探討變電設備的常見故障及在線監測技術應用

鄭召興

【摘 要】在我國的電力系統自動化發展迅猛的背景下，人們日益關注供電可靠性，關注電力變壓器電力系統中的重要電氣設備的運行安全性，為此，我們要大力研究和分析智能化的變電設備的在線監測方法和技術，延長變電設備的安全使用壽命，提升變電設備的利用率，更好地增強變電站一次設備的安全可靠性，滿足電力系統可持續發展的要求。

【關鍵詞】變電設備；在線監測技術；常見故障；可靠性

1 變壓器設備的在線監測技術與應用

1.1 變壓器設備的常見故障分析

電力變壓器設備是“龍頭”，對于電能的安全可靠傳輸起著重要的樞紐作用，電力變壓器設備的常見故障主要包括有：（1）繞組故障。這是主變的重大故障，表現為繞組變形、位移、短路等，出現這種故障會導致變壓器油溫上升，體積膨脹，嚴重時還會引起主變爆炸。（2）鐵芯故障。當鐵芯接地不良且處于懸浮電位時，會產生對地放電現象。另外，還會出現鐵芯多點接地形成閉合回路的現象，導致電流過熱。（3）分接開關故障。主要表現有過渡電阻在切換時擊穿、燒斷、拉弧等故障。（4）引線套管故障。主要表現為短路、接觸電阻增大、斷路、套管位移等故障。（5）絕緣或密封不良。過電壓會導致絕緣擊穿，過電流則會使絕緣老化加快。密封不良則會造成漏油現象。

1.2 變壓器在線監測技術

（1）變壓器鐵芯多點接地在線監測技術

通常來說，變壓器鐵芯正常運行是一點接地且電流很小，而當其出現多點接地時則會形成閉環回路，并與周邊的磁通或非正常接地點的性質相關聯。在對變壓器鐵芯多點接地在線監測中，當鐵芯接地電流到達報警值時，電流繼電器動作會出現預警；當超過限定的額定值時，可以自動或手動投入限流電阻，實現對鐵芯接地電流的限制。鐵芯在線監測裝置在電流傳感器的作用下，將接地電流轉換為電壓信號，放大、濾波、A/D轉換，再由通信接口將信號數據傳輸到無線傳輸模塊之中，實現在線監測。

（2）變壓器油色譜在線監測技術（DGA）。它是基于油色譜離線檢測技術發展而來，重點對絕緣油中溶解的CH4、CO2、C2H2、C2H4等氣體的含量，進行重點檢測，該技術具有良好的數據通信功能，可以實時監測變壓器內的油氣狀態，響應速度快，可以較好地消除檢測過程中的誤差。

（3）變壓器熱點溫度在線監測技術。這主要是采用紅外成像技術及紫外成像技術，在不接觸和運行的前提下，靈敏而準確地發現電流致熱性及電壓致熱性缺陷，從而及時發現主變運行時內部溫度分布不均勻的現象，避免絕緣局部老化、擊穿和損壞現象。

（4）變壓器繞組變形在線監測。這是通過振動信號分析的方法，對繞組及鐵芯運行狀態時所產生的振動信號進行測量，一旦繞組及鐵芯運行出現變形或位移現象，則其振動信號的幅值、頻譜圖會出現極為明顯的變化，由此可以作為判定設備變形的依據。

2 斷路器在線監測技術分析及應用

2.1 斷路器常見故障分析

高壓斷路器包括有滅弧元件，是開斷電網電流的關鍵設備，它的常見故障主要包括有：（1）密封件失效。（2）動作失靈。這是指斷路器的拒動和誤動故障。（3）絕緣件損壞。（4）滅弧件故障。

2.2 斷路器在線監測技術分析

（1）電壽命監測。由于斷路器是采用分合閘電磁鐵進行操作，為此，要采用分合閘線圈電流監測傳感器，對電流的波形進行同步對比，及時發現和診斷誤動、拒動故障。

（2）機械系統監測。這主要是在線監測線圈分合閘波形及速度狀態，通過將旋轉光柵安裝于斷路器的主軸之上，利用光電斷路器及光柵的相對運動，使速度行程信號轉換為電信號，采集行程、開距等位移量。

