電氣一次設備狀態檢修應用分析

國網冀北電力有限公司唐山供電公司 霍衛衛

隨著我國經濟的不斷發展，電力資源的需求量日益趨增，我國電力建設事業同樣呈現出了快速發展的態勢。變電站一次設備檢測與維護是一項基礎且必要的項目，同時也可看作是對變電站供電過程中運行是否達標、成本是否可控，以及工期是否合理等多目標綜合性工程。從安全穩定性角度來看，一次設備在變電站中起著至關重要的作用。

1 110kV變電站一次設備狀態檢修基本情況

1.1 項目背景

本項目110kV變電站是L地區智能變電站，該變電站從修建到運行至今已長達10年。目前，該變電站內部一共配備了10臺發電機組，卻因受到變電器、GIS等一次設備的故障影響，導致目前的發電量嚴重下降，從而難以維持當地居民生產、生活需要。因此，為能夠有效解決該問題，需要對該變電站存在的一次設備故障問題進行優化改善，從而確保變電站能夠維持正常運轉。

1.2 設備概況

本項目110kV變電站可以分為：變壓器、斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器、接地開關以及GIS設備等。其中，GIS設備能夠將110kV變電站中，除了變壓器之外的其他一次設備進行合理的空間配置，從而形成封閉式的組合電器。正因為該設備具有占地面積小、重量輕、成本低、不易受外界環境干擾、運行可靠性高等特點，所以GIS設備才成為目前電力行業的主要電氣設備。

1.3 檢修流程

針對110kV變電站一次設備故障檢修過程中，發現了不同類型的一次設備在檢修的過程中存在著一定的差異。如A工廠所生產的一次設備，只有變壓器、斷路器等暴露在外面，如果不借助相應的工具，難以對其內部進行深入檢修；B工廠所生產的一次設備，沒有自帶獨立的通信管理機，所以運維人員在檢修過程中，需要對以往歷史數據在邏輯單元進行讀取，這樣步驟十分煩瑣；C工廠所生產的一次設備沒有配備相應的信號控制裝置。因此，無論是哪種類型的一次設備，都有可能會出現故障[1]。

所以，為了確保該變電站所有一次設備在狀態檢修過程中能夠順利進行檢查，本文將狀態檢修的重點環節進行總結，分為以下幾方面：檢查所有一次設備是否通電；檢查一次設備電源開關指示燈是否常亮；檢查相應的變壓器設備、斷路器、隔離倒閘設備是否正常工作；檢查GIS設備、互感器等是否正常工作；檢查電容器是否能夠正常工作；檢查母線是否連接成功；檢查負荷開關與隔離開關能夠正常工作；檢查載流導體是否與其他一次設備正常連接；全面測試一次設備是否滿足變電站電壓等級要求，耐壓檢測時間3min以內。

1.4 存在的問題

產品質量差。由于該變電站所使用的一次設備存在著一些質量較差的產品，因此導致電力系統在實際運行過程中，時常發生運行故障。除此之外，該變電站電力系統在運行過程中，會因穩定性較差而導致電力運輸過程中出現輸配電不穩定，而以上故障問題主要存在于一次設備的變壓器、斷路器、母線等[2]。

檢測技術落后。該地區配電網在運行過程中，除了一次設備產品本身存在問題之外，最重要的一點是因為故障檢測技術較為落后。由于一次產品本身就存在較高的故障率，相關的檢測設備具備的功能不夠完善，導致運維人員在進行故障檢測時，缺乏先進的技術手段，再加上本項目變電站運行年限較為久遠，大部分一次設備，如變壓器、斷路器、母線等老化程度逐漸嚴重，從而導致整個故障檢測與維修工作開展起來較為困難。

2 GIS設備檢修分析

2.1 故障類型

GIS設備該變電站中一次設備的重要組成部分，隨著該變電站使用年限的不斷增加，也會導致該設備發生故障的概率逐步提高。GIS設備通常在進行運輸、安裝的過程中，因質量不達標、運輸途中受損以及安裝人員狀態檢測不到位等情況，一定程度上會造成GIS設備在運行過程中產生局部放電，嚴重的情況下甚至可能會擊穿其他電氣設備，從而引發安全事故[3]。下文是幾種常見的變電站GIS設備故障類型。

