變電站主電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷

鄭 思，歐乃成

（1.湖南電力建設(shè)監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司，湖南長沙 410000； 2.國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙 410000）

變電站主電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷

鄭 思1，歐乃成2

（1.湖南電力建設(shè)監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司，湖南長沙 410000； 2.國網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙 410000）

在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，保障電氣設(shè)備處于正常運(yùn)行工況至關(guān)重要，因此，需要對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，并采用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，為故障處理提供依據(jù)。分析常用狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)，結(jié)合實(shí)例，研究電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的重要性及變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用方式。

變電站；電氣設(shè)備；變壓器；檢修

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.58

0 引言

變電站電氣設(shè)備狀態(tài)檢修是由設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷技術(shù)所組成的，其在實(shí)際應(yīng)用中，能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，幫助檢修人員詳細(xì)掌握電氣設(shè)備的故障發(fā)生情況，從而合理安排停電時(shí)間以及檢修計(jì)劃，保證維修工作質(zhì)量。因此，對(duì)變電站電氣設(shè)備狀態(tài)檢修進(jìn)行詳細(xì)探究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的重要性

1.1 保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性

在電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備是重要的組成部分，通過各類電氣設(shè)備，共同構(gòu)成了電力運(yùn)行系統(tǒng)，而各個(gè)電氣設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。由此可見，為了保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須加強(qiáng)對(duì)于電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修管理，這樣才能夠盡快發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備故障隱患，及時(shí)消除故障問題。新時(shí)期，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)于電力資源的需求量也在逐漸增加，在電力能源供應(yīng)中，如果電氣設(shè)備出現(xiàn)故障問題，則會(huì)對(duì)人們的正常工作和生活造成不良影響。對(duì)此，必須對(duì)電力系統(tǒng)電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷分析，及時(shí)排查故障問題，保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1.2 有利于降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，各行各業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，電力企業(yè)也同樣如此，在電力企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中，至于在保證工程質(zhì)量和安全性的基礎(chǔ)上降低成本，才能夠提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在電力系統(tǒng)日常運(yùn)行過程中，如果忽略了對(duì)于電氣設(shè)備狀態(tài)檢修工作重要性的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致設(shè)備處于不良運(yùn)行工況下，就會(huì)引發(fā)各類故障問題。部分電力企業(yè)只有在電氣設(shè)備發(fā)生故障問題的情況下才會(huì)對(duì)其進(jìn)行檢修，這樣不僅會(huì)造成檢修難度增加，同時(shí)也會(huì)增加檢修工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)此，必須高度重視對(duì)于電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理，盡量減少人力和物力的使用，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效益。

2 變電站主電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)

2.1 變壓器

在電力系統(tǒng)中，變壓器是十分重要的電氣設(shè)備，變壓器的種類有很多種，比如沖油式變壓器、干式變壓器以及六氟化硫變壓器等等。在對(duì)變壓器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)過程中，所用的方法也有很多種，包括紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)、超聲定位監(jiān)測(cè)技術(shù)、局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)等等。在進(jìn)行變壓器檢修過程中，對(duì)于高壓套管，一般采用介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，而有載調(diào)壓開關(guān)的故障發(fā)生幾率較大，對(duì)此，可以采用專業(yè)的有載診斷設(shè)備，對(duì)觸點(diǎn)磨損情況以及電氣回路故障進(jìn)行診斷分析。在變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，不僅包括上述常用技術(shù)，同時(shí)還有風(fēng)扇運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)、油溫監(jiān)測(cè)技術(shù)、負(fù)載電流監(jiān)測(cè)技術(shù)等。在對(duì)變壓器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)，最為關(guān)鍵的監(jiān)測(cè)對(duì)象有固體絕緣、氣體絕緣、冷卻系統(tǒng)等，而常見故障類型包括過熱故障、放電故障、進(jìn)水故障、機(jī)械故障等等。比如，在對(duì)某水電站進(jìn)行設(shè)備更新改造過程中，所采用的變壓器為三相油浸變壓器，其結(jié)構(gòu)密閉性比較高，因此，內(nèi)部絕緣油以及絕緣介質(zhì)不會(huì)與空氣產(chǎn)生直接接觸，在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，不需要進(jìn)行換油操作，因此，設(shè)備使用壽命較長，這一變壓器形式注意杯應(yīng)用于農(nóng)村配電中。但是，需要注意的是，該設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中，容易受到外界環(huán)境溫度因素的影響，導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)滲漏油的現(xiàn)象，這樣就會(huì)對(duì)變壓器繼電器造成誤動(dòng)影響。

