基于超高壓變電設備缺陷特征的狀態檢修提升策略

汪 鑫,王紫鑒,魏 陽

(1.國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610031；2.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著四川電網規模的擴展和藏電外送工程的建設，相當大比例的輸電線路和變電站建在了地質條件惡劣的地區。長期的重載運行、頻發的地質災害、惡劣的氣候環境以及相對分散的站址給輸變電設備的運維和檢修工作帶來巨大壓力。受電網運行方式、生產效益、人員結構、氣候環境和設備工況等多因素制約，四川電網狀態檢修發展不充分，停電相對難、運行時間增長、氣候環境影響、不良工況使故障頻發。

狀態評價體系在實踐中仍存在幾方面問題：一是部分基礎數據更新不及時、不齊全，導致生產管理系統臺賬和業務數據錄入與實際有偏差；二是評價仍依賴于人工處理，但人員素質結構性差異明顯；三是對運行狀態下狀態量采集不足，會出現“事后評價”，狀態評價準確性有待提高；四是帶電檢測數據未能有效對接評價體系，設備缺陷數據尚未有效利用[3-8]。

為尋求新策略從源頭提升狀態檢修質效，在一定程度上降低設備故障率，基于四川500 kV變電站的帶電檢測工作成果，總結帶電檢測發現的缺陷與海拔高度、負荷分布、雷擊分布、運行年限、設備類型等變量因素的特征關系，提出狀態檢修質效提升策略。從系統數據的應用、變電站設計環節、設備運行維護、設備檢測檢修方面提出建議[1-2]。

1 缺陷的區域影響規律

四川500 kV及以上變電站地域分布廣泛，面臨環境各異，因此變電站在設計類型、負荷分布、運行環境方面存在較大差異。下面將從地形、地貌、負荷分布、雷擊分布、海拔、氣候等特點進行缺陷的區域性規律闡述。

1.1 地形分布特性的影響

將帶電檢測發現的缺陷與所處海拔建立聯系,缺陷的分布有以下特征，如表1所示。

表1 缺陷與變電站海拔關系

缺陷數量隨海拔升高而遞減，但因變電站數量也有銳減趨勢，僅從數量上不能完全說明二者關系，因此通過站均缺陷數量來分析二者關系，如圖1。

圖1 缺陷與海拔趨勢關系

缺陷發生的數量隨著海拔上升而呈現遞減趨勢。分析認為在站均缺陷數量隨著海拔上升而遞減的趨勢背后，高海拔變電站站均缺陷率低與設備類型有一定關系。變電站在規劃設計階段由于充分考慮了地形因素，AIS變電站主要應用于四川中部和東部地區，HGIS和GIS應用于川西等高原地區。因此高海拔變電站主要采用的是GIS和HGIS設備，避免了其他復雜因素的影響，一定程度降低了缺陷數量。

1.2 負荷分布特性的影響

四川水電資源集中在四川西部和南部地區，而負荷集中在盆地中部的成都平原地區，如圖2所示。

缺陷統計顯示，負荷集中區域缺陷占比65%，水電集中區域缺陷占比35%。對于以水電送出為主的變電站，負荷率較重的時間區段集中在豐水期；對于以負荷供電為主的變電站，則負荷率較重的時間段集中在夏季高溫和冬季低溫時。因此在制定帶電檢測計劃時，需在豐水期前對西部變電站實施帶電檢測，在高峰負荷來臨前進行中東部變電站帶電檢測工作。

1.3 雷擊分布特性的影響

線路遭受雷擊時會產生雷擊過電壓，可能導致開關動作。這將對站內設備造成沖擊，當設備狀態不好時，會造成設備擊穿。因此須考慮雷擊對設備造成的影響，針對雷擊跳閘頻繁的變電站，盡量保證在雷雨季節到來之前開展帶電檢測工作。

四川電網雷害嚴重程度在電力系統中排名前三，涼山州、樂山、宜賓、雅安等地是輸電線路雷擊災害高發區域，山區復雜地形及高電阻率土壤給防雷工作造成了很大困難。為避免雷擊造成設備損壞，應在雷電季節到來之前，對雷擊跳閘高發的變電站進行帶電檢測，確保設備運行狀態良好。

