)行可靠性，傳統(tǒng)的定期檢修和維護(hù)已經(jīng)無法滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障預(yù)警的需求。因此，引入特高壓一次設(shè)備的在線監(jiān)測測量裝置十分必要。在線監(jiān)測測量裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵參數(shù)，通過數(shù)據(jù)采集和分析，提供準(zhǔn)確的設(shè)備健康狀況信息，為運(yùn)維人員提供及時(shí)的決策支持。

［關(guān)鍵詞］特高壓；一次設(shè)備；在線監(jiān)測；測量裝置；試驗(yàn)

［中圖分類號］TM93文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

本文旨在對特高壓一次設(shè)備的在線監(jiān)測測量裝置進(jìn)行試驗(yàn)研究，探索其在提高設(shè)備可靠性和運(yùn)行安全性方面的應(yīng)用；通過試驗(yàn)和評估裝置的性能和可行性，為特高壓一次設(shè)備的運(yùn)維管理提供新的思路和方法；通過對特高壓一次設(shè)備的在線監(jiān)測測量裝置進(jìn)行研究，希望能夠提高設(shè)備的可靠性和運(yùn)行安全性，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行作出貢獻(xiàn)。在線監(jiān)測測量裝置將為設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障預(yù)警提供有效手段，為運(yùn)維人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的及時(shí)維護(hù)和故障排除。

1 特高壓一次設(shè)備的重要性

第一，特高壓一次設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓和大電流的傳輸，提供更大的電能傳輸能力，可以有效解決長距離電能傳輸?shù)膯栴}，降低輸電損耗，提高電網(wǎng)的能源利用效率。第二，特高壓一次設(shè)備能夠在高壓高電流的工況下穩(wěn)定運(yùn)行，具有較高的抗干擾能力和抗電磁暫態(tài)能力，可以保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免電壓波動和電流失控等問題，保證可靠的電力供應(yīng)。第三，特高壓一次設(shè)備能夠連接大容量的電源和負(fù)載，支持大規(guī)模的電力輸送和供電，可以滿足工業(yè)、城市和鄉(xiāng)村等不同場景的用電需求，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步。第四，特高壓一次設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，促進(jìn)能源資源的共享和優(yōu)化調(diào)度，可以連接不同地區(qū)的電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的電能交換和平衡，提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。第五，特高壓一次設(shè)備通過提高輸電效率和降低損耗，可以減少對環(huán)境的影響^［1］，減小輸電線路的占地面積和環(huán)境破壞，降低電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行對生態(tài)環(huán)境的影響。

2 特高壓一次設(shè)備的故障風(fēng)險(xiǎn)

2.1 絕緣故障

絕緣故障可能導(dǎo)致設(shè)備的電氣性能下降、絕緣損壞、電弧和閃絡(luò)等問題，進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)行和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第一，長期運(yùn)行或環(huán)境因素的影響可能導(dǎo)致設(shè)備絕緣材料的老化和退化，可能導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度下降、介電損耗增加，進(jìn)而引發(fā)設(shè)備的絕緣擊穿和故障。第二，特高壓一次設(shè)備暴露在惡劣的環(huán)境中，如沙塵暴、濕潤環(huán)境等，容易受到污染。污穢和污閃可能導(dǎo)致絕緣材料表面形成導(dǎo)電層，增加電介質(zhì)的損耗，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的絕緣性能下降。第三，當(dāng)設(shè)備的電壓和電流超過一定閾值時(shí)，可能會發(fā)生電弧和放電現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備的局部絕緣破壞，產(chǎn)生高溫和電弧等危險(xiǎn)，進(jìn)一步加劇設(shè)備的損壞。第四，當(dāng)絕緣材料無法承受設(shè)備所受的電壓應(yīng)力時(shí)，可能發(fā)生閃絡(luò)和擊穿，會導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)失效，使設(shè)備停運(yùn)或造成設(shè)備的損壞。