2.2 電容性設(shè)備

電容性設(shè)備指的是互感器設(shè)備，在這類設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷中，常用的方法有紅外檢測(cè)法、離線監(jiān)測(cè)法、停電預(yù)試法等等。在對(duì)電容性設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)，可以采用信息檢出、數(shù)據(jù)采集、信息傳遞以及信息處理等步驟，通過上述狀態(tài)監(jiān)測(cè)步驟，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行綜合診斷分析，然后結(jié)合所得結(jié)果對(duì)設(shè)備采取有效的維修技術(shù)。另外，如果采用停電預(yù)試驗(yàn)技術(shù)，則需要與主設(shè)備進(jìn)行有效結(jié)合，并且在電力線路停電狀態(tài)下進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)電容性設(shè)備的故障隱患問題，然后再根據(jù)設(shè)備故障的嚴(yán)重程度，判斷是否需要進(jìn)行停電檢修。

2.3 高壓配電柜

在變電站中，高壓配電柜也是一種常用設(shè)備，可以采用以下方法對(duì)高壓配電柜進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。

（1）機(jī)械特性監(jiān)測(cè)，這一監(jiān)測(cè)對(duì)象合閘、分閘電壓、電流、斷路器觸頭形成、彈簧狀態(tài)、和斷路器動(dòng)作等。

（2）電氣性能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，這一監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)象包括滅弧室真空度、斷路器開關(guān)電流加權(quán)值等。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，在不同開斷電流下，可以獲得不同的等效磨損曲線，而每臺(tái)斷路器的允許磨損總量是由額定短路開關(guān)電流所決定的，因此，可以通過累計(jì)觸頭磨損量，對(duì)電氣設(shè)備用電壽命進(jìn)行判斷。

（3）徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)理論監(jiān)測(cè)技術(shù)，這一監(jiān)測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，能夠?qū)⒔】嫡駝?dòng)信號(hào)和斷路器實(shí)際振動(dòng)信號(hào)波峰幅值之差形成的殘差以及沖擊事件發(fā)生的時(shí)間作為斷路器故障診斷的特征參數(shù)，并依次為依據(jù)，檢查斷路器的運(yùn)行情況。

（4）目前，一種改進(jìn)的真空斷路器電壽命在線監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸完善，期在實(shí)際應(yīng)用中，能夠綜合考慮設(shè)備開斷過程以及燃弧時(shí)間，因此監(jiān)測(cè)所得結(jié)果準(zhǔn)確性比較高，同時(shí)還能夠有效反映出不同相的電磨損情況。在高壓配電柜實(shí)際運(yùn)行過程中，如果產(chǎn)生局部放電，則會(huì)產(chǎn)生一定的電磁波，通過開關(guān)柜，能夠?qū)崿F(xiàn)電磁波傳播，這樣就會(huì)在開關(guān)柜的箱體上形成暫態(tài)對(duì)地電壓（TEA），在這種情況下，可以通過電容耦合傳感器檢測(cè)TEA，進(jìn)而對(duì)高壓開關(guān)柜的故障發(fā)生情況進(jìn)行判斷，如圖1所示。

