特高壓一次設備在線監測測量裝置試驗研究

韓祎菲 劉益江 張永良

［DOI］10.3969/j.issn.1672-0407.2023.23.064

［摘 要］特高壓一次設備在電力系統中起著至關重要的作用，對于確保電力系統的穩定運行和電能傳輸具有重要意義。然而，由于設備具有復雜性和高壓高電流的特點，特高壓一次設備面臨著各種故障和失效風險，可能導致設備的停運和電力系統的中斷。為了提高特高壓一次設備的運行可靠性，傳統的定期檢修和維護已經無法滿足實時監測和故障預警的需求。因此，引入特高壓一次設備的在線監測測量裝置十分必要。在線監測測量裝置可以實時監測設備的運行狀態和關鍵參數，通過數據采集和分析，提供準確的設備健康狀況信息，為運維人員提供及時的決策支持。

［關鍵詞］特高壓；一次設備；在線監測；測量裝置；試驗

［中圖分類號］TM93文獻標志碼：A

本文旨在對特高壓一次設備的在線監測測量裝置進行試驗研究，探索其在提高設備可靠性和運行安全性方面的應用；通過試驗和評估裝置的性能和可行性，為特高壓一次設備的運維管理提供新的思路和方法；通過對特高壓一次設備的在線監測測量裝置進行研究，希望能夠提高設備的可靠性和運行安全性，為電力系統的穩定運行作出貢獻。在線監測測量裝置將為設備的實時監測和故障預警提供有效手段，為運維人員提供準確的數據支持，實現設備的及時維護和故障排除。

1 特高壓一次設備的重要性

第一，特高壓一次設備能夠實現高電壓和大電流的傳輸，提供更大的電能傳輸能力，可以有效解決長距離電能傳輸的問題，降低輸電損耗，提高電網的能源利用效率。第二，特高壓一次設備能夠在高壓高電流的工況下穩定運行，具有較高的抗干擾能力和抗電磁暫態能力，可以保持電力系統的穩定性，避免電壓波動和電流失控等問題，保證可靠的電力供應。第三，特高壓一次設備能夠連接大容量的電源和負載，支持大規模的電力輸送和供電，可以滿足工業、城市和鄉村等不同場景的用電需求，促進經濟發展和社會進步。第四，特高壓一次設備可以實現電力系統之間的互聯互通，促進能源資源的共享和優化調度，可以連接不同地區的電網，實現跨區域的電能交換和平衡，提高電力系統的可靠性和穩定性。第五，特高壓一次設備通過提高輸電效率和降低損耗，可以減少對環境的影響^［1］，減小輸電線路的占地面積和環境破壞，降低電網建設和運行對生態環境的影響。

2 特高壓一次設備的故障風險

2.1 絕緣故障

絕緣故障可能導致設備的電氣性能下降、絕緣損壞、電弧和閃絡等問題，進而影響設備的正常運行和電力系統的穩定性。第一，長期運行或環境因素的影響可能導致設備絕緣材料的老化和退化，可能導致絕緣強度下降、介電損耗增加，進而引發設備的絕緣擊穿和故障。第二，特高壓一次設備暴露在惡劣的環境中，如沙塵暴、濕潤環境等，容易受到污染。污穢和污閃可能導致絕緣材料表面形成導電層，增加電介質的損耗，進而導致設備的絕緣性能下降。第三，當設備的電壓和電流超過一定閾值時，可能會發生電弧和放電現象，導致設備的局部絕緣破壞，產生高溫和電弧等危險，進一步加劇設備的損壞。第四，當絕緣材料無法承受設備所受的電壓應力時，可能發生閃絡和擊穿，會導致絕緣系統失效，使設備停運或造成設備的損壞。

2.2 電力設備故障

特高壓一次設備中的電力設備可能面臨各種故障情況，這些故障可能導致設備的正常運行受到干擾甚至停運。第一，特高壓一次設備中的開關設備，如斷路器、隔離開關等，可能發生接觸不良、觸頭磨損、彈簧失效等故障，可能導致設備的開關操作不準確或無法正常操作，從而影響設備的運行和電路的通斷。第二，特高壓一次設備中的變壓器是電力系統中的重要組成部分，可能發生繞組短路、絕緣擊穿、冷卻系統故障等故障，導致設備的電氣性能下降、溫度升高，甚至引發設備故障或停運。第三，特高壓一次設備中的電纜是電能傳輸的關鍵部分，可能發生電纜絕緣老化、接頭脫落、絕緣子破損等故障，可能導致電纜的電氣性能下降、接觸不良，從而影響電能的傳輸和設備的正常運行。第四，特高壓一次設備中的開關柜可能發生控制回路故障、過電壓、過電流等問題，可能導致設備的控制功能失效、電氣元件損壞，影響設備的運行和保護。