2.2 電力設(shè)備故障

特高壓一次設(shè)備中的電力設(shè)備可能面臨各種故障情況，這些故障可能導(dǎo)致設(shè)備的正常運(yùn)行受到干擾甚至停運(yùn)。第一，特高壓一次設(shè)備中的開關(guān)設(shè)備，如斷路器、隔離開關(guān)等，可能發(fā)生接觸不良、觸頭磨損、彈簧失效等故障，可能導(dǎo)致設(shè)備的開關(guān)操作不準(zhǔn)確或無法正常操作，從而影響設(shè)備的運(yùn)行和電路的通斷。第二，特高壓一次設(shè)備中的變壓器是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，可能發(fā)生繞組短路、絕緣擊穿、冷卻系統(tǒng)故障等故障，導(dǎo)致設(shè)備的電氣性能下降、溫度升高，甚至引發(fā)設(shè)備故障或停運(yùn)。第三，特高壓一次設(shè)備中的電纜是電能傳輸?shù)年P(guān)鍵部分，可能發(fā)生電纜絕緣老化、接頭脫落、絕緣子破損等故障，可能導(dǎo)致電纜的電氣性能下降、接觸不良，從而影響電能的傳輸和設(shè)備的正常運(yùn)行。第四，特高壓一次設(shè)備中的開關(guān)柜可能發(fā)生控制回路故障、過電壓、過電流等問題，可能導(dǎo)致設(shè)備的控制功能失效、電氣元件損壞，影響設(shè)備的運(yùn)行和保護(hù)。

2.3 過載和熱失控

特高壓一次設(shè)備面臨著過載和熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，這可能導(dǎo)致設(shè)備的性能下降、熱損耗增加甚至設(shè)備損壞。第一，過載是指設(shè)備承受的電流超過其額定容量的情況，可能由電網(wǎng)負(fù)荷增加、短路故障等原因引起。過載會導(dǎo)致設(shè)備的電流密度增加、溫升加劇，使設(shè)備處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。長時(shí)間的過載可能導(dǎo)致設(shè)備的絕緣老化、設(shè)備元件的損壞，甚至引發(fā)設(shè)備的熱失控。第二，熱失控是指設(shè)備在運(yùn)行過程中由于散熱不良或其他原因，導(dǎo)致溫度升高超過設(shè)計(jì)范圍，無法有效地散熱。熱失控可能由冷卻系統(tǒng)故障、環(huán)境溫度過高、設(shè)備負(fù)荷過大等引起。熱失控會導(dǎo)致設(shè)備溫度升高、絕緣性能下降，進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)行和壽命。

2.4 機(jī)械故障

特高壓一次設(shè)備中的機(jī)械部件可能面臨各種機(jī)械故障，導(dǎo)致設(shè)備的損壞和停運(yùn)。第一，特高壓一次設(shè)備中的電纜連接頭是電纜與設(shè)備之間的關(guān)鍵連接部件，若出現(xiàn)脫落、松動、磨損等問題，則會導(dǎo)致連接不良和電纜斷路^［2］。第二，特高壓一次設(shè)備中的絕緣子起著支撐和絕緣作用，一旦發(fā)生破裂、斷裂、絕緣子串間放電等故障，則會影響設(shè)備的正常運(yùn)行和絕緣性能。第三，設(shè)備的機(jī)械部件，如接觸器、隔離開關(guān)、彈簧等，一旦發(fā)生磨損和疲勞斷裂，則可能導(dǎo)致設(shè)備的操作不準(zhǔn)確、接觸不良和短路等故障。第四，由于設(shè)備長期運(yùn)行、震動和溫度變化等因素，設(shè)備中的螺栓、螺母和連接件可能松動。松動的設(shè)備可能導(dǎo)致接觸不良、電氣性能下降，進(jìn)而引發(fā)設(shè)備故障。

