變電站主電氣設備狀態監測和故障診斷

鄭 思，歐乃成

（1.湖南電力建設監理咨詢有限責任公司，湖南長沙 410000； 2.國網湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙 410000）

變電站主電氣設備狀態監測和故障診斷

鄭 思1，歐乃成2

（1.湖南電力建設監理咨詢有限責任公司，湖南長沙 410000； 2.國網湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙 410000）

在電力系統實際運行過程中，保障電氣設備處于正常運行工況至關重要，因此，需要對電氣設備進行狀態檢測，并采用先進的故障診斷技術，為故障處理提供依據。分析常用狀態監測和故障診斷技術，結合實例，研究電氣設備狀態監測與故障診斷的重要性及變壓器色譜在線監測系統的應用方式。

變電站；電氣設備；變壓器；檢修

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.58

0 引言

變電站電氣設備狀態檢修是由設備狀態監測以及故障診斷技術所組成的，其在實際應用中，能夠對電氣設備運行實際情況進行監測，幫助檢修人員詳細掌握電氣設備的故障發生情況，從而合理安排停電時間以及檢修計劃，保證維修工作質量。因此，對變電站電氣設備狀態檢修進行詳細探究具有十分重要的現實意義。

1 電氣設備狀態監測與故障診斷的重要性

1.1 保障電力系統運行的安全性、穩定性

在電力系統中，電氣設備是重要的組成部分，通過各類電氣設備，共同構成了電力運行系統，而各個電氣設備的運行質量也會對電力系統運行安全性和穩定性產生較大影響。由此可見，為了保證電力系統正常運行，必須加強對于電氣設備的狀態檢修管理，這樣才能夠盡快發現電氣設備故障隱患，及時消除故障問題。新時期，我國社會經濟發展迅速，對于電力資源的需求量也在逐漸增加，在電力能源供應中，如果電氣設備出現故障問題，則會對人們的正常工作和生活造成不良影響。對此，必須對電力系統電氣設備進行狀態監測和故障診斷分析，及時排查故障問題，保障電力系統的正常運行。

1.2 有利于降低成本，提高經濟效益

在市場經濟環境下，各行各業市場競爭日益激烈，電力企業也同樣如此，在電力企業生產經營過程中，至于在保證工程質量和安全性的基礎上降低成本，才能夠提升企業市場競爭力。因此，在電力系統日常運行過程中，如果忽略了對于電氣設備狀態檢修工作重要性的認識，導致設備處于不良運行工況下，就會引發各類故障問題。部分電力企業只有在電氣設備發生故障問題的情況下才會對其進行檢修，這樣不僅會造成檢修難度增加，同時也會增加檢修工作人員的勞動強度。對此，必須高度重視對于電氣設備的狀態監測管理，盡量減少人力和物力的使用，提升電力系統運行效益。

2 變電站主電氣設備狀態監測和故障診斷技術

2.1 變壓器

在電力系統中，變壓器是十分重要的電氣設備，變壓器的種類有很多種，比如沖油式變壓器、干式變壓器以及六氟化硫變壓器等等。在對變壓器進行狀態監測過程中，所用的方法也有很多種，包括紅外監測技術、超聲定位監測技術、局部放電監測技術等等。在進行變壓器檢修過程中，對于高壓套管，一般采用介質損耗因數數字化在線監測技術，而有載調壓開關的故障發生幾率較大，對此，可以采用專業的有載診斷設備，對觸點磨損情況以及電氣回路故障進行診斷分析。在變壓器狀態監測中，不僅包括上述常用技術，同時還有風扇運行監測技術、油溫監測技術、負載電流監測技術等。在對變壓器進行狀態監測時，最為關鍵的監測對象有固體絕緣、氣體絕緣、冷卻系統等，而常見故障類型包括過熱故障、放電故障、進水故障、機械故障等等。比如，在對某水電站進行設備更新改造過程中，所采用的變壓器為三相油浸變壓器，其結構密閉性比較高，因此，內部絕緣油以及絕緣介質不會與空氣產生直接接觸，在實際運行狀態下，不需要進行換油操作，因此，設備使用壽命較長，這一變壓器形式注意杯應用于農村配電中。但是，需要注意的是，該設備在實際運行過程中，容易受到外界環境溫度因素的影響，導致變壓器出現滲漏油的現象，這樣就會對變壓器繼電器造成誤動影響。

2.2 電容性設備

電容性設備指的是互感器設備，在這類設備狀態監測和故障診斷中，常用的方法有紅外檢測法、離線監測法、停電預試法等等。在對電容性設備進行狀態監測時，可以采用信息檢出、數據采集、信息傳遞以及信息處理等步驟，通過上述狀態監測步驟，能夠對設備進行綜合診斷分析，然后結合所得結果對設備采取有效的維修技術。另外，如果采用停電預試驗技術，則需要與主設備進行有效結合，并且在電力線路停電狀態下進行監測，通過監測，發現電容性設備的故障隱患問題，然后再根據設備故障的嚴重程度，判斷是否需要進行停電檢修。

