變電運(yùn)維設(shè)備故障處理措施

周東旭

（北京地鐵科技發(fā)展有限公司，北京 100160）

0 引 言

變電站是電力工程輸變電系統(tǒng)的重要組成部分，直接決定著電力系統(tǒng)運(yùn)行工作的質(zhì)量。現(xiàn)階段，變電站基本普及了自動(dòng)化控制，從根本上提高了各類(lèi)設(shè)備的精密化程度。該背景下，變電設(shè)備運(yùn)維遇到了極大的挑戰(zhàn)，變電設(shè)備故障頻發(fā)，使供電質(zhì)量和安全性受到嚴(yán)重威脅，加強(qiáng)對(duì)變電運(yùn)維設(shè)備故障的預(yù)防尤為重要。

1 變電站運(yùn)維設(shè)備常見(jiàn)故障原因

1.1 變電站運(yùn)維設(shè)備陳舊老化

當(dāng)前供電需求量不斷提高，增加了整個(gè)電力系統(tǒng)的壓力。由于變電運(yùn)維設(shè)備的成本都比較高，使用年限一般都比較長(zhǎng)，大多數(shù)情況下不會(huì)輕易更換。在此背景下，變電運(yùn)維設(shè)備就會(huì)面臨運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、負(fù)載壓力大等問(wèn)題，極易引發(fā)設(shè)備老化等故障，對(duì)輸送電的速度和質(zhì)量造成影響，甚至直接威脅工作人員的生命安全。很多變電設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)面臨超負(fù)荷運(yùn)載的情況，加重了變電設(shè)備損耗的現(xiàn)象，引發(fā)停電跳閘等故障，加大了變電站運(yùn)維管理工作的難度。

1.2 運(yùn)維人員操作不規(guī)范

除了設(shè)備運(yùn)維管理與檢修不及時(shí)，運(yùn)維人員操作不當(dāng)也會(huì)引發(fā)故障。對(duì)于種類(lèi)多樣且不容易操作的設(shè)備，如果運(yùn)維人員的操作不符合規(guī)范或者在決策方面出現(xiàn)失誤，都會(huì)直接引發(fā)設(shè)備運(yùn)行安全問(wèn)題，甚至?xí)?duì)運(yùn)維人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅，給電力企業(yè)造成無(wú)法彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失。

2 變電運(yùn)維設(shè)備常見(jiàn)故障

2.1 一般故障

變電運(yùn)維設(shè)備中比較常見(jiàn)的故障有電壓互感器（Potential Transformer，PT）熔斷、系統(tǒng)接地故障等。如果變電運(yùn)維設(shè)備在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)安全問(wèn)題，為確保三相平衡，電流較小的接地設(shè)備會(huì)和母線(xiàn)中的輔線(xiàn)開(kāi)口主動(dòng)連接。如果輔線(xiàn)開(kāi)口位置的電壓值為0 V，此時(shí)變電運(yùn)維設(shè)備就會(huì)發(fā)出警報(bào)。需要注意的是，僅憑警報(bào)難以找出故障位置，還要結(jié)合多方面因素實(shí)施下一步的排查檢修。

2.2 跳閘故障

開(kāi)關(guān)跳閘和線(xiàn)路跳閘是主要的跳閘故障。開(kāi)關(guān)跳閘包括主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)跳閘和主變低壓側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘。引發(fā)變電設(shè)備跳閘故障的主要因素有開(kāi)關(guān)保護(hù)誤動(dòng)作、越級(jí)跳閘、母線(xiàn)接觸不良等。一旦變電運(yùn)維設(shè)備發(fā)生跳閘現(xiàn)象，要第一時(shí)間找出跳閘原因并進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際情況實(shí)施合閘動(dòng)作。該過(guò)程不能強(qiáng)行合閘，若是強(qiáng)行合閘，則會(huì)給變電設(shè)備帶來(lái)雙重傷害[1]。

2.3 倒閘操作不恰當(dāng)