電暈放電。GIS設備在制造過程中，一旦出現生產工藝質量問題，或相關技術人員在安裝過程中因操作不當，都有可能會導致該設備內部電極出現故障。如果直接運行使用，根據強大的電場力的作用，會導致GIS設備內部場強逐漸增大，此時如果內部場強超過SF6氣體的絕緣強度時，將會導致毛刺周圍發生放電，而此過程就叫做電暈放電。雖然電暈放電并不會直接導致GIS設備被擊穿，但是根據放電狀態而言，如果GIS設備一直處于恒定放電狀態，那么內部的SF6氣體的絕緣強度將會逐漸降低，最終失去絕緣性能，導致氣體將設備擊穿，從而引發故障。

自由金屬顆粒放電。由于GIS設備在運輸以及安裝運輸過程中會受到外界因素的干擾，導致一部分自由金屬顆粒進入到設備內部并直接附著在罐體內部表面。一旦電力系統接通電源并運行，該設備的內部將會產生強大的電場力，而這部分自由金屬顆粒將會受到電場力的作用，進入到GIS設備殼體中，并隨著電壓大小和場強方向的不斷變化，在設備內部進行往復式運動，直至GIS設備被這些自由金屬顆粒擊穿，最終導致設備損壞。

沿面放電。由于GIS設備內部表面附著了一些導電自由顆粒，由于這部分顆粒體積小、質量輕，所以會在罐體氣室內漂浮，這些漂浮的顆粒周圍電場強度同樣也會發生變化。如當周圍電場強度超過SF6氣體絕緣強度時，則會使漂浮的導電顆粒周圍毛刺尖端發生放電反應。此時，絕緣子表面的自由顆粒在強大的電場作用下，會發生位移，進而導致絕緣子沿面放電，一旦絕緣子附近電場強度分布不均，會直接導致設備被擊穿。

2.2 檢修實例

案例分析：L地區110kV變電站自正式投入使用以來，運行狀態一直良好。直到2021年9月15日，該變電站運行發生故障，運維人員立即進行故障檢修，當對GIS設備進行檢查時，結果是并未發生異常。隨后將A段110kV母線進行間隔隔離，并將該段母線經過絕緣電阻測試，結果卻顯示其中L1相與L3相的絕緣電阻值為1GQ，而L2相的絕緣電阻值為225MQ。因此得出結論為，本次故障發生點在L2相。于是，相關運維人員將A段母線剪開后發現，L2相中的引線屏蔽套管對GIS設備外殼產生了放電反應，導致該設備絕緣子表面出現燒毀痕跡。

原因分析：由于該GIS設備在生產制作過程中，生產商對產品質量把控不過關，導致設備內部有部分金屬顆粒和粉塵雜質存在，再加上其間隔外殼質量不符合出廠標準，一旦殼內有雜質存在，此時再接通電源，金屬毛刺則會立刻發生反應，引起周圍電場發生場強變化，從而導致金屬顆粒以及粉塵雜質在強大的電場力作用下進行運動，達到一定時間后最終將設備外殼擊穿，導致故障發生。

3 110kV變電站一次設備狀態檢修有效措施及評價

3.1 110kV變電站一次設備狀態檢修基本原則

首先，本研究110kV變電站一次設備狀態檢修，需要結合該變電站所有一次設備應用原則，以及相關流程進行合理設計，針對不同的一次設備，需要滿足其能夠獨立運行的需求；其次，針對該變電站一次設備狀態檢修目的是能夠按照設備實際的運轉情況，從而設計出一次設備的科學合理的狀態維修方案。由此可見，針對一次設備的真實情況進行合理評估，也是狀態檢修系統中基礎卻又不可或缺的一項工作，所以只有確定了一次設備的真實運行情況，才能夠為其選擇出最佳的維修方式[4]。

再者，一次設備的狀態維護技術需要采用科學合理化的方法進行，因此需要對所有一次設備發生的故障進行信息收集，并針對存在的故障進行原因分析，從中總結出狀態維護的規律性；最后，當一次設備處于運行狀態時，需要匯總該變電站所有一次設備的狀態檢修數據，運維人員才能以此進行準確地評價出其運行狀態是否良好。

