變電設備的狀態檢修及發展趨勢

巴巖青?潘猛

摘 要：變電站電氣設備的在線檢測和故障診斷是集高電壓，測試、計算機和通信于一體的技術，是實現變電站狀態檢修中主要的支持性技術措施，必須納入變電站綜合自動化系統中，以下分述變電站電力設備的在線檢測和故障診斷的主要項目。本文主要針對變電站電力設備運行檢測與維護進行分析。

關鍵詞：變電站;電力設備;運行檢測

一般情況下，如果忽略人工操作失誤，產生電力中斷基本上有三個原因：1）在工作條件下正常磨損和老化造成的電力公司設備損壞;2）外部事故或故障造成的設備停機;3）外部影響消失產生的暫時系統擾動，如雷擊引起的線路接地故障。狀態監視主要針對由正常或暫時異常的工作條件引起的磨損和老化。采用此方法，一是它支持對設備實際狀況的評估，二是它可以清晰地預估已檢測到的問題的進一步發展以及損壞的可能性。電力系統監視在狹義上針對電網的故障和問題。因為它們通常是由保護系統來清除，而且后者也要傳送必要的數據，所以盡管該類監視還會傳送諸如線路故障位置等反映電力系統問題的診斷數據，一般仍稱之為保護監視。

一、變電站主電氣設備狀態檢測內容

1. 變壓器狀態在線檢測和故障診斷。變壓器狀態在線檢測系統是對變壓器絕緣的放電狀況進行在線檢測，以便盡早發現潛伏故障，提出預警，避免發生嚴重事故。（1）變壓器狀態在線檢測的項目有：①繞組溫度多點測量;②鐵心溫度測量;③油量、油位、油溫測量;④繞組輸入（輸出，電壓、電流、有功、無功監視;⑤絕緣分解物測定;⑥內部局部放電量檢測和位置判斷;⑦冷卻系統檢測。（2）常用的檢測方法有：①油中氣體分析法，是含油設備絕緣檢測最常用的方法之一。由于設備內部不同的故障會產生不同的氣體，通過分析油中氣體的成分、含量和相對百分比，就可達到設備絕緣診斷的目的，典型的油中氣體如H2、CO、CH4、C2H6、C2H4和C2H2等常被用作分析的特征氣體。②局部放電法，其常用的局部放電檢測方法有聲學檢測，光學檢測，化學檢測、電氣測量等。局部放電既是設備絕緣系統老化的征兆，也是造成絕緣，老化的重要機理。

③頻率響成分析法，是一種用于檢測變壓器繞組有無變形的有效方法。繞組機械位移會產生細微的電感和電容的改變，而頻率響成分析法正是通過細微的變化來達到檢測變壓器繞組狀態的目的。④油/紙的濕度檢測法。過多的含水量不僅降低絕緣強度，而且引起局部放電。同時還會導致高溫時產生發泡。

2. 電容型設備檢測和故障診斷。電容型絕緣設備包括耦合電容器、電容型電流互感器、電容型電壓互感器及主變壓器的電容型套管等。通過檢測系統顯示檢測電容型設備的三相不平衡電流、電容量及介質損耗系數，分析這些參數及其隨時間的變化趨勢，并根據與歷史的、綜合性的分析進行比較，得到檢測結果。當檢測結果超出正常范圍時發出預警，這樣可及早發現潛伏的故障，避免發生嚴重事故。

3. 高壓斷路器狀態檢測。高壓斷路器狀態檢測項目是根據多年來運行故障統計確定的，根據多項統計看，機械故障（包括操動機構及控制回路）占全部故障的70%-80%，其他滅弧、絕緣故障占有較小比例，發熱故障比例更低。因此，通常把機構故障包括操動機構控制回路故障放在檢測最重要的地位。高壓斷路器檢測項目主要有以下幾項。（1）檢測合（分）閘線圈控制回路是否完好;（2）檢測合（分）閘線圈電流、電壓，線圈的電氣完整性、連續性，反映二次系統狀態，間接反映結構運動性能;（3）檢測斷路器動觸頭運動特性，反映斷路器行程（與滅弧、絕緣性能有關）、過行程（與緩沖器性能有關）、斷路器運動速度（與滅弧性能有關）等;（4）檢測合閘彈簧機構的彈簧壓縮工作情況;5）檢測其機構部分有無卡滯、機構運動零件有無脫落、緩沖器性能及運動過程中有無非正常碰撞等。

