電氣工程中變電運(yùn)行事故分析及處理

中國聯(lián)合工程有限公司 李思達(dá) 楊 坤

1 電氣工程中變電運(yùn)行的常見事故

1.1 一般故障

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，常見的故障類型可以歸納為接地、斷線、保險絲熔斷和諧振四類。這些故障在變電站發(fā)生時，均會觸發(fā)相應(yīng)的故障信號，以提示值班人員注意。然而，這些信號本身往往不能直接揭示故障的具體性質(zhì)，值班人員須進(jìn)一步對接地信號進(jìn)行分析，并結(jié)合保護(hù)裝置的動作、開關(guān)的狀態(tài)等信息來識別具體的故障類型。一旦確定故障類型，工作人員必須對故障進(jìn)行詳細(xì)分析，查明原因，并采取恰當(dāng)?shù)男迯?fù)措施以盡快恢復(fù)電力供應(yīng)。

1.2 開關(guān)誤動故障

在變電運(yùn)行過程中，開關(guān)誤動屬于常見的技術(shù)障礙，主要涉及主變低壓側(cè)開關(guān)、線路故障以及主變?nèi)齻?cè)的誤動。在這些問題中，線路故障誤動較為頻繁，因此維護(hù)人員應(yīng)關(guān)注電力線路的狀況。當(dāng)發(fā)生線路開關(guān)誤動時，工作人員需要深入分析故障原因，并檢查開關(guān)的電磁和彈簧機(jī)構(gòu)是否正常，確保故障排除后才能重新供電，以防開關(guān)再次發(fā)生誤動。對于主變低壓側(cè)的開關(guān)誤動，主要的情況包括母線故障、開關(guān)越級操作故障以及開關(guān)本身的誤動[1]。特別是主變?nèi)齻?cè)開關(guān)誤動，這通常意味著變壓器的三側(cè)開關(guān)保護(hù)區(qū)域或內(nèi)部可能出現(xiàn)問題，此時應(yīng)優(yōu)先檢測這一區(qū)域，迅速診斷并解決問題，保證電力供應(yīng)的恢復(fù)與穩(wěn)定。

2 造成變電運(yùn)行事故的原因分析

2.1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

隨著社會用電需求的顯著增長，電力系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻的負(fù)荷挑戰(zhàn)。盡管我國正積極推進(jìn)電力網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)工作，但現(xiàn)有措施仍難以完全滿足不斷增長的用電需要。該情況加劇了電力供應(yīng)與需求之間的沖突，可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)承受超出設(shè)計負(fù)荷的運(yùn)行壓力。在遇到較為嚴(yán)重的超載情況時，限制電力供應(yīng)或采取斷電措施成為不得已而為之的解決方案。然而，這樣的做法難以保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至可能引發(fā)電網(wǎng)系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。

2.2 設(shè)備老化

隨著變電站運(yùn)行時長的增加，其內(nèi)部組件的磨損及設(shè)備功能的衰退成為不可逆避免的現(xiàn)象，這些因素增加了發(fā)生嚴(yán)重操作事故的風(fēng)險。同時，當(dāng)設(shè)備未按照規(guī)定正常使用時，容易出現(xiàn)功能故障，嚴(yán)重影響設(shè)備的有效運(yùn)行期，如變壓器的預(yù)期使用年限會因絕緣材料溫度異常升高而受到負(fù)面效應(yīng)。

2.3 設(shè)備制造和設(shè)計問題

設(shè)備的生產(chǎn)與設(shè)計缺陷對變電站運(yùn)行事故的發(fā)生構(gòu)成了關(guān)鍵因素。產(chǎn)品質(zhì)量的不達(dá)標(biāo)直接危及電力設(shè)備的運(yùn)行安全性，而已并網(wǎng)的電力設(shè)施如若攜帶制作或設(shè)計上的缺陷，則可能潛藏著重大安全風(fēng)險。通常，這類問題涵蓋了制造過程中的質(zhì)量缺陷、設(shè)計上的不足以及設(shè)備選型的誤差等方面。依據(jù)相關(guān)研究，新近啟用不足3年以及服務(wù)期超過20年的設(shè)備易發(fā)生故障。尤其是新推出的設(shè)備，可能因為設(shè)計和制造工藝未完全成熟，技術(shù)參數(shù)未經(jīng)充分驗證，導(dǎo)致在實際應(yīng)用中易出現(xiàn)問題。