統計四川省超高壓線路近4年雷擊跳閘次數，如圖3所示，雷擊跳閘從3月持續到10月，6—8月份最為集中，雷擊的地域分布特性如圖4所示。因此在制定帶電檢測策略時，攀西、甘孜等地區變電站的帶電檢測工作盡量在雷雨季節之前開展，以保證設備的健康狀態。

2 設備運行狀態的影響規律

2.1 設備的運行年限影響

電力設備長期運行中，缺陷會隨著服役時間而增多，這與設備的運行年限有密切聯系，各站運行年限統計如表2所示。

表2 500 kV及以變電站運行年限統計

輸變電設備的故障分布與設備的運行年限符合“浴盆曲線”規律，如圖5，曲線分3個階段：早期失效期、偶然失效期以及損耗失效期。

圖2 四川地形差異及負荷分布

圖3 每月累計雷擊跳閘次數

圖4 近4年雷擊跳閘總數

圖5 浴盆曲線

新投設備由于設計、材料、部件磨合及安裝工藝等原因，運行不穩定、故障的概率相對較高，這一階段稱作為早期失效；設備運行趨于穩定、故障率基本恒定，該階段為設備的偶然失效期；設備長時間運行帶來的老化使其故障率上升，進入損耗失效期。

統計西昌分部、雅安分部17座變電站近3年的所有缺陷數據，其與運行年限的特征如圖6所示。整體上變電設備的缺陷率隨著變電站運行年限的增長呈上升趨勢，運行時間在3年以內的變電站處于早期失效期，缺陷率反而存在較高情況；運行在5—10年間的變電站設備相對穩定，存在缺陷率相對較低的情況；運行在15年以上的變電站，處于設備老化的損耗失效期，此時缺陷率整體較高，潛在故障風險大。

圖6 設備運行年限與缺陷率關系

可根據運行年限和缺陷的特征關系，針對性地開展維護和檢修工作。狀態檢修含A、B、C、D 4種類別，其中C類檢修是設備的常規性檢查、維護和試驗；D類檢修是不停電狀態下的帶電測試、外觀檢查和維修。應加大C、D類檢修力度，同時根據變電站年限規律深化D類檢修工作。

2.2 設備的類型影響

從對各缺陷的處理及原因分析角度觀察，以GIS類局部放電缺陷為例，涉及內部結構設計合理性的缺陷僅有4.4%，剩余缺陷多為生產及安裝工藝不良所致。設備廠家的工藝工序成為評價設備質量和性能的重要因素。因此，設備選型上更應結合生產廠家，重點考慮設備質量和性能，盡量選擇設備綜合性能好、抵御環境風險能力強且適宜于四川地域環境的生產廠家和設備型號。

3 狀態檢修提升策略

從兩個方面提升狀態檢修策略:一是將主要變電設備帶電檢測項目補充至現有評價系統，缺陷以視圖方式參與到狀態評價過程；二是基于分析結果從缺陷管理、檢修檢測、設計采購、設備運維方面提出狀態檢修提升建議。

3.1 缺陷數據庫的視圖化

放電類型、放電幅值、放電圖譜是缺陷的診斷依據，發展趨勢圖譜更是故障診斷的重要參考，因此局部放電類狀態量選取要進一步細化。建議將帶電檢測按試驗數據和缺陷視圖引入評價系統，其流程如圖7所示。

圖7 帶電檢測的評價流程

缺陷數據庫的視圖化:一是將缺陷的狀態量特征圖譜與設備準確關聯;二是將時間和狀態量結合形成趨勢圖譜數據庫，在評價過程中對數據和圖譜同時調用。帶電檢測模塊的評價流程更大程度實現了設備臺賬信息、缺陷記錄、檢修記錄等評價數據的深度整合，更有利于對設備狀態做出準確判斷及合理安排檢修時間，為識別投運設備故障的識別參數提供數據支撐。

