換流站直流設(shè)備故障診斷與維護(hù)技術(shù)研究

鄭景元 唐楠 郭家圳

上海市電力公司超高壓分公司 上海 200063

引言

換流站直流設(shè)備是輸電系統(tǒng)中重要的組成部分，其正常運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義。然而，由于長(zhǎng)期運(yùn)行和環(huán)境因素的影響，換流站直流設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)故障，給電力系統(tǒng)帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)直流設(shè)備故障，科學(xué)的故障診斷與維護(hù)技術(shù)是必不可少的。本研究旨在探索適用于換流站直流設(shè)備故障診斷與維護(hù)的先進(jìn)技術(shù)和方法。本研究提出的換流站直流設(shè)備故障診斷與維護(hù)技術(shù)，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。它可以提高直流設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率，降低故障發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持。

1 直流設(shè)備的基本原理和結(jié)構(gòu)

直流設(shè)備是用來(lái)實(shí)現(xiàn)直流輸電和轉(zhuǎn)換的設(shè)備，它基于直流電的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)造。以下是直流設(shè)備的基本原理和結(jié)構(gòu)。

基本原理：直流設(shè)備利用直流電的單向性質(zhì)，將電力從一個(gè)點(diǎn)輸送到另一個(gè)點(diǎn)。直流電的電壓恒定，電流方向恒定，因此直流設(shè)備具有穩(wěn)定性強(qiáng)、能量損耗小等優(yōu)點(diǎn)[1]。

結(jié)構(gòu)和組成：直流設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)包括直流輸送系統(tǒng)和直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)兩部分。

直流輸送系統(tǒng)：直流輸送系統(tǒng)由直流電源、直流導(dǎo)線和直流負(fù)載組成。直流電源通常采用直流發(fā)電機(jī)或直流變流器產(chǎn)生，可提供穩(wěn)定的直流電壓。直流導(dǎo)線用于將電力輸送到負(fù)載，通常采用直流高壓輸電線路，如換流站的直流極線。直流負(fù)載指的是直流電能的使用終端，例如工業(yè)設(shè)備、電動(dòng)機(jī)等。

直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)：直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)之間的直流電能轉(zhuǎn)化。主要包括直流-直流變換器和直流-交流變流器。直流-直流變換器通常用于將高壓直流轉(zhuǎn)換為低壓直流，或者將直流電能傳送到遠(yuǎn)距離。直流-交流變流器用于將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，實(shí)現(xiàn)與交流輸電系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

此外，直流設(shè)備還包括輔助設(shè)備，如控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，以確保直流設(shè)備的安全運(yùn)行和可靠性。總之，直流設(shè)備是一種基于直流電特性的電力傳輸和轉(zhuǎn)換設(shè)備，通過(guò)直流輸送系統(tǒng)和直流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電能的輸送和轉(zhuǎn)化。

2 換流站直流設(shè)備常見(jiàn)故障類型

2.1 電氣故障

換流站直流設(shè)備可能遇到一些常見(jiàn)的電氣故障。以下是一些可能出現(xiàn)的電氣故障。

短路故障：短路是指電流在一個(gè)相對(duì)低電阻路徑上繞過(guò)預(yù)期的電路路徑流動(dòng)。這可能由設(shè)備內(nèi)部的絕緣破損、接觸不良或絕緣子擊穿等原因引起。短路故障會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過(guò)載、跳閘以及電力系統(tǒng)的異常運(yùn)行。

過(guò)電壓故障：過(guò)電壓是指系統(tǒng)中出現(xiàn)超過(guò)正常運(yùn)行電壓的情況。這可能由雷擊、繞組故障、變壓器失效或操作錯(cuò)誤等原因引起。過(guò)電壓故障會(huì)對(duì)設(shè)備的絕緣性能造成損害，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，并可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞或燒毀。

欠電壓故障：欠電壓是指系統(tǒng)中電壓低于正常運(yùn)行范圍的情況。這可能由輸電線路故障、電源故障或負(fù)載過(guò)重等原因引起。欠電壓故障會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常工作，影響設(shè)備的性能和工作穩(wěn)定性。

接地故障：接地故障是指電流通過(guò)非預(yù)期的路徑流向地面，可能導(dǎo)致設(shè)備和系統(tǒng)的電勢(shì)不平衡。這可能由設(shè)備絕緣損壞、接地線路斷開(kāi)或接地電阻過(guò)高等原因引起。接地故障會(huì)對(duì)設(shè)備安全性造成威脅，可能導(dǎo)致人身傷害和設(shè)備損壞。

過(guò)載故障：過(guò)載是指設(shè)備或電路承載的電流超出了設(shè)計(jì)額定值。這可能由負(fù)載過(guò)重、短暫的功率突增或電源不穩(wěn)定等原因引起。過(guò)載故障會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱、繼電器動(dòng)作、保險(xiǎn)絲熔斷等問(wèn)題，影響設(shè)備的可靠性和壽命[2]。

2.2 機(jī)械故障

換流站作為直流輸電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，可能會(huì)遇到一些常見(jiàn)的機(jī)械故障。以下是一些常見(jiàn)的機(jī)械故障。