3 常見的變電運(yùn)行事故及處理措施

3.1 變電站主變事故及處理措施

主變是變電所的核心設(shè)備，其起著電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵作用。然而，在各種因素的共同作用下，主變?nèi)菀装l(fā)生各種故障，如變壓器內(nèi)部故障以及套筒損壞、雷擊、過載運(yùn)行和油箱漏油等現(xiàn)象。

變壓器內(nèi)部故障一般分為電氣故障和機(jī)械故障兩種。電氣故障包括繞組短路、接地、絕緣老化等，機(jī)械故障包括變壓器油泄漏、鐵芯變形、套筒損壞等。這些故障一旦發(fā)生，會導(dǎo)致變壓器內(nèi)部溫度升高、油位下降、油質(zhì)變差等，嚴(yán)重時會引起爆炸。除了變壓器內(nèi)部故障，主變還容易發(fā)生套筒損壞和放電現(xiàn)象[2]。套筒損壞一般是由于變壓器內(nèi)部溫度過高或油質(zhì)不良造成的，而放電現(xiàn)象則是由于絕緣老化或電場強(qiáng)度過大造成的。這些問題一旦發(fā)生，會導(dǎo)致變壓器內(nèi)部電氣性能下降，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

針對這些故障，變電站操作人員應(yīng)該密切關(guān)注設(shè)備運(yùn)行情況，定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)和處理故障。一旦發(fā)生故障，應(yīng)立即切斷開關(guān)，切實保證電力系統(tǒng)的安全。同時，要加強(qiáng)對操作人員的培訓(xùn)和安全管理工作，增強(qiáng)操作人員的安全意識和技能水平。此外，還應(yīng)注意周圍環(huán)境的安全，及時清理油污和雜物，確保設(shè)備周圍環(huán)境的整潔和安全。只有這樣，才能保證主變電所的安全運(yùn)行，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定供電提供堅實的保障。

3.2 電壓互感器高壓熔絲熔斷事故及處理措施

在電力系統(tǒng)中，電壓互感器（VT）起著至關(guān)重要的作用，用于電壓測量和保護(hù)。然而，當(dāng)高壓熔絲發(fā)生熔斷事故時，系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性便面臨較大挑戰(zhàn)。這類事故會導(dǎo)致互感器一相或多相電壓趨近于零，進(jìn)而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)研究，電壓互感器發(fā)生故障時，未熔斷相位電壓的變化與系統(tǒng)的接地方式密切相關(guān)。例如，在接地系統(tǒng)中，故障相的電壓可能降至接近零，而在非接地系統(tǒng)中，這一現(xiàn)象可能不那么明顯。處理這類事故的首要任務(wù)是準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)。

目前，故障點(diǎn)定位技術(shù)已有了較大發(fā)展，包括故障錄波分析技術(shù)和電壓相位分析法。對于電壓相位分析法，比如利用故障后各相電壓和電流的波形特征，通過相量比較，可以初步判斷故障類型及位置。據(jù)IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，電壓互感器的電壓變化率通常不應(yīng)超過其額定電壓的±1.2%，以確保測量和保護(hù)的準(zhǔn)確性。

