不同電壓等級下變電站設備故障記錄系統的開發

趙星云 李奕欣 冉明皓

（1 國網天津市電力公司高壓分公司 天津 300000 2 國網天津市電力公司城東供電分公司 天津 300000 3 廣西大學電氣工程學院 廣西南寧 530004）

0 引言

變電站是電力系統中變換電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調整電壓的電氣設施。在電力系統中，變電站是輸電和配電的集結點［1］。可以按照在電力系統的地位和作用、布置方式或電壓等級等分成多種變電站，如圖1 所示。隨著電力系統的發展，變電站設備也更為復雜，出現故障第一時間往往較難掌握問題的關鍵，因此變電站的故障數據庫也應進行進一步的完善，需要建立一個故障情況的記錄系統，以便于工作人員的使用和維修［2］。

圖1 變電站類型

針對變電站的故障情況，目前已有一些文章對設備的故障種類、原因等方面做出了詳細的分類和整理，我們也對這方面做出過相關的研究，如文獻［2］和文獻［3］，已有較為完整的體系，本文將不再進行贅述。但是我們發現這些文章往往只針對某一電壓等級進行分析，缺少對不同電壓等級下的對比研究。本文針對不同電壓等級下的一次設備故障，以110 kV 與220 kV 變電站為例，重點從故障的種類、原因和處理措施等方面入手，將兩種電壓等級下的故障情況做有效化整合，找出設備面對相似故障情況下的異同點，并以此為基礎開發出一款基于不同電壓等級的變電站故障記錄系統，用于工作人員對變電站不同電壓等級下的故障情況工作記錄，便于其對設備故障做分析整理的工作，提高變電站設備安全運行壽命。

1 110 kV 變電站設備故障與防范措施

110 kV 的變電站主要由主變壓器、110 kV 設備區、35 kV設備區、10 kV 高壓室和主控樓等部分組成［4］。目前110 kV 變電站上電源廣泛采用三電源，即：出自于某1 座220 kV 變電站的110 kV 不同母線給站內“兩邊母線”供電；以及出自于另1 座220 kV 變電站的110 kV 母線給站內“中間母線”供電。針對110 kV 變電站的故障情況我們也做了簡單的分析，如表1所示。

表1 110 kV 變電站故障情況與防范措施

1.1 母線絕緣擊穿

某變電站出現了一起母線全停事故，經現場檢查后發現是由于某10 kV 系統頻發接地故障而產生的諧振過電壓導致一號母線電壓互感器的三相保險熔斷。本次事故應警惕所轄部門和運檢部門，在發生系統頻接地信號后，應及時做出處理，避免對站內設備產生進一步的短路沖擊。對頻發接地故障的線路可增設小電流保護，及時指示出單相接地故障的線路。

除此之外，在拉開斷路器切除接地故障時，由于系統參數會突變，有可能激發鐵磁諧振，使得電壓互感器出現勵磁涌流，從而發生絕緣擊穿。如果在停送電操作過程中發現鐵磁諧振，可將1～2 條有負荷的配電線路投入運行，以破壞鐵磁諧振發生條件，防止鐵磁諧振持續產生［5］。

1.2 主變差動保護

變壓器的差動保護是變壓器的主保護之一，按循環電流原理裝設的。主要用來保護變壓器繞組內部及其引出線上發生的各種相間短路故障，一般為速斷，也可以根據要求設置延時或報警［6］。某110 kV 變電站出現主變開關跳閘事件，檢查后發現由于主變高壓側閘刀對地放電使變壓器差動保護動作。為防范此次事故再次發生，變電站工作人員應加強設備的監測工作，使用超聲波在線監測、暫態地電壓監測等技術對設備進行排障，防止類似故障再次出現。

1.3 電纜接頭故障

某變電站出現零序過流保護動作，經現場檢查發現在某段電纜的中間接頭處出現擊穿現象。中間接頭是一節用于各種電壓等級的交聯電纜，作用是為了保證接頭處的絕緣等級。中間接頭外觀無異常，按照圖2 所示順序進行解刨操作，解刨后發現故障點是電纜阻水緩沖層的斷口位置。