2.3 過載和熱失控

特高壓一次設備面臨著過載和熱失控的風險，這可能導致設備的性能下降、熱損耗增加甚至設備損壞。第一，過載是指設備承受的電流超過其額定容量的情況，可能由電網負荷增加、短路故障等原因引起。過載會導致設備的電流密度增加、溫升加劇，使設備處于超負荷運行狀態。長時間的過載可能導致設備的絕緣老化、設備元件的損壞，甚至引發設備的熱失控。第二，熱失控是指設備在運行過程中由于散熱不良或其他原因，導致溫度升高超過設計范圍，無法有效地散熱。熱失控可能由冷卻系統故障、環境溫度過高、設備負荷過大等引起。熱失控會導致設備溫度升高、絕緣性能下降，進而影響設備的正常運行和壽命。

2.4 機械故障

特高壓一次設備中的機械部件可能面臨各種機械故障，導致設備的損壞和停運。第一，特高壓一次設備中的電纜連接頭是電纜與設備之間的關鍵連接部件，若出現脫落、松動、磨損等問題，則會導致連接不良和電纜斷路^［2］。第二，特高壓一次設備中的絕緣子起著支撐和絕緣作用，一旦發生破裂、斷裂、絕緣子串間放電等故障，則會影響設備的正常運行和絕緣性能。第三，設備的機械部件，如接觸器、隔離開關、彈簧等，一旦發生磨損和疲勞斷裂，則可能導致設備的操作不準確、接觸不良和短路等故障。第四，由于設備長期運行、震動和溫度變化等因素，設備中的螺栓、螺母和連接件可能松動。松動的設備可能導致接觸不良、電氣性能下降，進而引發設備故障。

2.5 外部因素影響

特高壓一次設備還面臨來自外部因素的風險，這些因素可能對設備的正常運行和可靠性產生影響。第一，特高壓一次設備通常是高聳的結構，容易成為雷擊的目標。雷擊會導致設備的絕緣擊穿、設備元件的損壞，甚至引發火災和爆炸等嚴重后果。第二，在寒冷地區或冬季，特高壓一次設備可能受到冰雪的覆蓋。冰雪的重量和風力會導致設備的機械負荷增加、機械部件的損壞和絕緣性能下降。第三，強降雨和洪水可能導致特高壓一次設備的水淹和濕潤，影響設備的絕緣性能和電氣性能。水淹可能導致設備的短路、設備元件的腐蝕和絕緣老化。第四，地震可能對特高壓一次設備產生嚴重影響，如導致設備的位移、振動和變形，從而損壞設備的結構和導致設備的斷裂和破損。第五，特高壓一次設備暴露在大氣環境中，可能受到環境污染的影響。大氣中的污染物和化學物質可能對設備的表面和絕緣材料產生腐蝕和損害，降低設備的絕緣性能。

3 特高壓一次設備的在線監測測量裝置

3.1 溫度監測裝置

溫度監測裝置是特高壓一次設備中常用的在線監測測量裝置之一，用于實時監測設備的溫度變化，通過傳感器或探頭將設備的溫度信號轉化為電信號，并傳輸給監測系統進行數據采集和分析。監測系統可以根據實時數據進行分析和處理，及時發現溫度異常和危險情況，使預警運維人員采取相應的措施。溫度監測裝置通常支持多點監測，可以同時監測設備的多個關鍵部位的溫度。

溫度是評估設備運行狀態的重要指標之一。通過監測設備的溫度變化，可以了解設備的負荷情況、散熱效果和熱穩定性，評估設備的運行狀態。當設備溫度超過設定閾值時，監測系統會及時通知運維人員，以使他們采取相應的措施，如降低負荷、增強散熱等，避免設備的損壞和故障。溫度監測裝置可以用于監測設備的絕緣狀態。絕緣材料的溫度變化可以反映絕緣狀態的變化。通過對設備絕緣部位的溫度監測，可以及時發現絕緣老化、絕緣損壞等問題，采取相應的絕緣處理措施^［3］。

3.2 壓力監測裝置

壓力監測裝置是特高壓一次設備常用的在線監測測量裝置之一，用于實時監測設備的壓力變化，通過傳感器或探頭將設備的壓力信號轉化為電信號，并傳輸給監測系統進行數據采集和分析。監測系統可以根據實時數據，及時發現壓力異常和危險情況，使預警運維人員采取相應的措施。壓力監測裝置通常支持多點監測，可以同時監測設備的多個關鍵部位的壓力。