在實際操作中，一旦檢測到高壓熔絲熔斷，應(yīng)立即遵循以下步驟進(jìn)行處理：一是使用合適工具檢測各相電壓，確定是否有熔絲熔斷現(xiàn)象；二是對電壓互感器隔離開關(guān)進(jìn)行操作，隔離故障設(shè)備，防止事故擴(kuò)展；三是檢查并記錄電壓互感器周圍的環(huán)境條件（如溫度、濕度等），這些數(shù)據(jù)有助于后續(xù)分析故障原因；四是對電壓互感器進(jìn)行絕緣電阻測試，檢查其內(nèi)部絕緣狀況。根據(jù)IEC 60044-2標(biāo)準(zhǔn)，電壓互感器的絕緣電阻應(yīng)大于1000MΩ。若初步診斷結(jié)果表明故障源于變壓器內(nèi)部，應(yīng)立即通報工作組采取進(jìn)一步措施，如對變壓器進(jìn)行詳細(xì)的內(nèi)部檢查和必要的維修工作。同時，要記錄詳細(xì)的故障分析報告，包括故障發(fā)生時的所有相關(guān)條件和測試結(jié)果，為未來防止類似故障提供參考[3]。

3.3 開關(guān)誤動故障及處理措施

在變電站運(yùn)行中，開關(guān)誤動故障對系統(tǒng)的可靠性和安全性構(gòu)成威脅。開關(guān)誤動不僅會導(dǎo)致不必要的停電，還可能引發(fā)保護(hù)設(shè)備誤動作，加劇事故的嚴(yán)重程度。其中，線路故障誤動、主變低壓側(cè)開關(guān)誤動和主變?nèi)齻?cè)故障誤動是最常見的類型。對于這些故障類型，有必要采取嚴(yán)格的分析和處理措施以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

一是針對線路故障誤動，此類故障的處理策略應(yīng)包括對保護(hù)繼電器和控制回路的細(xì)致檢查。據(jù)報告，繼電器誤動作的概率可達(dá)0.02次/臺·年，明確指出電線連接出錯是主要原因之一。為此，系統(tǒng)應(yīng)采用多種保護(hù)方案如距離保護(hù)和方向保護(hù)，其整定值應(yīng)根據(jù)線路的實際參數(shù)（如線路長度、阻抗等）精確計算，確保保護(hù)裝置能在故障條件下正確動作。

二是對于主變?nèi)齻?cè)故障誤動問題，其特點(diǎn)是在主變?nèi)齻?cè)開關(guān)的差動保護(hù)區(qū)域發(fā)生誤動，此時需要關(guān)注開關(guān)的差動保護(hù)設(shè)置是否準(zhǔn)確。IEC 標(biāo)準(zhǔn)建議，差動保護(hù)的啟動電流設(shè)置應(yīng)保證在最大負(fù)載電流的基礎(chǔ)上有足夠的保護(hù)裕度，一般為1.2～1.5倍的最大負(fù)載電流，以避免誤動。同時，需檢查CT（電流互感器）比例是否匹配、差動電流回路的連線是否正確，避免因失配或接線錯誤引發(fā)誤動。在主變低壓側(cè)開關(guān)誤動情形下，應(yīng)仔細(xì)分析主變低壓側(cè)的保護(hù)設(shè)置，如過電流保護(hù)和過電壓保護(hù)，確保其整定值適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行條件。針對過電壓故障，按照IEEE C57.12.00標(biāo)準(zhǔn)，變壓器的過電壓保護(hù)動作值通常設(shè)置在系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的110%～120%，以應(yīng)對短時過電壓而不至于誤動[4]。

3.4 電纜故障及處理措施

在電氣系統(tǒng)中，電纜故障是常見的技術(shù)問題，影響系統(tǒng)的可靠性和效率。電纜問題常見的類型包括斷線、接觸不良、絕緣老化和絕緣擊穿。為高效地處理和預(yù)防這些問題，采用精確的診斷和維護(hù)策略是必要的。電纜斷線或接觸不良往往通過視覺檢查、電氣測試（例如連續(xù)性測試）或使用熱像儀檢測過熱點(diǎn)來診斷。對于斷線，通常的處理方法是替換受影響的電纜段。接觸不良的電纜接頭則需要重新連接或使用適當(dāng)?shù)臋C(jī)械工具進(jìn)行緊固，以確保良好的電氣連接。

