變電設備在線監測檢修技術及狀態評價

劉玉奎 劉 悅

（國網吉林省電力有限公司通化供電公司，吉林 通化 134000）

由于變電設備種類多樣且分布零散，以往采取的定期檢修模式存在諸多弊端，例如無法實時掌握變電設備的狀態、不能準確判斷故障位置等，給檢修作業增加了難度。基于傳感器技術、通信技術和計算機技術的在線監測檢修系統，以同步獲取各臺變電設備運行參數為基礎，根據數據分析結果對變電設備狀態進行評價，有助于找準養護、維修的重點，提高檢修效率，保障運行安全。

1 常用變電設備在線監測檢修技術

1.1 變壓器在線監測技術

變壓器常見故障有繞組短路、鐵芯對地放電、引線套管開裂等。以鐵芯多點接地故障為例，在線監測技術原理為：正常情況下，鐵芯為一點接地，此時流經鐵芯的電流較小，不會出現發熱和放電情況。但是鐵芯因為振動、老化等原因，發生位移進而出現多點接地后，會在鐵芯與繞組之間形成環流，導致電流持續增加，達到一定值后發生對地放電現象。利用由電流互感器、A/D 轉換器、限流電阻、通信接口等組成的鐵芯在線監測裝置，與鐵芯并聯，可以實時采集流經鐵芯的電流信號。經過放大、濾波后，由A/D 模塊轉化成數字信號。在計算機的處理下，數字信號在顯示器上呈現出來，從而實現了對變壓器鐵芯電流值、溫度值的在線監測。若溫度和電流超過標準值后，進行報警。

1.2 避雷器在線監測技術

氧化鋅避雷器（MOA）常見故障有密封失效、熱擊穿、閥片處局部放電等。其在線監測技術有兩種，分別是基于全電流的在線監測和基于阻性電流的在線監測。前者是將萬用表與避雷器并聯，實時采集避雷器兩端的全電流。若實測電流超過額定電流的兩倍以上，則認為是達到了安全警戒值，即進行報警。但是MOA 具有非線性特性，受到高次諧波電流的影響，導致全電流監測結果經常失準。因此基于阻性電流的在線監測實用性更好。其監測原理為：在每個MOA 下方安裝一臺監測器，實施采集阻性電流。將電信號經A/D 轉換器處理后，以數字信號輸出并進入到計算機中。經過計算機的后臺處理，在顯示主機上展示結果。MOA的在線監測原理如圖1 所示。

圖1 MOA 在線監測原理圖

某變電站使用避雷器在線監測裝置，發現B 相阻性基波電流最大達到了0.14mA，而A 相和C 相僅為0.05mA；同時監測數據顯示B 相的相位角為79.4°，已經小于80°的安全臨界值，故發出警報。檢修人員在接收警報后，根據發出警報的位置，快速鎖定故障源。使用紅外測溫儀分別對A、B、C 三相測溫。發現B 相溫度在29.6-30.7 之間波動，高于另外兩相。斷電之后，進行直流高壓泄漏試驗，發現在電壓升高至80kV 時，避雷器B 相出現擊穿。拆解避雷器后，發現內部閥片絕緣失效，重新更換后再次試驗并測溫，各項數值恢復正常，問題得以修復。

1.3 容性設備在線監測技術

電容型設備常見故障有絕緣層開裂、油液含水率超標、異物放電等。其在線監測系統由兩部分組成，即電流電壓信號采集部分、變電設備狀態監測部分，監測裝置是基于“相對值比較法”實現異常報警。以油液含水率的在線監測為例，前端監測裝置安裝在油箱內的浮動閥上，可實時測量油液中的微量水分。將實時采集數據與容性設備正常工況下的標準數據進行對比，若實測數據超出了標準范圍，則進行報警。在容性設備的電流、電壓監測方面，對精度也有特殊要求，如表1 所示。

表1 容性設備電壓、電流在線監測精度要求

2 變電設備狀態評價方法

對變電設備運行狀態進行評價，需要盡可能獲取設備運行的詳細數據。數據的獲取與分析工作量極大，無法依靠人工來完成，必須要引進基于大數據、云計算的信息系統。在此基礎上，按照狀態評價流程（如圖2）得出最終的評價結果，幫助檢修人員更加客觀地了解變電設備的狀態。

圖2 變電設備狀態評價流程圖

2.1 變電設備狀態量的選擇

根據變電設備的運行特點和基本功能，將狀態量分為兩類，即直接反應變電設備核心功能的主狀態量，以及間接表示變電設備基本功能的輔助狀態量。以變壓器為例，主狀態量包括繞組電阻、頂層油溫、套管介損等；輔助狀態量則包括繞組絕緣電阻、油液水含量、油箱溫度等。對于SF6 斷路器，主狀態量包括開斷短路電流次數、套管外絕緣、SF6 氣體泄漏等；輔助狀態量包括壓力表、金屬件等。

2.2 狀態量評價分值

在明確了每一類變電設備的狀態量后，還要采用賦值法，確定每一項狀態量允許的最大扣分值。該值表示在不影響變電設備正常運行的情況下，可以允許的最差狀態。以SF6 斷路器為例，各項狀態量允許的最大扣分值如表2 所示。

表2 狀態量評價指標及分值

在最大扣分值以內，決定實際扣分值的因素是狀態量實測值與設備標準工況下正常值的差距。兩者差距越大，則扣分值越高。由于狀態量的表現形式存在差異，其扣分規則又可分成定量狀態量和定性狀態量兩種類型。其中，定量狀態量又包括了區間型、損耗型等若干類型。

2.3 部件的狀態評價

在變電設備中，存在若干具有獨立功能的零件，例如變壓器中的繞組、鐵芯、油箱等，分別具有輸送電流、電磁耦合、絕緣和散熱的功能。在變電設備實際運行中，這些關鍵部件出現故障后，也會直接影響設備整體的運行。因此，在狀態評價時也要著重關注這些重要部件的狀態量。同樣的，每個部件的狀態量可分為若干項，以變壓器繞組為例，主狀態量包括了電阻、介質損耗因數等；輔助狀態量包括了溫度、紙絕緣聚合度等。主狀態量最大扣分值設定為60 分，輔助狀態量最大扣分值設定為15分。部件評分公式為：

式（1）中，P 表示被評價的部件，n 表示部件的數量。

2.4 變電設備的狀態評價

不同部件因為所處位置、自身性能、使用數量等原因，對變電設備整體狀態的影響有高有低。為保證狀態評價結果更加精確，還應引入部件權重的概念。部件功能越重要，對變電設備整體運行影響越大，則權重越高。若某個部件出現故障進而導致設備無法維持標準狀態運行時，可選擇"短板效應"的處理方式，設備整體的狀態評價參照評價結果最差的部件。如果所有部件狀態均為正常，則整體的狀態評價公式為：

式（2）中，Kp 表示權重系數，取值范圍[0,1]；其他同上。

如果各個部件中，存在任意一個或多個的評價分值達不到正常狀態，則參照得分最低的部件，整體的狀態評價公式為：

3 結論

變電運行管理中，推廣在線監測檢修技術實現對各類變電設備狀態參數的實時、動態收集，然后將獲取的海量數據進行統計、對比，完成設備狀態分析。根據分析結果，能夠及時發現異常狀態，在報警的同時，還能提供故障原因、故障位置等基本信息，方便檢修人員快速查明導致異常工況的原因，進而提高了故障維修效率，使變電設備盡快恢復正常運行。