2.5 外部因素影響

特高壓一次設(shè)備還面臨來自外部因素的風(fēng)險(xiǎn)，這些因素可能對設(shè)備的正常運(yùn)行和可靠性產(chǎn)生影響。第一，特高壓一次設(shè)備通常是高聳的結(jié)構(gòu)，容易成為雷擊的目標(biāo)。雷擊會導(dǎo)致設(shè)備的絕緣擊穿、設(shè)備元件的損壞，甚至引發(fā)火災(zāi)和爆炸等嚴(yán)重后果。第二，在寒冷地區(qū)或冬季，特高壓一次設(shè)備可能受到冰雪的覆蓋。冰雪的重量和風(fēng)力會導(dǎo)致設(shè)備的機(jī)械負(fù)荷增加、機(jī)械部件的損壞和絕緣性能下降。第三，強(qiáng)降雨和洪水可能導(dǎo)致特高壓一次設(shè)備的水淹和濕潤，影響設(shè)備的絕緣性能和電氣性能。水淹可能導(dǎo)致設(shè)備的短路、設(shè)備元件的腐蝕和絕緣老化。第四，地震可能對特高壓一次設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重影響，如導(dǎo)致設(shè)備的位移、振動和變形，從而損壞設(shè)備的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)致設(shè)備的斷裂和破損。第五，特高壓一次設(shè)備暴露在大氣環(huán)境中，可能受到環(huán)境污染的影響。大氣中的污染物和化學(xué)物質(zhì)可能對設(shè)備的表面和絕緣材料產(chǎn)生腐蝕和損害，降低設(shè)備的絕緣性能。

3 特高壓一次設(shè)備的在線監(jiān)測測量裝置

3.1 溫度監(jiān)測裝置

溫度監(jiān)測裝置是特高壓一次設(shè)備中常用的在線監(jiān)測測量裝置之一，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的溫度變化，通過傳感器或探頭將設(shè)備的溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號，并傳輸給監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。監(jiān)測系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度異常和危險(xiǎn)情況，使預(yù)警運(yùn)維人員采取相應(yīng)的措施。溫度監(jiān)測裝置通常支持多點(diǎn)監(jiān)測，可以同時(shí)監(jiān)測設(shè)備的多個(gè)關(guān)鍵部位的溫度。

溫度是評估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要指標(biāo)之一。通過監(jiān)測設(shè)備的溫度變化，可以了解設(shè)備的負(fù)荷情況、散熱效果和熱穩(wěn)定性，評估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備溫度超過設(shè)定閾值時(shí)，監(jiān)測系統(tǒng)會及時(shí)通知運(yùn)維人員，以使他們采取相應(yīng)的措施，如降低負(fù)荷、增強(qiáng)散熱等，避免設(shè)備的損壞和故障。溫度監(jiān)測裝置可以用于監(jiān)測設(shè)備的絕緣狀態(tài)。絕緣材料的溫度變化可以反映絕緣狀態(tài)的變化。通過對設(shè)備絕緣部位的溫度監(jiān)測，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣老化、絕緣損壞等問題，采取相應(yīng)的絕緣處理措施^［3］。

3.2 壓力監(jiān)測裝置

壓力監(jiān)測裝置是特高壓一次設(shè)備常用的在線監(jiān)測測量裝置之一，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的壓力變化，通過傳感器或探頭將設(shè)備的壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，并傳輸給監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析。監(jiān)測系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力異常和危險(xiǎn)情況，使預(yù)警運(yùn)維人員采取相應(yīng)的措施。壓力監(jiān)測裝置通常支持多點(diǎn)監(jiān)測，可以同時(shí)監(jiān)測設(shè)備的多個(gè)關(guān)鍵部位的壓力。

壓力監(jiān)測裝置可以用于監(jiān)測設(shè)備的冷卻系統(tǒng)的壓力情況。冷卻系統(tǒng)的壓力變化可以反映冷卻劑的流量和冷卻效果。通過監(jiān)測冷卻系統(tǒng)的壓力，可以判斷冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力異常和故障問題。特高壓一次設(shè)備中的油箱通常裝有絕緣油或冷卻油。通過壓力監(jiān)測裝置監(jiān)測油箱的壓力變化，可以了解油箱內(nèi)部的油液狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)油液泄漏或氣體產(chǎn)生等問題，并采取相應(yīng)的維護(hù)措施。特高壓一次設(shè)備中常用氣體絕緣設(shè)備，如氣體絕緣開關(guān)設(shè)備。通過壓力監(jiān)測裝置監(jiān)測氣體絕緣設(shè)備的壓力變化，可以判斷設(shè)備的氣體充填情況和絕緣狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓力異常和氣體泄漏問題。

