有關電力系統中高壓電氣設備在線監測與故障診斷分析

廣東中科天元新能源科技有限公司 510640

摘要：在電力系統的運行中，高壓電氣設備占據著非常重要的位置，是整個系統安全生產、控制調節、傳輸變換的前提和有效保障，高壓電氣設備不同，其技術特點、結構和性能也不同。本文通過對高壓電氣設備的概念、高壓電氣設備故障產生的原因以及高壓電氣設備在線監測與故障診斷系統進行分析。以保障用電設備的安全運行，減少事故造成的影響，盡可能防患于未然，消滅事故于萌芽狀態。

關鍵詞：高壓電氣；設備故障；原因；在線監測；故障診斷

1、高壓電氣設備的概述

高壓電氣設備是電力安全生產、傳輸變換、控制調節的前提和保障。因為電力能源是一個具有嚴重危害性的能源，它無形無色，不能接觸。但電力能源又是一個受人喜愛的能源，它潔凈強勁，使用方便。沒有高壓電氣設備的存在，我們就沒有辦法掌控電力能源去運行工作；沒有高壓電氣設備的保駕，我們就不能安心享受電力能源的方便服務。所以，高壓電氣設備是電力能源利用的前提和保障。電力能源的利用必須要滿足人們在各種復雜情況下的安全掌控，高壓電氣設備就是為適應各種復雜情況下的安全掌控而被創造出來的，成為替代人們面對危害能源，變害為利的電氣裝置。然而，復雜情況的適應必然帶來復雜的高壓電氣設備類別和結構型式。從事電力職業就必須將這些復雜的高壓電氣設備分門別類地熟悉掌握，才能正確地駕御使用。但是，在我們現行的電力職業教育的教材中，高壓電氣設備專業的分類內容卻存在不合理、不規范的問題：第一，有的沒有高壓電氣設備歸類總領，只有設備分類的結構介紹，造成不完全概念。

2、高壓電氣設備故障分析

2.1主變壓器故障

（1）繞組的主絕緣和匝間絕緣故障。長期過負荷運行、散熱條件差或使用年限長，使繞組絕緣老化脆裂；變壓器多次受到短路沖擊，繞組受力變形，產生絕緣缺陷；變壓器油中進水使絕緣強度降低，造成絕緣擊穿；在雷擊過電壓作用下絕緣擊穿。

（2）變壓器套管故障。套管瓷質不良、沙眼或裂紋，套管滲油或積垢太多等造成閃絡或爆炸。

（3）鐵心絕緣故障。硅鋼片緊固不好，漆膜破壞產生渦流而局部過熱；夾緊鐵心的穿心螺絲、圧鐵等部件絕緣損壞發生過熱現象；變壓器內殘留有鐵屑或焊渣，使鐵芯兩點或多點接地。

2.2高壓電機故障

電機絕緣電阻低，繞組絕緣擊穿接地或引出線故障。電機絕緣受潮，導致絕緣電阻值不符合規程要求；電機超期服役或長期過載運行，絕緣材料老化；電機引線長期處于熱環境，絕緣層酥脆、老化；引出線由于震動接觸不良甚至斷裂導致弧光放電。

（2）電機定子槽鍥松動，端部綁扎不良故障。電機啟動和運行時的震動，線圈相對產生位移，電機電磁聲大，出現放電現象。

2.3高壓斷路器柜故障

（1）拒動、誤動故障。操作機構卡澀、部件變形、位移或損壞，分合閘鐵芯松動、卡澀、軸銷松脫等操作機構和傳動機構的機械故障；二次接線接觸不良、端子松動、分合閘線圈由于機構卡澀燒損、輔助開關切換不靈、操作電源、合閘接觸器、微動開關等電氣控制類故障。

（2）絕緣故障。絕緣相對地閃絡擊穿、相間閃絡擊穿、雷擊過電壓閃絡擊穿、套管、CT閃絡、爆炸和瓷瓶裂紋等。

2.4保護裝置故障

（1）保護裝置本體故障。繼電器線圈損壞、定值紊亂；微機保護裝置內部硬件損壞或軟件出現問題。

（2）保護裝置誤動或拒動。電流電壓回路的一次設備故障造成電流、電壓等取樣不準確；環境潮濕造成二次線路絕緣值下降或短路；保護定值設置、級間配置不合理；接線錯誤等。

3、高壓電氣設備在線監測原理

電氣設備在線監測技術原理，是在電氣設備正常運行時，通過對常規絕緣特征參數如電容量、電流、介質損耗因數等進行測量，來反映電氣設備的運行是否存在問題。介質損耗因數對高壓電氣設備影響很大，還能反映運行時設備的缺陷，靈敏度很高，而且操作比較簡單。介質損耗因數的原理分為兩種，第一是硬件直接測量相位角，主要方法為過零相位比較法，第二是軟件對檢測信號變換后，對測量信號進行數字化處理，主要方法為諧波分析法。