倒閘操作是變電運(yùn)維操作中極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，電力部門(mén)工作人員在進(jìn)行倒閘操作前要確保安裝的電氣設(shè)備正確、穩(wěn)定，這直接影響倒閘操作時(shí)是否可以準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換到指定狀態(tài)。實(shí)際操作中，一旦倒閘操作有誤，直接影響整個(gè)電源系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)l(fā)安全事故。例如，繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置的投切不匹配，此時(shí)進(jìn)行倒閘會(huì)引發(fā)電路瞬間短路。

2.4 電壓互感器故障

電力系統(tǒng)中，電壓互感器的作用是依據(jù)變電需求對(duì)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。電壓互感器具有十分重要的作用，不僅關(guān)系變電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還關(guān)系作業(yè)人員的生命安全。在變電系統(tǒng)運(yùn)行中，如果互感器發(fā)生故障，其鐵芯會(huì)快速飽和，無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電感量。飽和狀態(tài)下，互感器鐵芯的電感抗會(huì)無(wú)限接近于對(duì)地容抗，造成鐵磁諧振，導(dǎo)致電壓升高。飽和的互感器長(zhǎng)期處于高壓下，會(huì)增加內(nèi)部鐵芯的磁通壓力，導(dǎo)致互感器損壞。

3 案例分析

3.1 事故前運(yùn)行方式

某220 kV 變電站中，220 kV、66 kV 接線(xiàn)方式均為雙母線(xiàn)帶旁路母線(xiàn)。220 kV 南、北母線(xiàn)經(jīng)220 kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)并列運(yùn)行，旁路母線(xiàn)及旁路開(kāi)關(guān)備用，66 kV南、北母線(xiàn)并列運(yùn)行，旁路母線(xiàn)及旁路開(kāi)關(guān)備用，1號(hào)、2 號(hào)主變并列運(yùn)行。

3.2 案例事故發(fā)生過(guò)程

事故發(fā)生時(shí)，正在開(kāi)展220 kV旁路轉(zhuǎn)帶A線(xiàn)操作，220 kV 旁路開(kāi)關(guān)處于分閘位置，運(yùn)維人員在A 線(xiàn)1號(hào)保護(hù)屏將保護(hù)裝置停用，然后把保護(hù)裝置的電流回路由線(xiàn)路側(cè)切換至旁路側(cè)。此時(shí)，旁路電流回路需要在1 號(hào)主變2 號(hào)保護(hù)屏、B 線(xiàn)保護(hù)屏以及C 線(xiàn)保護(hù)屏處分別短接，運(yùn)維人員在1 號(hào)主變2 號(hào)保護(hù)屏處取下旁路電流短接片過(guò)程中，誤碰其保護(hù)側(cè)電流切換端子回路，導(dǎo)致保護(hù)裝置C 相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，跳開(kāi)主變兩側(cè)開(kāi)關(guān)，1 號(hào)保護(hù)無(wú)動(dòng)作信息。

3.3 案例事故原因調(diào)查

3.3.1 保護(hù)動(dòng)作情況

1 號(hào)主變的2 號(hào)保護(hù)電流錄波見(jiàn)圖1。

圖1 1 號(hào)主變的2 號(hào)保護(hù)電流錄波

保護(hù)動(dòng)作報(bào)文顯示C相差動(dòng)保護(hù)15 ms動(dòng)作出口，C 相差動(dòng)電流為0.79 A，大于保護(hù)定值0.62 A。

3.3.2 模擬事故干擾電流

對(duì)1 號(hào)主變的2 號(hào)保護(hù)進(jìn)行全部試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格，排除保護(hù)裝置本身事故。調(diào)取監(jiān)控錄像，證實(shí)運(yùn)維人員在操作電流切換連片時(shí)，1 號(hào)主變的2 號(hào)保護(hù)裝置發(fā)生差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。試驗(yàn)人員模擬事故時(shí)的狀態(tài)，旁路開(kāi)關(guān)在分閘位置，在1 號(hào)主變的2 號(hào)保護(hù)屏處，模擬旁路間隔側(cè)電流切換片觸碰1 號(hào)主變的2 號(hào)保護(hù)裝置的電流切換片，保護(hù)裝置顯示有0.85 A電流，投入主變差動(dòng)保護(hù)壓板，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。初步判斷操作切換片時(shí)將外部電流引入主變保護(hù)裝置，致使保護(hù)動(dòng)作。