2.3 高壓配電柜

在變電站中，高壓配電柜也是一種常用設備，可以采用以下方法對高壓配電柜進行狀態監測和故障診斷。

（1）機械特性監測，這一監測對象合閘、分閘電壓、電流、斷路器觸頭形成、彈簧狀態、和斷路器動作等。

（2）電氣性能在線監測技術，這一監測技術的應用對象包括滅弧室真空度、斷路器開關電流加權值等。在實際監測過程中，在不同開斷電流下，可以獲得不同的等效磨損曲線，而每臺斷路器的允許磨損總量是由額定短路開關電流所決定的，因此，可以通過累計觸頭磨損量，對電氣設備用電壽命進行判斷。

（3）徑向基函數網絡理論監測技術，這一監測技術在實際應用中，能夠將健康振動信號和斷路器實際振動信號波峰幅值之差形成的殘差以及沖擊事件發生的時間作為斷路器故障診斷的特征參數，并依次為依據，檢查斷路器的運行情況。

（4）目前，一種改進的真空斷路器電壽命在線監測技術逐漸完善，期在實際應用中，能夠綜合考慮設備開斷過程以及燃弧時間，因此監測所得結果準確性比較高，同時還能夠有效反映出不同相的電磨損情況。在高壓配電柜實際運行過程中，如果產生局部放電，則會產生一定的電磁波，通過開關柜，能夠實現電磁波傳播，這樣就會在開關柜的箱體上形成暫態對地電壓（TEA），在這種情況下，可以通過電容耦合傳感器檢測TEA，進而對高壓開關柜的故障發生情況進行判斷，如圖1所示。

圖1 局部放電檢測診斷方法

3 狀態監測和故障診斷實例

3.1 MGA2000-6H色譜在線監測系統

寧波理工監測科技股份有限公司生產的MGA2000-6H系列變壓器色譜在線監測系統，其技術原理為氣相色譜檢測原理。這一檢測技術的應用方式為：在內置一體式油泵的作用下，變壓器油產生油氣分離現象，通過毛細管萃取，能夠分理出其中的溶解氣體，然后再經過油氣分離后，變壓器油即可再次流入變壓器油箱中，而萃取所得溶解氣體則可以在內置微型氣泵的作用下進入定量管，在載氣的作用下，溶解氣體即可進入色譜柱，通過檢測器，可以對色譜柱中的組分氣體進行監測，并將其轉換為電壓信號。通過色譜數據采集器，能夠將氣體濃度電壓量通過RS485傳遞至數據處理器中，通過數據處理器，可以對標定數據進行定量分析，然后對不同溶解氣體的組分以及增長率進行計算，最后，通過故障診斷專家系統，對變壓器故障發生情況進行總結和分析。

3.2 MGA2000-6H色譜在線監測系統應用及結果

某變電站共安裝12臺MGA2000-6H色譜在線監測系統，配備1套數據服務器，通過應用RS485總線，能夠實現數據通信，監測系統設備安裝情況如圖2所示。

通過應用MGA2000-6H系統，能夠及時采集監測數據，通過數據處理服務器，能夠將神經網絡的故障診斷技術與三比值法進行有效結合，同時，還可以根據色譜數據對變壓器故障發生情況進行分析。根據時間研究發現，這一故障監測方法的故障分

圖2 MGA2000-66H型變壓器色譜在線監測系統結構

析準確率較高。在該變電站投入運行后，通過現場檢查發現，2#主變A相、4#電抗器A相、5#電抗器B相均出現了不同程度的C2H2以及H2超標情況，具體數據如圖3所示。通過對圖3數據以及離線數據進行比較分析發現，在該系統投入運行半年時間內，系統運行穩定性比較高，根據對故障進行監測，并對線、離線數據以及5#電抗器加強監督管理，有利于以此為依據，提出相應的故障防范對策。另外，通過對該變電站2#主變A相、4#電抗器A相、5#電抗器B相進行監測分析發現，C2H2以及H2超標嚴重，并且達到一級報警水平，通過對系統進行診斷分析發現，設備內部存在低能量放電現象，符合新投運設備運行特征，目前烴類氣體組分含量基本穩定。

圖3 監測數據

4 結語

電力系統運行過程中，電氣設備狀態監測以及故障診斷至關重要，只有保證電氣設備的正常運行，才能夠保障電力系統正常供電。對此，本文主要對變壓器、電容性設備以及高壓配電柜的狀態監測以及故障診斷技術進行了分析，并且以變壓器為研究對象，對設備狀態監測和故障診斷技術的應用方式進行詳細探究。根據本文分析課件，通過加強電氣設備狀態檢修，有利于及時發現故障問題，并采取有效的治理措施，保障電力系統安全穩定的運行。

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〔編輯 凌 瑞〕