過零相位比較法原理：獲得電流和電壓信號進行過零整形成為過零反轉的方波電流和電壓，用或門電路對電流電壓過零時間差方波寬度進行比較，并讀取方波寬度，最終根據電流電壓信號計算出介質損耗因數。

諧波分析測試原理：電流互感器檢測設備末端引出電流信號，二次抽取電壓信號后經過濾波和程控放大后，再經過同步采樣最終得到離散數字信號，利用計算機對其快速的傅里葉變換后得到基波傅里葉系數，然后計算基波相位差，最終得到介質損耗因數。

對于單一設備的在線監測數據融合一般應將數據傳送到電廠綜合信息管理系統（MIS），通過電廠綜合管理系統將在線監測數據與狀態檢修系統 融合在一起；對于多設備、多系統的在線監測的數據融合應先建立內部設備狀態監測中心，由監控中心實施對全部前端站的控制，同時由監控中心的監測工作站實施在線 監測數據與狀態檢修的融合。

4、高壓電氣設備在線監測與故障診斷系統

建立發電廠發電及輸變電站電氣設備地區性、集成、分布監測與診斷系統，可使地區電業主管部門對所屬各發電廠主要電力設備的運行工況進行監測與診斷，及時發現故障早期隱患，避免突發性事故；還可使這些設備從定期維修過渡到狀態維修，提高電力設備監督的技術水平，確保發電廠的安全經濟運行，有巨大的經濟效益和社會效益。

最新推出的MD3000系列變電站電氣設備在線監測診斷系統正是應電力系統的需求而開發的集計算機技術、信息技術、在線監測與故障診斷技術及網絡通訊完整系統。MD3000系列變電站電氣設備在線監測診斷系統包括高壓變壓器在線監測子系統、高壓斷路器在線監測子系統、電容型設備在線監測子系統、避雷器再嚇你監測子系統、高壓電氣設備絕緣在線監測子系統、故障診斷專家系統軟件及通訊網絡子系統等構成。系統結構框圖如下所示：

變電站電氣設備在線監測診斷系統結構框圖

變電站電氣設備在線監測診斷系統主要包括位于電業局地區電力試驗研究所的MIS系統、數據融合與信息分析中心及位于現場的數據采集監測診斷子系統三部分構成，合法的瀏覽者可以在遠離現場的辦公室查看其區內各變電站的在線監測數據和診斷分析結果；對于被列為預警的設備可以遠方進行會診，判斷是否必要進行維護?，F場數據采集監測子系統采用分布式機構，通過高速的現場通信總線，將各監測終端連接到用于監測診斷的主PC機。系統功能采用分層次設計，監測終端只有完成原始信號的采集和預處理；住PC機完成數據集成和數據融合，從而獲取設備的運行狀況。其中高壓變壓器的在線監測子系統包括：變壓器油中溶解氣體在線分析系統（由MD3001A實現）、變壓器有載分接開關在線凈油機（由MD3002實現）、電容型套管的絕緣特性在線監測終端（由MD3004實現）、鐵心絕緣特性在線監測終端（由MD3004實現）；其中斷路器在線監測子系統包括：斷路器SF6氣體在線監測子系統（由MD3003A實現）、斷路器電氣信號在線監測終端（由MD3005實現）；電容型設備在線監測子系統、避雷器在線監測子系統及高壓電氣設備絕緣在線監測子系統都由MD3004實現。

5、結語

隨著電力工業以及現代科技的迅速發展，我國的電網規模在飛速擴展，尤其是近些年來電力可靠性管理的重視程度與日俱增。然而對于高壓電氣設備維修管理來說，運用高可靠性的監測技術和方法，必須要加以科學利用。今后電氣設備運用的過程中，要適當的采用在線監測技術，盡量提高設備的運行效果。