變壓器故障：變壓器是換流站的重要組成部分，常見(jiàn)的故障包括絕緣老化、內(nèi)部短路、開(kāi)路等，這些故障可能導(dǎo)致電壓異常、電流異常以及設(shè)備過(guò)熱等問(wèn)題。

開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)故障：換流站涉及大量的開(kāi)關(guān)設(shè)備，如斷路器和接地開(kāi)關(guān)等。常見(jiàn)故障包括接觸不良、觸點(diǎn)磨損、機(jī)構(gòu)卡死等，這些問(wèn)題可能導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常開(kāi)關(guān)，影響正常的電力傳輸。

絕緣子故障：換流站設(shè)備中的絕緣子用于支持高壓導(dǎo)線，并保持導(dǎo)線與支架之間的絕緣。常見(jiàn)的故障包括絕緣子破損、絕緣子污穢等，這些問(wèn)題可能導(dǎo)致漏電、擊穿等安全隱患。

電機(jī)故障：換流站中的電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備，如開(kāi)關(guān)機(jī)械、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。常見(jiàn)故障包括電機(jī)軸承磨損、電機(jī)絕緣老化等，這些問(wèn)題可能導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定或停止工作。

冷卻系統(tǒng)故障：換流站中的冷卻系統(tǒng)負(fù)責(zé)散熱，保持設(shè)備的溫度在安全范圍內(nèi)。常見(jiàn)故障包括冷卻水泵故障、散熱器堵塞等，這些問(wèn)題可能導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱，降低設(shè)備的可靠性和壽命。

2.3 控制系統(tǒng)故障

換流站直流設(shè)備的控制系統(tǒng)是確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)電力傳輸調(diào)控的關(guān)鍵部分。以下是一些常見(jiàn)的控制系統(tǒng)故障。

控制邏輯故障：控制系統(tǒng)中的邏輯電路可能存在故障，導(dǎo)致邏輯判斷出錯(cuò)或無(wú)法正常執(zhí)行指令。這可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備啟停異常、控制信號(hào)錯(cuò)誤等問(wèn)題。

通信故障：換流站控制系統(tǒng)通常與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，如監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)等。通信故障可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸失敗、監(jiān)控信息不準(zhǔn)確等問(wèn)題，影響設(shè)備的運(yùn)行和安全。

傳感器故障：控制系統(tǒng)中的各種傳感器用于采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)等信息。傳感器故障可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集異常、誤差較大等問(wèn)題，影響控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。

功率放大器故障：換流站直流設(shè)備的控制系統(tǒng)通常需要使用功率放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行器和開(kāi)關(guān)設(shè)備。功率放大器故障可能導(dǎo)致控制信號(hào)失效或輸出不穩(wěn)定，影響設(shè)備的正常操作。

控制電源故障：控制系統(tǒng)需要穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)，以保證其正常運(yùn)行。電源故障包括電源輸入不穩(wěn)定、電源模塊故障等，可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)崩潰或無(wú)法正常工作。

3 換流站直流設(shè)備維護(hù)技術(shù)

3.1 定期巡檢與預(yù)防性維護(hù)

換流站直流設(shè)備作為電力傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，需要進(jìn)行定期巡檢和預(yù)防性維護(hù)，以確保其穩(wěn)定運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命。下面是換流站直流設(shè)備維護(hù)技術(shù)的一些常見(jiàn)措施。

定期巡檢：定期對(duì)換流站直流設(shè)備進(jìn)行全面巡檢，包括外觀、連接線路、接地裝置等方面的檢查。檢查是否存在松動(dòng)、腐蝕、破損等問(wèn)題，及時(shí)糾正。

清潔維護(hù)：定期清理?yè)Q流站設(shè)備外部的灰塵和污物，確保設(shè)備散熱效果良好。對(duì)于設(shè)備內(nèi)部，應(yīng)按照設(shè)備要求進(jìn)行清潔，避免積塵、濕氣等對(duì)設(shè)備產(chǎn)生不利影響。

潤(rùn)滑維護(hù)：對(duì)于涉及機(jī)械部件的換流站直流設(shè)備，需要定期檢查潤(rùn)滑油的情況，并及時(shí)添加或更換潤(rùn)滑油。確保機(jī)械部件順暢運(yùn)轉(zhuǎn)，減少磨損和摩擦。

絕緣檢測(cè)：使用專業(yè)的絕緣電阻檢測(cè)儀器，對(duì)換流站設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行定期檢測(cè)。及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣問(wèn)題，采取合適的措施進(jìn)行處理，防止因絕緣損壞引起的故障。

零部件檢修：定期對(duì)換流站直流設(shè)備的關(guān)鍵零部件進(jìn)行檢修和更換。例如，檢查開(kāi)關(guān)、斷路器、電容器、電阻器等設(shè)備的使用情況，及時(shí)更換老化或故障的零部件[3]。

3.2 故障排除與修復(fù)