圖1 局部放電檢測(cè)診斷方法

3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷實(shí)例

3.1 MGA2000-6H色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

寧波理工監(jiān)測(cè)科技股份有限公司生產(chǎn)的MGA2000-6H系列變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其技術(shù)原理為氣相色譜檢測(cè)原理。這一檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用方式為：在內(nèi)置一體式油泵的作用下，變壓器油產(chǎn)生油氣分離現(xiàn)象，通過毛細(xì)管萃取，能夠分理出其中的溶解氣體，然后再經(jīng)過油氣分離后，變壓器油即可再次流入變壓器油箱中，而萃取所得溶解氣體則可以在內(nèi)置微型氣泵的作用下進(jìn)入定量管，在載氣的作用下，溶解氣體即可進(jìn)入色譜柱，通過檢測(cè)器，可以對(duì)色譜柱中的組分氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。通過色譜數(shù)據(jù)采集器，能夠?qū)怏w濃度電壓量通過RS485傳遞至數(shù)據(jù)處理器中，通過數(shù)據(jù)處理器，可以對(duì)標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，然后對(duì)不同溶解氣體的組分以及增長率進(jìn)行計(jì)算，最后，通過故障診斷專家系統(tǒng)，對(duì)變壓器故障發(fā)生情況進(jìn)行總結(jié)和分析。

3.2 MGA2000-6H色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用及結(jié)果

某變電站共安裝12臺(tái)MGA2000-6H色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，配備1套數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過應(yīng)用RS485總線，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備安裝情況如圖2所示。

通過應(yīng)用MGA2000-6H系統(tǒng)，能夠及時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，能夠?qū)⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷技術(shù)與三比值法進(jìn)行有效結(jié)合，同時(shí)，還可以根據(jù)色譜數(shù)據(jù)對(duì)變壓器故障發(fā)生情況進(jìn)行分析。根據(jù)時(shí)間研究發(fā)現(xiàn)，這一故障監(jiān)測(cè)方法的故障分

圖2 MGA2000-66H型變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

析準(zhǔn)確率較高。在該變電站投入運(yùn)行后，通過現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，2#主變A相、4#電抗器A相、5#電抗器B相均出現(xiàn)了不同程度的C2H2以及H2超標(biāo)情況，具體數(shù)據(jù)如圖3所示。通過對(duì)圖3數(shù)據(jù)以及離線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，在該系統(tǒng)投入運(yùn)行半年時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性比較高，根據(jù)對(duì)故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)線、離線數(shù)據(jù)以及5#電抗器加強(qiáng)監(jiān)督管理，有利于以此為依據(jù)，提出相應(yīng)的故障防范對(duì)策。另外，通過對(duì)該變電站2#主變A相、4#電抗器A相、5#電抗器B相進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，C2H2以及H2超標(biāo)嚴(yán)重，并且達(dá)到一級(jí)報(bào)警水平，通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)備內(nèi)部存在低能量放電現(xiàn)象，符合新投運(yùn)設(shè)備運(yùn)行特征，目前烴類氣體組分含量基本穩(wěn)定。

圖3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷至關(guān)重要，只有保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，才能夠保障電力系統(tǒng)正常供電。對(duì)此，本文主要對(duì)變壓器、電容性設(shè)備以及高壓配電柜的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷技術(shù)進(jìn)行了分析，并且以變壓器為研究對(duì)象，對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的應(yīng)用方式進(jìn)行詳細(xì)探究。根據(jù)本文分析課件，通過加強(qiáng)電氣設(shè)備狀態(tài)檢修，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問題，并采取有效的治理措施，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

［1］陳雪峰，李繼猛，程航，等.風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的研究與進(jìn)展［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，47（9）：45-52.

［2］包波.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在單螺桿泵故障診斷中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2013，13（1）：104-106.

［3］蔡驥然，鄭永康，周振宇，等.智能變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究綜述［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（6）：148-154.

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〔編輯 凌 瑞〕