圖2 解刨操作流程

分析擊穿的原因認為是在安裝處理中間接頭的阻水緩沖層時，使用美工刀對其進行了輕微的劃傷，且在檢查過程中不仔細，沒有環繞檢查中間接頭是否完好，使其帶缺陷運行。

1.4 GIS 氣室氣體泄漏

變電站GIS 設備，即封閉式氣體絕緣組合電器是將多種變電設備，如斷路器、互感器等統一封閉在充SF6 氣體的金屬體中。某110 kV 的變電站GIS 設備出現了SF6 泄漏的情況，這次事故是因為氣室與母線伸縮節的法蘭連接處出現了泄漏。經現場檢查發現，在初始安裝緊固螺栓時未壓緊，出現了間隙，導致后續法蘭安裝時軸心高度不一致，對接后的密封圈出現了擠壓變形，影響了密封效果。

2 220 kV 變電站設備故障與防范措施

220 kV 的變電站主要設備有主控室、變壓器、220 kV 設備區、110 kV 設備區，還有防雷裝置等。在變電站中，生產電能的如發電機和電動機、變換電能的如變壓器、接通和開斷的開關電器以及各類限制保護過電流的電抗器和避雷器等裝置均為一次設備。一次設備的安全運行是保證整個電力系統正常運轉的必要條件，但往往很難保障其在長期運行狀態下依舊不發生故障情況，所以如何及時對判別故障類型和及時維修是本文著重探討的重點。針對220 kV 的變電站故障情況，我們做了表2 進行討論，并針對每種事故的現場檢查進行說明，以便于工作人員在管理系統中記錄大致情況。

表2 220 kV 變電站故障情況與防范措施

2.1 主變壓器跳閘

某變電站出現變壓器跳閘，經初步調查確定事故原因為小動物誤入主變壓器，刀閘C 相對其放電，造成單相接地故障，隨后另外A、B 兩相電壓升高，A 相絕緣薄弱點發生擊穿，最終導致相間短路。此次事故應該注意到變電站對小動物的防范措施不到位，應該開展專項活動重點加強一次設備的防小動物措施，做好各類屏柜的封堵防治。除此之外，還要進行老舊設備的及時更換和重點防控，避免因外界因素導致線路絕緣薄弱點被擊穿這種類似情況的出現，并且應用紅外診斷、非接觸式測溫等手段實時監控系統，便于及時發現問題，避免事故的進一步惡化。

2.2 斷路器故障

常見的斷路器故障分為拒動、誤動、運行聲音異常、異常跳閘等。某220 kV 變電站出現此次事故主要是由于雷雨季節下，雷擊較多，電壓互感器柜內的金屬氧化物避雷器在長期處于過電壓的情況下，絕緣發生擊穿，導致母線失壓。這次斷路器故障提示我們在特殊天氣下，應加強對電力系統的巡視，重點對避雷器外套、泄露電流表、接地裝置進行檢查和維護。此外，針對避雷器的選擇是否合理，在環境干擾下是否需要對其進行升級改造。

2.3 GIS 設備氣體泄漏

某220 kV 變電站發生GIS 設備泄漏后，工作人員進行了解體檢查，發現絕緣子開裂。為準確判斷原因，進行了如圖3的系列檢查，最終確定事故泄漏的原因是由于廠家生產制作的盆式絕緣子采用了新型的防雨帽技術取代了之前的工藝，但是忽略了一些特殊位置的密封問題，導致絕緣子積水。且裝配過程中記錄不完整，可能未嚴格按照技術要求執行，最終導致GIS 設備的氣體泄露。

圖3 GIS 設備解體檢查流程圖

這次事故說明工作人員對設備元件的采購監管不到位，由于產品本身的質量問題導致出現氣體泄漏。首先應安排廠家對廠內其他設備進行排查，把不合格的設備進行更換或升級，同時注意完善器件裝配過程的記錄。必要時，額外對關鍵部位進行廠內打膠等防水措施。