換流站直流設(shè)備的維護(hù)技術(shù)故障排除與修復(fù)涉及多個(gè)方面的工作，包括以下幾個(gè)步驟。

故障診斷與定位：當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)，首先需要進(jìn)行故障診斷和定位，確定具體故障點(diǎn)。可以通過(guò)觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、檢查相關(guān)傳感器和儀表的讀數(shù)、分析相關(guān)記錄數(shù)據(jù)等方式進(jìn)行故障排查。

故障分析與判斷：在確定故障點(diǎn)后，需要進(jìn)行故障分析，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)判斷故障原因。可以參考設(shè)備的技術(shù)文檔、操作手冊(cè)等資料，或者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，以識(shí)別故障原因。

故障修復(fù)方法選擇：根據(jù)對(duì)故障的分析和判斷，選擇合適的修復(fù)方法。修復(fù)方法可以包括更換故障部件、修復(fù)電路連接、調(diào)整控制參數(shù)等。

修復(fù)操作：根據(jù)選擇的修復(fù)方法，進(jìn)行相應(yīng)的操作，例如更換故障部件、進(jìn)行電氣接線修復(fù)、重新設(shè)置控制參數(shù)等。

故障驗(yàn)證和測(cè)試：在進(jìn)行修復(fù)后，需要進(jìn)行故障驗(yàn)證和測(cè)試，確認(rèn)故障是否被完全修復(fù)。可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行功能測(cè)試、性能測(cè)試等，以確保修復(fù)后設(shè)備正常運(yùn)行。

記錄和總結(jié)：完成故障修復(fù)后，需要對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行記錄和總結(jié)。記錄修復(fù)的細(xì)節(jié)和操作步驟，以備將來(lái)參考。同時(shí)也要總結(jié)故障發(fā)生的原因和解決辦法，以提高維護(hù)效率和減少故障發(fā)生的可能性。

需要注意的是，在進(jìn)行換流站直流設(shè)備的維護(hù)技術(shù)故障排除與修復(fù)時(shí)，應(yīng)遵守相關(guān)安全規(guī)范和操作規(guī)程，確保工作的安全可靠。同時(shí)，如果遇到無(wú)法解決的故障或者需要專業(yè)知識(shí)的支持，可以尋求廠家或相關(guān)專業(yè)人員的幫助[4]。

3.3 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估

換流站直流設(shè)備維護(hù)技術(shù)中，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題，并采取相應(yīng)的維修和保養(yǎng)措施，以確保設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估的具體方法和技術(shù)包括如下內(nèi)容。

紅外熱成像：使用紅外熱像儀對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行掃描，檢測(cè)設(shè)備是否存在異常的熱點(diǎn)，以發(fā)現(xiàn)潛在的故障或疑似故障點(diǎn)。該技術(shù)非接觸式、高效且準(zhǔn)確，可以有效地預(yù)測(cè)設(shè)備故障。

振動(dòng)分析：通過(guò)振動(dòng)傳感器對(duì)設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，以判斷設(shè)備是否存在異常振動(dòng)。異常振動(dòng)可能是由于磨損、不平衡、松動(dòng)等問(wèn)題引起的，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理這些問(wèn)題可以避免進(jìn)一步的損壞。

溫度監(jiān)測(cè)：通過(guò)安裝溫度傳感器對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部位的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。異常的溫升可能代表設(shè)備存在故障或過(guò)載等問(wèn)題，及時(shí)采取措施進(jìn)行修復(fù)，以防止設(shè)備進(jìn)一步損壞。

壓力監(jiān)測(cè)：對(duì)液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行壓力監(jiān)測(cè)，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和穩(wěn)定性。異常的壓力變化可能是由于泄漏、阻塞等問(wèn)題引起的，需要及時(shí)檢修和維護(hù)以恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)：通過(guò)對(duì)設(shè)備的電壓、電流、功率因素等電氣參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷情況。異常的電氣參數(shù)可能代表設(shè)備存在故障或不正常的工況，需要及時(shí)檢修和處理。

化學(xué)分析：對(duì)設(shè)備內(nèi)部液體或氣體中的化學(xué)成分進(jìn)行分析，以判斷設(shè)備的健康狀況和潛在問(wèn)題。化學(xué)分析可以幫助預(yù)測(cè)設(shè)備的壽命周期以及可能出現(xiàn)的故障類型，為維護(hù)計(jì)劃提供依據(jù)[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)直流設(shè)備故障診斷與維護(hù)技術(shù)的研究，可以有效地提高換流站的可靠性和穩(wěn)定性，確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行。首先，必須深入了解直流設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，掌握其故障模式和故障診斷方法。其次，還要加強(qiáng)設(shè)備的巡檢和維護(hù)工作，定期檢查設(shè)備的狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)防性的維修和更換，防止故障的發(fā)生和擴(kuò)大。換流站直流設(shè)備故障診斷與維護(hù)技術(shù)的研究對(duì)于提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性具有重要意義。需要不斷深入研究和探索，不斷完善技術(shù)手段和方法，以滿足電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的需求，保障電力供應(yīng)的可靠性和安全性。