變電設備在線監測技術及故障分析

摘 要：變電設備在線監測技術是保證供電系統安全運行的關鍵技術，尤其是對變電設備的在線監測非常關鍵，變電設備一旦發生故障，輕則單條線路受到影響，重則區域供電受到影響，因此，要積極做好變電設備的在線監測工作。

關鍵詞：變電設備；在線監測技術；故障分析

前言

變電設備作為電力系統中的核心主干，運行的可靠性對供電質量也會有著直接的影響，作者結合自身多年經驗，對變電設備在線監測技術及故障進行探討。

1 變電設備概述

變電設備主要就是對輸送電線路上的電流、電壓等信號進行改變的設備，是保證輸送電效率的重要組成部分。隨著社會經濟的不斷發展，人們用電需求的不斷增加，變電設備也有所革新，進而保證系統供電的安全性、可靠性[1]。但是，在供電系統運營的過程中，依然會存在變電設備故障，對系統供電的安全性、可靠性也帶來一定的影響，而變電設備的在線監測技術以及對變電設備的故障分析都能規避或降低設備故障對線路造成的損壞，進一步提高線路供電的可靠性。

2 變電設備在線監測技術及故障分析

目前在電網系統當中，在線監測技術主要應用于變壓器及其附屬設備、氣體絕緣金屬封閉開關設備（以下簡稱GIS）、斷路器的一、二次電氣部分。

2.1 變壓器在線監測技術及故障分析

變壓器是供電系統中重要的變電設備，對系統供電的穩定性有著直接的影響，變壓器在實際的運行過程中，一旦發生故障，對變電設備的正常運行也會造成直接的影響。局部放電是變壓器較為常見的故障之一，引起這方面故障的原因主要處在變壓器的油絕緣、紙絕緣中存在氣隙，或內部場強出現不均勻的現象，以及變壓器導體內含有毛刺、尖角等現象都會造成變壓器的局部放電故障，如果不能有效的處理局部放電故障，可能導致局部放電故障的惡化，甚至出現擊穿故障，因此，要做好變壓器的在線監測。

變壓器的在線監測技術主要分為以下幾種形式：

（1）色譜分析監測技術，主要是將變壓器自身的油經過循環管路進行循環，并進入到脫氣的裝置中，然后再經過脫氣裝置流入分析儀，對可燃氣體等進行分析和打印，形成色譜圖清楚得知可燃氣體的含量值，再根據變壓器自身油中的溶解氣體的分析，能夠準確的反映出變壓器運行過程中內部是否存在故障，如果存在故障能夠對確定相應的故障類型，例如，總烴含量過大的話，說明變壓器存在過熱性故障；如果乙炔含量過大的話，說明變壓器存在放電性故障等。變壓器油中的氣體含量變化特征是發生故障的前兆，因此，對變壓器運行的在線監測非常關鍵。通過在線色譜分析技術，能夠對變壓器油內氣體的濃度、類型、氣體產生的速度以及氣體變化的趨勢進行分析，準確的判斷變壓器的故障情況，對變電設備的安全運行起到關鍵的作用。

（2）鐵芯多點接地監測技術。鐵芯多點接地故障監測技術，主要是利用鐵芯引出線引發接地電流，再對其進行取樣測量，從而實現對接地故障的在線監測[4]。鐵芯多點接地監測在大型變壓器的應用中，是通過外殼的小套管將其引出變壓器外實施接地的，需要保證變壓器的鐵芯有一點接地，這樣能夠有效的消除鐵芯產生的懸浮電位引發的對地放電的現象。如果變壓器出現多點接地現象的話，極易造成鐵芯硅鋼片間短路，從而產生環流故障，因此，一般情況下鐵芯接地僅是一點接地，而且，接地都是以毫安為單位的，一旦出現鐵芯亮點接地故障的話，就會造成接地點的電流增大至數倍甚至數百倍的現象，會造成變壓器油內總烴氣體含量迅速增加，而相應的氣體繼電器就會發生動作，對供電的穩定性產生一定的影響，因此，為了避免變壓器出現鐵芯多點接地故障，應積極做好變壓器鐵芯接地電流故障監測，這樣才能有效的避免或降低多點接地故障的發生。

（3）鐵芯多點接地監測技術。冷卻器是變電設備的重要組成部分，而且，在運行的過程中也經常發生故障，對設備的正常安全運行帶來一定的影響，造成設備故障的原因主要出在風扇和泵的問題上。針對冷卻器在運行狀態下的監測，主要對風扇和泵的運行狀態進行監測，可以通過對風扇和泵運行情況下的電流以及系統的溫度測量，來實現對風扇和泵的在線監測[2]。如果風扇葉和泵業輪在正常運行之下，旋轉是正常的，如果是在非正常的狀態下運行，設備的控制線圈也會出現異常的現象，一般情況下，造成冷卻器泵軸的故障主要是金屬粒子造成的，就當今技術而言，對冷卻器的監測技術主要采用離線測量的方式，更高深的在線監測技術還在研究中。

此外，變壓器在線監測技術還應用在高壓套管監測、本體油溫及部分本體信號監測、電流電壓測量、場區環境溫度監測等各個方面，通過對變壓器相關重要因素全方面的在線監測，能及時發現變壓器運行中存在的隱患，有效避免變壓器嚴重故障的發生。

2.2 GIS在線監測技術及故障分析

（1）SF6氣體特性、水分在線監測技術。SF6氣體因其優異的絕緣和滅弧功能幾乎成為GIS的唯一的絕緣和滅弧介質，SF6氣體的狀態對GIS的穩定運行有著決定性的作用。如SF6氣體發生泄漏，一方面說明設備密封不良，另一方面對于SF6斷路器，將影響其分合閘功能，一旦設備發生故障，將無法迅速切除故障，導致越級跳閘事件從而擴大停電范圍。