3 軟件開發

該故障記錄系統是基于VB6.0 的開發環境，旨在設計一款可以幫助工作人員記錄不同電壓等級下的變電站一次設備故障情況。該系統主要有故障工作記錄和查詢的功能，不僅可以便于工作人員日常執勤工作，及時做出正確的切除行動，還能增加其對以往故障的處理經驗，加強后續對變電站設備的管理和維護。

打開該系統，彈出界面如圖4 所示，點擊登錄后，輸入預設好的用戶名和密碼即可進入該系統，如圖5 所示。

圖4 系統初始界面

圖5 登錄界面

進入系統后界面如圖6 所示，系統界面分為左右兩部分。當工作人員需要記錄某次設備的故障情況時，只需點擊“新建工作記錄”，按照提示窗口，依次填入日期、類別、故障內容、原因等。除此之外，工作人員還可添加現場圖片到該系統中，以完善對該次故障的記錄。

圖6 工作記錄管理界面

本系統也具有查詢故障的功能，無論是對以往故障情況的修改或是查詢當時的處理情況，都可通過該查詢功能實現。只需輸入日期或者其他關鍵詞進行模糊查詢，在右側的工作記錄就會出現相關的工作記錄。雙擊該工作記錄，可以詳細查看之前記錄的工作內容，進行后續的修改，如圖7 所示。

圖7 工作情況記錄界面

當工作人員發現變電站出現故障時，可以先使用該系統進行類似故障的查詢。若存在類似故障的記錄，通過對之前記錄故障的判斷和學習，可以減少維修的工作量。其次，由于該系統分別記錄了110 kV 與220 kV 變電站的故障情況，工作人員亦可使用該系統進行設備故障的更深入的學習和認識。通過對比分析兩種電壓等級下的故障內容，判斷出同種故障類型，設備故障現象、故障原因以及處理措施有何異同點。

假設變電站目前發生了1 起GIS 設備的氣體泄漏事故，通過查詢系統故障，分別查詢到如圖8 和圖9 所示的故障記錄情況。

圖8 110 kV 變電站GIS 設備故障記錄

圖9 220 kV 變電站GIS 設備故障記錄

兩次故障均為GIS 設備氣體泄漏，兩起事故的相同點都是由于設備自身或安裝時出現了問題，導致裝置密封性出現了問題。其中110 kV 變電站的GIS 設備是由于安裝時工藝流程未按要求操作，導致出現錯位，最終發生了事故，而220 kV變電站則是由于絕緣子安裝孔積水問題造成事故發生。

通過該系統對故障內容的描述，工作人員可立即確定故障的類型，這也是在進行查詢時主要的查詢關鍵詞。而故障原因和位置則重點闡述了該次故障的具體起因，也是對同一故障種類下不同故障原因的具體區分。通過大類判別再進行具體的故障學習，有助于工作人員掌握同類故障處理的方法。關于處理措施的描述不僅包含對該次故障的維修方法，而且給出了一些未來設備運行的建議，幫助工作人員完成設備檢修后及時對同類故障做出防范措施，避免類似情況的再次發生。

總而言之，該系統通過分別記錄兩種電壓等級的故障，對故障內容進行分類查詢，工作人員在學習時，有助于其對相同故障對照分類學習，加深印象，并且對后續設備保養問題也做出了一定的指導建議，學習過程較為完善，可幫助工作人員形成完整的知識體系。

4 結論

本文分析了110 kV 及220 kV 下變電站的一次設備故障，通過使用VB6.0 軟件開發了一款變電站故障記錄的軟件系統，可脫離于原開發環境，直接在Windows 環境中使用，方便工作人員的操作。該系統將各類故障情況進行了歸納和總結，對比分析了不同電壓等級下各類設備故障的原因和現象，并給出了維修方法和處理措施等。該軟件有助于工作人員對變電站實際故障的檢修和維護，更可直接利用于變電站工作人員的工作記錄，增加工作人員對故障檢修的經驗，還可查詢之前記錄的故障檢修情況以更好的處理突發的設備故障。