3.3.3 干擾電流產(chǎn)生原因

經(jīng)過(guò)檢查，2 號(hào)主變保護(hù)的電纜回路無(wú)寄生回路，主控室內(nèi)等電位接地網(wǎng)銅排在電纜溝入口處接地良好。旁路間隔電流回路接入端子箱殼體主接地網(wǎng)，其電纜外層屏蔽線(xiàn)接入端子箱等電位接地網(wǎng)銅排，220 kV旁路端子箱處主接地網(wǎng)銅排與等電位接地網(wǎng)未連接，兩者之間的壓差超過(guò)1.2 V，旁路電流回路與主變電流回路之間誤碰形成電流回路，由此產(chǎn)生干擾電流，如圖2 所示。

圖2 干擾電流的產(chǎn)生原理

3.3.4 干擾電流測(cè)量與監(jiān)測(cè)

將1 號(hào)主變2 號(hào)保護(hù)屏內(nèi)的分支電流與主變保護(hù)高壓側(cè)A、B、C 相電流切換端子分別短接，保護(hù)裝置分別顯示IhIa=0.78 A、IhIb=0.55 A、IhIc=0.78 A。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主變高壓側(cè)電流和旁路切換電流進(jìn)行24 h 監(jiān)測(cè)與記錄，頻率為每3 h一次，最大干擾電流為1.95 A，此時(shí)風(fēng)電A 線(xiàn)、風(fēng)電B 線(xiàn)2 條220 kV 線(xiàn)路上送負(fù)荷達(dá)到300 MW。綜合分析，干擾電流與時(shí)間、溫度以及天氣等影響無(wú)明顯關(guān)聯(lián)，與系統(tǒng)潮流存在一定線(xiàn)性關(guān)聯(lián)。

3.3.5 主接地網(wǎng)與等電位接地短接試驗(yàn)

通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析，證明2 個(gè)接地點(diǎn)之間存在電位差，導(dǎo)致旁路電流回路與主變差動(dòng)電流回路碰觸時(shí)形成回路，產(chǎn)生干擾電流。在220 kV 旁路端子箱處將主接地網(wǎng)與等電位接地網(wǎng)銅排可靠短接，室內(nèi)1 號(hào)主變2 號(hào)保護(hù)屏處測(cè)得感應(yīng)電流由0.78 A 降為0.12 A。

3.4 事故引發(fā)的思考與對(duì)策

運(yùn)維人員在取下旁路電流連片時(shí)誤碰到主變保護(hù)裝置電流連片導(dǎo)致干擾電流進(jìn)入主變保護(hù)裝置，是本次事故的誘因。針對(duì)此問(wèn)題，可以定制電流連片專(zhuān)用隔離罩或絕緣防護(hù)套來(lái)預(yù)防此類(lèi)誤碰事件的發(fā)生[2]。

旁路間隔公用電流回路沒(méi)有在旁路保護(hù)屏處唯一短接，而是在各間隔保護(hù)屏上分別短接，存在多地點(diǎn)操作誤碰隱患，是本次事故的間接原因。針對(duì)此問(wèn)題，確保旁路間隔公用電流回路直接在旁路保護(hù)屏處一點(diǎn)短接，其他間隔側(cè)旁路切換電流連片均做開(kāi)路處理，可以提高操作效率，降低操作風(fēng)險(xiǎn)。