SF6氣體是一種無色無味的氣體，對人體大腦會造成缺氧、窒息的現象，即使空氣中含SF6氣體也不易被人察覺，SF6在線監測技術也能對空氣中SF6的含量進行監測，一旦空氣中SF6占比例過高的話，就會對其進行報警來通知值班人員。

此外，如GIS絕緣件材質不良或密封工藝不良，造成水分進入電氣設備，達到一定含量時，液態水汽將會在絕緣件表面形成導電通道，造成沿面閃絡，對GIS安全穩定運行造成嚴重影響，SF6在線監測技術能監測水分含量，在其超出規定值時及時報警，通知專業人員及早采取措施對設備進行維護檢修，消除運行隱患。

（2）GIS局部放電在線監測技術。GIS局部放電會對變電設備的安全運行造成較大的影響，局部放電發生時，電磁波的信號根據GIS 結構反復進行傳播、反射、折射、遲延、衰減等現象，通過盆式絕緣子放射到外界。通過GIS絕緣子泄漏的電磁波，通過高靈敏度內置型或外置型傳感器，進行檢測。通過傳感器檢測GIS內部局部放電激發的電磁波信號，檢測到的信號經過濾波、射頻前置放大器和檢波器后，由高速數據采集模塊進行采樣、存儲、數字信號，主要是集成了傳感器、信號現場處理器、超高頻檢測技術、網絡接入技術等技術，實現遠程對GIS局部放電的情況進行監控和分析，一旦發現存在局部放電的現象，會及時采取故障報警措施，提示值班人員及時對局部放電現象進行分析，從而保證變電設備運行的穩定性。

2.3 斷路器在線監測技術及故障分析

針對斷路器的在線監測技術主要是對斷路器的運行狀態、溫度、絕緣等方面進行監測，具體如下：

（1）斷路器運行狀態的在線監測。對斷路器運行狀態下機械特性的監測，主要是結合電子技術、計算機技術等先進技術，對開關每一次的分、合操作的運行時間以及運行速度進行詳細的記錄，再將提取的斷路器運行的各項參數變化進行分析，即可分析出斷路器的運行是否存在故障，如，磨損、老化、生銹、變形、裝配不當等故障，都能夠準確的分析出來，對斷路器的故障分析有著極大的作用。

（2）斷路器運行溫度的在線監測。斷路器在正常運行的狀態下，從對溫度的監測就能推測出斷路器是否存在故障，一旦溫度參數超出規范指標，說明斷路器故障運行，設備也會采取報警措施，及時對斷路器的故障進行控制，避免故障的進一步惡化。對斷路器運行溫度的在線監測主要采用紅外熱像儀，紅外熱像儀對溫度十分敏感，能夠準確的診斷出斷路器的運行溫度。紅外熱像儀主要通過對斷路器的導電回路電阻的檢測，并通過對運行溫度能夠判斷開關的接觸是否正常，眾所周知，如果接觸頭接觸不良的話，導電回路的電阻就會增加，功率增加溫度升高，紅外熱像儀就可以測量出溫度，并從溫度的參數中分析出斷路器的故障現象。

（3）斷路器絕緣的在線監測。絕緣是變電設備安全運行的重要保障之一，然而，在斷路器運行的過程中，經常因為絕緣的問題而引發斷路器的故障，因此，做好斷路器絕緣的在線監測非常有必要的[3]。絕緣的在線監測技術，主要是對變電設備的絕緣參數變化進行監測和分析，一旦發現斷路器的絕緣參數超出規范值，說明斷路器設備存在絕緣故障，并實施報警，為斷路器監測工作人員提出重要的參考依據，也是作為證明斷路器絕緣故障的重要依據。斷路器絕緣在線監測技術能夠有效監測數局部放電、漏電、介質損耗等故障信息，對保證斷路器設備安全運行有著極大的作用。

例如，圖1為某市區變電設備在線監測技術對變電設備故障的維護方式，主要分為主動維護和被動維護，主動維護是通過在線監測技術能夠及時發現潛在的故障風險，而被動維護一般都是故障發生之后才會被監測到的（如圖1所示）。

3 結束語

變電設備在運行的過程中，故障的發生在所難免，而故障發生的程度以及故障發生造成的經濟損失、人員傷亡等也有著一定的差異，為了避免變電設備故障的發生或降低變電設備故障造成的損失，需要對變電設備做好在線監測及故障的分析，一旦發現故障，要及時采取處理措施，避免故障惡化帶來更大的經濟損失。通過文章對變電設備在線監測技術及故障分析的探討，作者主要從變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）以及斷路器等相關變電設備的角度進行分析，希望通過文章的分析，能夠對變電設備的安全運行、穩定運行提供參考性的建議。

參考文獻

[1]王清華.對智能變電站全無線監測的探研[J].電子技術與軟件工程，2013（19）.

[2]段繼洲.變電設備在線監測與故障診斷技術的應用[J].自動化應用，2013（9）.

[3]王超.變電站在線監測系統的智能化改造研究[D].華北電力大學，2013（12）.

[4]劉黎，何文林，劉巖，等.輸變電設備狀態在線監測與故障診斷系統分析軟件設計[J].計算機系統應用，2011（8）.

作者簡介：邱明（1977-），男，籍貫：江西于都縣，職稱：電氣工程師，研究方向：變電運行技術、變電運行管理、變電設備供電可靠性管理、智能電網技術研究等。