3.2 變壓器檢修

針對變壓器進行狀態檢修過程中，變電站運維人員需要重點關注以下幾方面問題：變壓器接線柱以及周圍的引線是否正常連接，確保變壓器連接的接線柱，以及引線連接負荷能夠滿足電力設備的相關要求和標準；對于變壓器的絕緣情況而言，相關運維人員需要采用專業化的檢測設備對整個變壓器絕緣情況進行全面檢測；檢測變壓器周圍是否存在漏油現象，一旦發現該問題必須及時上報并處理，同時也要找出問題原因，做好相應記錄。

3.3 斷路器、隔離開關檢修

針對斷路器進行狀態檢修過程中，變電站運維人員需要對斷路器內部的零部件進行仔細檢查，查看零部件是否存在磨損或者零部件是否存在松動現象，通過觀察斷路器在實際運行過程中的運行狀態，確保斷路器能夠及時發揮出作用；針對隔離開關進行狀態檢修過程中，變電站運維人員需要利用紅外線溫度測控儀器針對隔離開關溫度進行全方位檢測，其中的溫度檢測值需要驗證是否超過隔離開關的實際運行溫度，一旦超過就需要立即找出導致溫度過高的影響因素并進行維修。檢查設備的電器接觸器和開關的工作情況，確保接觸良好，避免接觸不良導致溫度過高。定期對設備進行保養和維護，包括檢查設備的各個部件是否正常，是否有零件損壞、腐蝕等問題，及時進行維修和更換。

3.4 GIS設備檢修

GIS設備在生產過程中常常會因為產品質量不符而導致故障的發生。所以，加強GIS設備狀態檢修技術，管理人員需要對出廠的GIS設備的檢測報告進行查驗，嚴格把控好產品質量，尤其是針對重要零部件，做好相應檢查工作，確保產品質量能夠符合出廠要求。此外，針對該設備狀態檢修過程中，需要嚴格把控變電站周圍環境，必須在設備周圍搭建防塵圍欄才能進行檢修操作。其中，防塵圍欄設備，應該具備防塵除濕、降溫、保溫等功能。一旦現場環境因素不符合檢修要求，將會造成粉塵雜質、潮濕空氣等進入到設備內部，從而導致這部分金屬導電顆粒與GIS設備進行結合，從而存在放電故障[5]。

最后，針對GIS設備定期開展檢查能夠有效減少故障發生概率。例如：針對SF6氣體的溫度、濕度進行檢查，利用X光對局部是否產生發電進行檢查，一旦發生異常情況，需立即關停設備，保障變電站運行安全。除此之外，針對監測的信息數據進行分析，并根據分析結果制定出調整計劃，通過對數據進行深入分析，識別出問題和潛在風險，并找到優化和改進的方向。例如，如果分析顯示某個指標或變量存在較大波動，可能需要調整相應的管理策略或措施，確保GIS設備故障率得以有效控制，不僅能夠提升GIS設備使用壽命，同時也能保障變電站運行安全。

3.5 狀態檢修評價

將變電站一次設備狀態檢修措施實際應用于電網系統中，為了檢驗其是否能夠達到預期的檢修效果，供電企業要對檢修的效果進行定期的評價。評價不僅僅是實時評價，還應包括年度評價。實時評價是在狀態檢修完成后對一次設備的運行狀態的評價，變電站通過實時評價，供電企業可以判斷設備是否存在故障或潛在問題，以及設備是否按照標準進行檢修。同時，實時評價還可以提供對設備狀態的準確記錄，為后續的檢修工作提供參考依據。而年度評價則是在一年的周期內，對狀態檢修工作的長期運行效果進行評價。因此，電力企業在開展狀態檢修工作后，還應加強對其檢修效果的評價，保證狀態檢修的高效進行。

綜上所述，隨著我國經濟的不斷發展，電力資源的需求量日益趨增，我國電力建設事業同樣呈現出了快速發展的態勢。當前，我國變電站建設工作已經全面實現大規模自動化，因此我國電力事業水平也有了較大的突破。為提高變電站運行效率，維持一次設備的安全穩定運行，對變電站一次設備的狀態檢修與故障維護等方面提出了更高的標準及需求。通過對實際運行過程中變電站一次設備存在的問題展開深入分析與研究，提出相應的解決措施，確保該變電站能夠穩定輸送電力，進而維持我國電力事業的長遠發展。