3.3 絕緣監(jiān)測裝置

絕緣監(jiān)測裝置具有高精度的測量能力，能夠準(zhǔn)確測量設(shè)備的絕緣電阻和絕緣損耗，通常以精密的絕緣電阻計(jì)或絕緣損耗儀為測量設(shè)備，以確保測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。絕緣監(jiān)測裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測設(shè)備的絕緣狀態(tài)，并提供實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)。監(jiān)測系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣異常和危險(xiǎn)情況，為運(yùn)維人員提供及時(shí)的預(yù)警和決策支持。絕緣監(jiān)測裝置通常支持多點(diǎn)監(jiān)測，可以同時(shí)監(jiān)測設(shè)備的多個(gè)關(guān)鍵部位的絕緣狀態(tài)^［4］。通過在不同位置安裝多個(gè)絕緣傳感器，可以全面了解設(shè)備的絕緣分布情況，發(fā)現(xiàn)局部異常和不均衡問題。

絕緣監(jiān)測裝置主要用于監(jiān)測設(shè)備的絕緣狀態(tài)和絕緣性能。通過測量絕緣電阻和絕緣損耗等參數(shù)，判斷設(shè)備的絕緣狀態(tài)是否正常。及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣異常，如絕緣老化、絕緣擊穿等問題，并采取相應(yīng)的絕緣處理措施。絕緣監(jiān)測裝置能夠提前發(fā)現(xiàn)絕緣異常情況，如絕緣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)絕緣狀態(tài)出現(xiàn)異常，接近或達(dá)到擊穿閾值時(shí)，監(jiān)測系統(tǒng)會發(fā)出預(yù)警信號，及時(shí)通知運(yùn)維人員采取相應(yīng)的措施，避免設(shè)備的損壞和故障。通過長期的絕緣監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，可以了解設(shè)備絕緣狀態(tài)的變化趨勢，評估絕緣老化情況?；诮^緣狀態(tài)評估結(jié)果，制訂合理的維護(hù)計(jì)劃，定期進(jìn)行絕緣處理和維修，延長設(shè)備的使用壽命和提高設(shè)備的可靠性。

3.4 振動監(jiān)測裝置

振動監(jiān)測裝置具有高靈敏度的測量能力，能夠捕捉到設(shè)備微小的振動信號，通常采用高精度的振動傳感器，如加速度計(jì)或振動速度計(jì)，以確保測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。振動監(jiān)測裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測設(shè)備的振動變化，并提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋。監(jiān)測系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)振動異常和危險(xiǎn)情況，使預(yù)警運(yùn)維人員采取相應(yīng)的措施。振動監(jiān)測裝置通常支持多點(diǎn)監(jiān)測，可以同時(shí)監(jiān)測設(shè)備的多個(gè)關(guān)鍵部位的振動情況。通過在不同位置安裝多個(gè)振動傳感器，可以全面了解設(shè)備的振動分布情況，發(fā)現(xiàn)局部異常和不均衡問題^［5］。

振動監(jiān)測裝置主要用于監(jiān)測設(shè)備的振動情況，幫助發(fā)現(xiàn)設(shè)備的機(jī)械故障。通過分析振動數(shù)據(jù)，可以檢測設(shè)備的異常振動模式，如不平衡、松動、軸承故障等，及時(shí)采取維修措施，避免設(shè)備的進(jìn)一步損壞和停運(yùn)。通過長期的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，可以了解設(shè)備的振動趨勢和變化規(guī)律，評估設(shè)備的健康情況和壽命。

4 結(jié)語

綜上所述，特高壓一次設(shè)備的在線監(jiān)測測量裝置在提高設(shè)備可靠性和運(yùn)行安全性方面具有潛力。通過對設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測和測量，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況，并采取相應(yīng)的維護(hù)和修復(fù)措施，從而提高設(shè)備的可用性和可靠性。然而，還需要進(jìn)一步的研究和實(shí)踐，以完善裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，保障其在實(shí)際運(yùn)行中的有效性和可行性。

參考文獻(xiàn)

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［作者簡介］韓祎菲，女，陜西咸陽人，國網(wǎng)陜西省電力有限公司超高壓公司，助理工程師，本科，研究方向：特高壓輸變電工程。

劉益江，男，陜西西安人，國網(wǎng)陜西省電力有限公司超高壓公司，助理工程師，本科，研究方向：特高壓輸變電工程。

張永良，男，陜西西安人，國網(wǎng)陜西省電力有限公司超高壓公司，工程師，碩士，研究方向：特高壓直流工程規(guī)劃與發(fā)展。