壓力監測裝置可以用于監測設備的冷卻系統的壓力情況。冷卻系統的壓力變化可以反映冷卻劑的流量和冷卻效果。通過監測冷卻系統的壓力，可以判斷冷卻系統的運行情況，及時發現壓力異常和故障問題。特高壓一次設備中的油箱通常裝有絕緣油或冷卻油。通過壓力監測裝置監測油箱的壓力變化，可以了解油箱內部的油液狀態，及時發現油液泄漏或氣體產生等問題，并采取相應的維護措施。特高壓一次設備中常用氣體絕緣設備，如氣體絕緣開關設備。通過壓力監測裝置監測氣體絕緣設備的壓力變化，可以判斷設備的氣體充填情況和絕緣狀態，及時發現壓力異常和氣體泄漏問題。

3.3 絕緣監測裝置

絕緣監測裝置具有高精度的測量能力，能夠準確測量設備的絕緣電阻和絕緣損耗，通常以精密的絕緣電阻計或絕緣損耗儀為測量設備，以確保測量結果準確、可靠。絕緣監測裝置能夠實時監測設備的絕緣狀態，并提供實時反饋數據。監測系統可以根據實時數據進行分析和處理，及時發現絕緣異常和危險情況，為運維人員提供及時的預警和決策支持。絕緣監測裝置通常支持多點監測，可以同時監測設備的多個關鍵部位的絕緣狀態^［4］。通過在不同位置安裝多個絕緣傳感器，可以全面了解設備的絕緣分布情況，發現局部異常和不均衡問題。

絕緣監測裝置主要用于監測設備的絕緣狀態和絕緣性能。通過測量絕緣電阻和絕緣損耗等參數，判斷設備的絕緣狀態是否正常。及時發現絕緣異常，如絕緣老化、絕緣擊穿等問題，并采取相應的絕緣處理措施。絕緣監測裝置能夠提前發現絕緣異常情況，如絕緣擊穿的風險。當絕緣狀態出現異常，接近或達到擊穿閾值時，監測系統會發出預警信號，及時通知運維人員采取相應的措施，避免設備的損壞和故障。通過長期的絕緣監測數據分析，可以了解設備絕緣狀態的變化趨勢，評估絕緣老化情況。基于絕緣狀態評估結果，制訂合理的維護計劃，定期進行絕緣處理和維修，延長設備的使用壽命和提高設備的可靠性。

3.4 振動監測裝置

振動監測裝置具有高靈敏度的測量能力，能夠捕捉到設備微小的振動信號，通常采用高精度的振動傳感器，如加速度計或振動速度計，以確保測量結果準確、可靠。振動監測裝置能夠實時監測設備的振動變化，并提供實時數據反饋。監測系統可以根據實時數據進行分析和處理，及時發現振動異常和危險情況，使預警運維人員采取相應的措施。振動監測裝置通常支持多點監測，可以同時監測設備的多個關鍵部位的振動情況。通過在不同位置安裝多個振動傳感器，可以全面了解設備的振動分布情況，發現局部異常和不均衡問題^［5］。

振動監測裝置主要用于監測設備的振動情況，幫助發現設備的機械故障。通過分析振動數據，可以檢測設備的異常振動模式，如不平衡、松動、軸承故障等，及時采取維修措施，避免設備的進一步損壞和停運。通過長期的振動監測數據分析，可以了解設備的振動趨勢和變化規律，評估設備的健康情況和壽命。

4 結語

綜上所述，特高壓一次設備的在線監測測量裝置在提高設備可靠性和運行安全性方面具有潛力。通過對設備的實時監測和測量，可以及時發現設備異常情況，并采取相應的維護和修復措施，從而提高設備的可用性和可靠性。然而，還需要進一步的研究和實踐，以完善裝置的設計和應用，保障其在實際運行中的有效性和可行性。

參考文獻

［1］徐肖偉，王科，馬儀，等. 特高壓一次設備在線監測測量裝置試驗研究［C］. 云南電網公司. 云南省電機工程學會. 2010云南電力技術論壇論文集（優秀論文部分）. ［出版者不詳］. 2010：4.

［2］李坤. ±1100kV特高壓直流電壓互感器電壓測量裝置及其在線監測系統研究［D］. 武漢：華中科技大學，2017.

［3］常勇，謝佳妮，張雍赟. 特高壓變電站在線監測系統的實踐與分析［J］. 電力建設，2012，33（2）：84-87.

［4］侯治華，劉凱. 特高壓直流一次設備運行可靠性分析［J］. 輕松學電腦，2020（9）：1.

［5］蘆燈，翟彬，王愛華，等. 特高壓輸電線路在線監測設計方案的技術研究［J］. 山東電力高等專科學校學報，2015，18（3）：17-22.

［作者簡介］韓祎菲，女，陜西咸陽人，國網陜西省電力有限公司超高壓公司，助理工程師，本科，研究方向：特高壓輸變電工程。

劉益江，男，陜西西安人，國網陜西省電力有限公司超高壓公司，助理工程師，本科，研究方向：特高壓輸變電工程。

張永良，男，陜西西安人，國網陜西省電力有限公司超高壓公司，工程師，碩士，研究方向：特高壓直流工程規劃與發展。