220 kV 旁路端子箱殼體沒(méi)有與等電位接地網(wǎng)可靠連接，導(dǎo)致二者之間的不平衡電壓進(jìn)入二次系統(tǒng)，通過(guò)主變電流回路與旁路電流回路形成回路，進(jìn)而導(dǎo)致干擾電流流入主變保護(hù)裝置，是本次事故的主要原因。《國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》（2018 修訂版）要求“在主控室、保護(hù)室、配電室、敷設(shè)二次電纜的溝道、開(kāi)關(guān)廠的就地端子箱及保護(hù)用結(jié)合濾波器等處，應(yīng)使用截面不小于100 mm2的裸銅排（纜）敷設(shè)與主接地網(wǎng)緊密連接的等電位接地網(wǎng)”。建議運(yùn)維單位在變電站新建、改擴(kuò)建工程驗(yàn)收時(shí)，嚴(yán)格檢查等電位接地網(wǎng)和主接地網(wǎng)的連接情況，確保二者可靠連接，并對(duì)在運(yùn)變電站的同類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行核查。

4 變電運(yùn)維設(shè)備故障處理措施的優(yōu)化

4.1 一般故障處理優(yōu)化

變電設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)的故障有線(xiàn)路故障、高溫保險(xiǎn)絲熔斷、線(xiàn)路諧振以及線(xiàn)路接地。運(yùn)維人員要認(rèn)真分析現(xiàn)場(chǎng)故障的具體狀況，針對(duì)性地給出解決措施。如果高溫保險(xiǎn)絲發(fā)生熔斷問(wèn)題，工作人員要觀察零值，作為斷定高溫保險(xiǎn)絲熔斷的依據(jù)。線(xiàn)路發(fā)生斷線(xiàn)故障，如果只有一相電壓升高，另兩相電壓處于降低狀態(tài)，就能判斷是線(xiàn)路發(fā)生了斷線(xiàn)故障；如果一相電壓的值是零或基本沒(méi)有電壓，另兩相電壓比線(xiàn)電壓值低且略高于同相電壓，就能判斷線(xiàn)路發(fā)生了接地故障。

當(dāng)變電站運(yùn)維設(shè)備發(fā)生上述問(wèn)題，運(yùn)維人員要基于安全維修原則及時(shí)進(jìn)行故障排查。維修后還要定期巡查線(xiàn)路，為以后的運(yùn)維提供幫助[3]。

4.2 完善變電運(yùn)維設(shè)備安全管理機(jī)制

變電運(yùn)維設(shè)備的故障會(huì)阻礙變電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重?fù)p害電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，嚴(yán)重時(shí)直接威脅人們的生命安全，因此要重視變電設(shè)備管理過(guò)程中安全管理機(jī)制的完善性和規(guī)范性，定期對(duì)管理人員進(jìn)行安全規(guī)范教育，提高管理人員的安全責(zé)任意識(shí)。電力企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)管理人員的安全教育培訓(xùn)，可以通過(guò)在單位內(nèi)張貼安全標(biāo)語(yǔ)時(shí)刻提醒管理人員，也可以和兄弟單位舉行安全管理交流會(huì)，相互借鑒。此外，提高管理人員的綜合素質(zhì)，掌握安全用電的重要性，減少由于意識(shí)不足導(dǎo)致的變電運(yùn)維設(shè)備故障[4,5]。

4.3 組建一支精良的高素質(zhì)運(yùn)行設(shè)備維護(hù)隊(duì)伍

變電運(yùn)維設(shè)備的工作人員要扎實(shí)地掌握設(shè)備維護(hù)技術(shù)，提高自身專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，以便更好地開(kāi)展變電設(shè)備維護(hù)工作。同時(shí)，電力企業(yè)要擴(kuò)大運(yùn)維隊(duì)伍，招聘專(zhuān)業(yè)的運(yùn)維人員對(duì)變電運(yùn)維設(shè)備定期進(jìn)行維護(hù)，借助專(zhuān)業(yè)的維護(hù)知識(shí)來(lái)維持變電運(yùn)行設(shè)備的性能，從而促進(jìn)變電設(shè)備運(yùn)行效率的提升。

5 結(jié) 論

電流回路接地對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)安全運(yùn)行會(huì)造成直接影響，因此要嚴(yán)格落實(shí)《國(guó)家電網(wǎng)有限公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》有關(guān)電流接地的要求，加強(qiáng)竣工驗(yàn)收、差流日常巡查以及記錄比對(duì)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)差流異常情況并查明原因、快速改正，從而確保變電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。