3.2 檢修檢測方面提升策略

基于設備運行年限與缺陷特征間的關系，對不同變電站檢測周期可以做相應調整，如表3所示。

帶電檢測計劃編制時考慮以下幾點：

1)在周期內按運行年限分批次地對變電站絕緣子進行檢測、劃分，結合“保電”“迎峰度夏”“迎峰度冬”合理安排檢測的變電站順序、區分檢測項目周期。

2)優先平原地區，將變電站檢測安排在對應的高負荷期間。

3)加大紅外精確測溫力度、GIS局部放電檢測頻次。重點關注GIS局部放電檢測、紅外精確測溫及紫外檢測；高頻局部放電檢測可適當減少或不做，高頻受外界干擾影響大效果不好。變壓器電抗器以油色譜在線監測及紅外測溫為主，高頻局部放電為輔；周期內按運行年限分批次對絕緣子進行檢測。

檢修方面，要重點關注運行時間在2年以下和15年以上的變電站，加強GIS專業巡視，在對一次設備進行檢修時，可重點對表4中項目進行排查和檢修。

3.3 設計及采購方面的選擇

變電站設計環節包括水文、地質、測量、土建、電力等多方面內容。拋開其他因素，地區的電力輸送需求是建站的初衷。在選址設計環節，建議考慮海拔、雷擊分布性、負荷分布、設備類型的影響。變電站本身是為了解決電力輸送問題，負荷的問題就無法規避，并不能夠通過降低負荷來減少設備缺陷數量，且負荷也是動態過程。因此在可選址的片區范圍，盡量選擇海拔較高位置，避開雷擊高發區域，優先采用室內GIS設備，采購成套生產且在運行中故障率、缺陷率較低的產品。

3.4 設備運維方面提升策略

根據變電站運行年限進行層級劃分，分別按5年以下、5—15年、15年以上劃分3個級別。缺陷率隨時間而遞增，中間存在相對穩定的運行期，因此要重點巡視5年以下、15年以上變電站設備，加強跟蹤缺陷情況及消缺力度。

除按正常巡視規程要求外，應增加或細化充氣類設備氣體壓力、泄漏，瓷瓶類設備外觀、充油類設備滲漏、金屬接觸類設備的發熱、變壓器類設備的聲

表3 變電站檢測周期調整

表4 重點關注的幾種設備及缺陷位置

級和震動的巡視；加入紅外精確測溫、紫外電暈檢測、聲級檢測、震動檢測等先進手段，及時掌握設備的狀態情況，獲得更多的評價狀態量；利用好油色譜、局部放電的在線監測，竭盡所能覆蓋設備各項指標。

將運行維護與試驗有效對接，使運行維護過程中帶電檢測、在線監測的數據與試驗數據互通，及時更新設備狀態。試驗專業做好數據收集、分析、診斷工作，及時將異常反饋給運行維護專業；加強線上帶電檢測缺陷的閉環管理，包括常規一二次缺陷、帶電檢測發現缺陷及狀態檢測案例編制等。從運行維護方面獲取更多狀態評價參考量，增加帶電檢測評分權重，將圖譜、數據均納入缺陷管理環節。

4 結 語

1)帶電檢測發現的缺陷數量隨海拔上升而下降，負荷集中區缺陷比例較大，缺陷率隨著變電站運行時間增長而升高，但存在中間的穩定運行期，選擇廠家設備時技術上應有考慮。

2)將帶電檢測按試驗數據和缺陷視圖引入狀態評價系統，形成帶電檢測數據評價流程。

3)檢修檢測周期根據變電站運行年限調整。針對缺陷位置制定高效的解體處理方案，縮小處理范圍。

4)變電站的選址在可選范圍內盡量選擇海拔較高位置，避開雷擊高發區域，優先采用室內GIS設備，采購成套生產且在運行中故障率、缺陷率較低的產品。

5)變電運維方面，將變電站按年限劃分為3類，有針對性提出巡視重點，運行維護中引入先進帶電巡檢手段，增加設備評價狀態量及評分權重，將運行維護與試驗專業深入結合，使設備狀態評價更準確。