（3）控制回路監測。這是重點監測觸點的動作時間。

（4）儲能機構監測。這主要是在線監測儲能電機的電流波形、工作頻次等。

3 容性設備在線監測技術分析與應用

電容性設備主要是指變電站的電壓互感器、電流互感器設備，是電容型的絕緣設備，其相關的參數主要有介質損耗、電容值、電流值等，常見的故障類型主要有：絕緣故障、絕緣受潮、異物放電、過電壓下擊穿、外絕緣放電等。

容性設備的在線監測技術主要包括以下幾種：

3.1 容性設備標準電容器的電橋法

它是采用運行電壓為外加電壓，CN時外接的標準電容器，與停電預試的電橋法原理大體一致，其應用優點在于準確度高，數據精準性強。然而，其監測不足之處在于：高壓標準電容器的相對體積較大，并且采用運行電壓作為外加電壓的安全系數不高，容易導致絕緣擊穿造成設備短路。

3.2 容性設備在線監測相對比較法

它是對同一母線上的兩臺相同型號的容性設備，進行電流的大小及相位的同時在線監測，在系統后臺的計算和比較之下，獲悉介損的差值及電容量的比值，由此可以判定容性設備的在線運行具體情況，是一種應用較為普遍的檢測技術和方法。這種檢測方法的優點在于：可以在線獲取數據，具有更為準確的測量結果，并且相較于電橋外高壓法而言，它無須高壓標準電容器。然而，其應用不足之處在于：假若同一母線數據對比的兩臺設備的缺陷發展趨勢及程度一致，則難以檢測出缺陷性問題，為此，可以采用同一母線上三組之上的容性在線比較方式，有效地保障檢測的結果可靠性。

4 氧化鋅避雷器在線監測技術分析及應用

4.1 氧化鋅避雷器的常見故障分析

氧化鋅避雷器也即MOA，是先進而應用廣泛的過電壓保護裝置，它有良好的非線性特性，承載容量大、結構簡單。然而，它也存在常見性的故障：

（1）MOA內部受潮。這是在安裝過程中滲入水分或密封件失效而導致水分入侵，致使氧化鋅的表現出現放電現象，造成絕緣件的損壞或擊穿。

（2）MOA的老化及熱擊穿故障。當氧化鋅避雷器的發熱功率大于散熱功率時，則會出現擊穿現象。并且，如果出現單相接地故障，則會加速氧化鋅避雷器的老化。

（3）氧化鋅閥片與外瓷套間的局部放電故障。如果外瓷套間受到沾污，其電位分布會發生改變，氧化鋅閥片與外瓷套之間的電位差加大，則會出現局部放電現象，損壞氧化鋅避雷器。

4.2 氧化鋅避雷器（MOA）在線監測技術

（1）全電流在線監測技術。可以將數字萬用表安裝于氧化鋅避雷器的計數器之上，測量避雷器的全電流，有效監測氧化鋅避雷器的在線運行狀態。

（2）阻性電流在線監測技術。通過阻性電流在線監測技術，可以及時發現和診斷氧化鋅避雷器早期的老化現象，它利用LCD-4阻性電流測量儀器，從氧化鋅下端提取信號，將其分解成阻性電流，再將電信號轉換為光信號，輸送到計算機在線監測系統之中，實現在線監測、數據分析和處理。

在進行氧化鋅避雷器在線監測技術應用的過程中，要注意在線監測時相間干擾的影響，要注意氧化鋅避雷器周邊的環境，排除主要干擾源，可以采用角度補償法進行測試和分析，并做進一步的精準測量，以做出精準的診斷。

5 結論

綜上所述，在我國電力系統不斷發展的背景下，要重視和關注變電設備的運行狀態，要全面分析變電設備中的高壓斷路器、容性設備、氧化鋅避雷器的常見故障，并應用先進的變電設備在線監測技術，了解變電設備在線監測技術的優劣勢，把握變電設備在線監測技術應用中的關鍵點和注意要領，進行全面、準確的分析和處理，在傳感器技術和人工智能技術的支撐和依托之下，更好地確保智能變電站的安全可靠運行，促進我國電網系統的安全穩定與可靠性，并為后續的狀態檢修工作提供依據。

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