電纜絕緣老化也是常見問題，通常是由環(huán)境因素（如溫度、濕度和化學(xué)腐蝕）造成的。老化電纜的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法包括電纜的絕緣電阻測試和介電常數(shù)測量。根據(jù)IEEE 標(biāo)準(zhǔn)，電纜所需的最低絕緣電阻通常為1MΩ?km。如果電纜未達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，則可能需要更換。對于絕緣擊穿，這是電纜絕緣完全失效，導(dǎo)致電氣短路的嚴(yán)重問題。經(jīng)驗表明，絕緣擊穿常常是由于電纜超過其電壓等級或物理損傷造成的。處理擊穿故障的第一步是立即切斷電源，然后進(jìn)行故障定位。一種常用的故障定位技術(shù)是使用時間域反射儀（TDR），這種設(shè)備能夠精確地識別電纜中的故障點(diǎn)位置。

4 預(yù)防和處理變電運(yùn)行事故的措施

4.1 加強(qiáng)人員培訓(xùn)和安全管理工作

變電運(yùn)行事故是電氣工程中的常見問題，對人身安全和設(shè)備運(yùn)行都會造成不可估量的損失。因此，預(yù)防和處理變電運(yùn)行事故是電氣工程中重要的工作。

變電運(yùn)行事故的發(fā)生往往與人員操作不當(dāng)有關(guān)，因此加強(qiáng)人員的培訓(xùn)和管理是預(yù)防變電運(yùn)行事故的重要措施。培訓(xùn)和管理內(nèi)容包括變電運(yùn)行事故的原因和分類、安全操作規(guī)程、應(yīng)急處理措施等。

安全管理制度是預(yù)防和處理變電運(yùn)行事故的重要手段之一。安全管理制度包括安全操作規(guī)程、應(yīng)急預(yù)案、事故處理流程、安全檢查制度等。制定安全管理制度需要充分考慮實際情況，與實際工作相結(jié)合，確保切實可行。執(zhí)行安全管理制度需要加強(qiáng)對變電運(yùn)行人員的監(jiān)督和管理，以確保變電運(yùn)行人員的安全和設(shè)備的正常運(yùn)行。

4.2 設(shè)備維護(hù)和檢查

變電運(yùn)行事故是電氣工程中常見的問題，因此需要采取一系列預(yù)防和處理措施來確保變電站的安全運(yùn)行。其中，設(shè)備維護(hù)和檢查是較為重要的一環(huán)。

一是定期檢查和維護(hù)是確保變電站設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。變電站設(shè)備經(jīng)常處于高壓和高溫的環(huán)境中，長期使用后容易出現(xiàn)故障。如果不及時發(fā)現(xiàn)和處理這些故障，會導(dǎo)致設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，甚至引發(fā)變電運(yùn)行事故。因此，定期檢查和維護(hù)變電站設(shè)備較為重要。在定期檢查和維護(hù)中，需要對變電站的各種設(shè)備進(jìn)行全面的檢查，包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、電纜、絕緣子等。

二是緊急維修措施也是設(shè)備維護(hù)和檢查的重要組成部分。雖然定期檢查和維護(hù)可以減少設(shè)備故障的發(fā)生率，但是在實際運(yùn)行中，仍然會出現(xiàn)一些突發(fā)故障，需要及時進(jìn)行緊急維修。這時，需要有專業(yè)的技術(shù)人員和設(shè)備來進(jìn)行維修。在緊急維修中，需要盡快找到故障原因，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修復(fù)。如果故障比較嚴(yán)重，需要及時停電進(jìn)行修復(fù)。同時，需要制定詳細(xì)的緊急維修計劃和記錄，以便于后續(xù)的檢查和維護(hù)[5]。

5 結(jié)語

變電站在日常運(yùn)行中，電氣設(shè)備的檢修及維護(hù)對整個變電所的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。在國內(nèi)比較常見的變電站運(yùn)行事故中，例如變電站主變壓器漏油事故、蓄電池燃燒事故、SF6氣體泄漏事故、電壓互感器熔斷器熔斷事故、電纜接地事故等，均要按照變電站運(yùn)行事故處理技術(shù)的原則和程序，對變電站運(yùn)行事故產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入分析，并采取有針對性的措施就行控制，以便降低變電站運(yùn)行事故造成的影響，以及安全有效地保障人民的生命安全。