二、變電站電力設備運行的維護

維護的任務是處理任何影響電力系統運行的故障。一次設備和控制保護設備會有故障，電力系統的設計和保護或控制系統的設計也會有各自的錯誤。這些故障和錯誤主要由以下因素引起：

（1）元件老化;（2）人員（操作或維修工作的）失誤;（3）電力系統、保護或控制系統設計的錯誤;（4）環境影響和事故，如雷暴雨，或電力供應不足。所有直接影響商業目標的故障必須盡快處理和修復，以使系統故障的損失盡可能少。這種維護稱作故障維護。如果元件的老化已知，老化部分則可以在設備整體故障前替換掉。這稱作預防維護，它可按如下不同方式實施：（5）定期維護：對用壞的部分定時地清理或替換，即維護時間是提前計劃好的。對二次設備的典型例子是電池的更換和濾塵器的清潔或更換。對復雜的一次設備，往往要在維護開始時先做診斷，以決定由使用導致的老化是否達到預期，以及是否有必要更換。這稱作檢測維護。典型的例子是更換斷路器觸頭或變壓器油。（6）預測或狀態維護：應以持續或定期的方式盡可能準確地測量設備的實際負載及其實際狀態;并基于測得結果，決定何時需要進行預防維護。預防維護的優點不僅在于可以避免故障，而且由于提前計劃可以最小化對運行的影響，即將由維護工作所引起的停電影響保持在最小范圍。狀態維護的另一個優點是免去了不必要的維護或診斷。這些工作不只費錢，而且甚至會由于維護過程期間自身的失誤造成停電。

三、變電設備檢修技術的發展趨勢

1.監視的不同層次。變電站自動化系統或任何專用的監視系統檢測著電力系統及指定的開關設備的情況。這些情況可能會要求保護或自動裝置快速地作出反應，或者要求操作人員的行動，比如對相關告警的確認。它們也會產生一些對時間要求不高的數據，用于維護和計劃。變電站自動化系統的失效會對電力系統的運行有嚴重的影響，而電網控制和管理系統的影響范圍會更大。監視系統的弱化會影響設備管理并造成至少是中期范圍的問題。應該對極易受到干擾的元件進行雙重化配置，以避免單個故障妨礙整個系統的功能。但考慮到成本和可靠切換技術的可行性，元件的冗余也應是有限的。此外，冗余設備數量的增加會造成維修增多而減少平均無故障時間（MTTF）。因此，必須認真監視所有這些系統，及時發現任何惡化情況的發生。

2.設備的自檢。每個IED都有大量的相互影響的元件。其設計應該遵照如下方法，所有元件具有很高的MTTF，而且整個布置要抗電磁干擾（EMI）。使用可靠冗余的電源將有利于IED的魯棒性。然而，自檢仍是有必要的。應該使用參考信號來監視易受老化影響的模/數轉換，采用看門狗監視運行算法的反應時間。如果用存儲器儲存數據，就要使用求和法檢測錯誤，還要監視電源的失電。不過，究竟多大比例的設備應采用自檢是一個非常學術化的問題。

3. 與中心監視系統的連接。設備或變電站自動化系統的自檢是必需的。但是如果變電站是無人值班的，就只能通過監視系統將有故障的部分系統退出運行。這樣，自檢雖為運行失誤增強了安全性，但并未提高可用性，即能在確定的時問做所要求的事情。因此，也應對這種自我監視的結果一直監視下去。對無人值守的變電站自動系統，這通常由相關的電網控制中心來執行，并由其將故障信息傳給維護人員。

參考文獻：

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