近兩次極寒天氣下變電站電氣設備運行情況淺析

王 馳

（國網江蘇省電力有限公司生產管控中心，江蘇 南京 210000）

0 引言

近幾年迎峰度冬期間，全省氣溫較低，其中，2020年12月28日至31日、2021年1月5日至8日全省范圍內出現過兩次極寒天氣，其間江蘇電網負荷創歷年冬季負荷新高及年內新高。本文對兩次極寒天氣及高負荷雙重影響下變電站電氣設備運行情況進行總結分析，以設備異常信號和發生的缺陷為數據源，挖掘可能存在的設備質量問題和管理薄弱環節，總結應對經驗，分析不足之處。

1 全省天氣及負荷情況

1.1 降雪及氣溫驟降

兩次極寒天氣期間全省氣溫驟降，第一次極寒天氣期間省內各地區均出現降雪情況，第二次極寒天氣期間省內局部降雪。全省最低氣溫下降10～12℃，最低氣溫點為1月7日晚間至8日早晨，其中，淮北地區-13～-12℃，江淮之間-10～-9℃，蘇南地區-7℃，全省冰凍。全省各地區每日最高氣溫平均值為15℃，最低氣溫平均值為-8℃。

1.2 電網負荷再創新高

2021-01-07T19：15，江蘇電網實時負荷再創新高，瞬時輸送功率達117 016 MW，超過2020年迎峰度夏期間最高負荷115 211 MW。2020年12月28日至2021年1月8日期間全省調度用電曲線如圖1所示，省內直流輸送功率曲線如圖2所示，直流輸送功率在1月7日20：00達到峰值18 493 MW。

主變重載臺數增多。兩次極寒天氣期間主變累計重載共計160臺次（每日算一次），重載主變在1月7日達到41臺次。

2 兩次極寒天氣期間電氣設備告警及缺陷概況

經對全部告警數據的分析及比較發現，極寒天氣期間公司所轄變電設備異常告警主要為SF6壓力低、油泵打壓異常、油位異常、N2泄漏、主變冷卻系統異常及加熱器故障告警信號。該六類信號在極寒天氣期間總計發出2 326次，涉及83臺設備。與極寒天氣前比較，極寒天氣期間SF6氣壓低相關信號增加近13倍，油位異常信號增加近61倍，油泵打壓相關信號增加近22倍，N2泄漏相關信號增加近10倍，主變冷卻系統信號增加600多條，加熱器故障相關信號增加100多條。

近兩次極寒天氣期間，公司所轄變電設備共計發現因寒潮引起的缺陷11起，其中漏油（氣）缺陷6起，低抗油位異常2起，支柱絕緣子斷裂2起，避雷器傾斜1起。

3 電氣設備主要告警、缺陷分析

3.1 SF6壓力告警分析

極寒天氣期間，瓷柱式設備共發生SF6壓力告警信號287次，其中瓷柱式開關中西門子（杭州）生產35 kV開關SF6壓力低告警最多。由設備投運年限來看，投運11年以上的設備占比88%。投運時間長的設備，其法蘭、密封圈均存在不同程度的老化現象。發生SF6低氣壓報警，主要原因為密封圈在極寒天氣下會產生收縮，造成密封不良，導致漏氣現象的發生。

案例1：泰×變發3號主變3530開關SF6氣壓低告警，11 min后發開關SF6氣壓低分合閘閉鎖、開關第一組/第二組控制回路斷線等信號。現場檢查開關B相氣室壓力為0.55 MPa（額定值0.7 MPa，告警值0.62 MPa，閉鎖值0.6 MPa），A、C相壓力均為0.72 MPa。使用紅外精確檢漏儀檢測發現開關B相滅弧室下部法蘭密封處存在漏氣點，對開關解體檢查發現B相滅弧室下部法蘭與密封圈壓接處存在裂紋導致漏氣。

SF6表計問題也會導致誤報警。雙金屬補償式SF6氣體密度繼電器的雙層金屬溫度補償能力存在一定的線性變化范圍，當在低溫情況下溫度超過線性變化范圍時，會出現補償能力不足的情況，導致SF6密度表讀數有誤差，嚴重時將造成開關誤發SF6壓力低告警或閉鎖信號[1]。

3.2 油位異常相關信號

油位異常相關信號主要包括“××低抗/主變/站用變油位異常告警”，包括主變、低抗、站用變等，兩次極寒天氣期間共有22臺設備告警發信55條。其中，北京電力設備總廠的BKSJ-60000/35型號電抗器發信次數最多，為14次。經分析，主要原因為該型號低抗產品油枕尺寸偏小，為?800×2 500，額定有效容量占總油體積的6.4%，不滿足10%的設計要求，導致在嚴寒天氣下產生低油位告警，補油后高溫天氣下又容易產生高油位告警。

案例2：秦×變1號主變2號低抗油位異常，現場檢查油枕油位低于告警值。1號主變2號低抗無明顯滲漏油，判斷為北京電力設備總廠該型油枕容量較小（不滿足10%的設計要求），極寒天氣下負荷增長，低抗從滿載狀態退出運行，環境溫度驟降，低抗本體及油枕內絕緣油收縮，達到油位低非電量保護定值告警閾值，發油位低告警信號。

3.3 開關機構告警信號

開關機構告警信號共計263條，均為液壓機構信號，其中油泵打壓超時信號228條，N2泄漏告警信號34條，油位低告警1條。其中，西門子的開關機構發信次數最多。液壓機構開關在氣溫驟降情況下易發生油壓及N2壓力變化，從而導致異常情況發生。

案例3：吳×變2L30開關油位低告警。12月31日，吳×變2L30開關油位低告警，經現場檢查發現，開關液壓機構油位指示低于下限，后檢修專業到場帶電補油后，告警復歸，缺陷消除。

3.4 加熱器故障相關信號

加熱器故障信號總計發出350條，發信設備共22臺。西門子（杭州）高壓開關有限公司的3AP3FI-550型號設備發信次數最多，占比43.71%。檢查為加熱器的動作電流設置過小，經調整動作電流后，信號復歸，設備恢復正常運行。

案例4：廻××變廻津線5053開關加熱器故障告警，發信153次，檢查為加熱器的動作電流設置過小。

3.5 充油設備滲漏油

極寒天氣下，充油設備（尤其是35 kV電抗器）容易出現滲漏油情況。主要原因為電抗器運行工況比較特殊，嚴寒天氣下投切操作會導致電抗器經受較大幅度的溫度變化，頻繁冷熱交替導致密封件不斷熱脹冷縮，再加上密封件本身材質、質量參差不齊，運行一段時間后老化變硬，無法滿足密封要求，從而導致了滲漏油缺陷。

案例5：三×變220 kV堡吳2W74線壓變A相滲油。1月18日，專業巡視發現2W74線壓變A相電容單元下節上部滲油。解體分析發現下節電容器內部抽真空注油管與連通管有兩處滲漏點，管路螺栓處可以看到油珠，螺栓的銅銹也隨著油珠滴落至膨脹器頂部。該壓變已投運12年，在此前一個月內，設備運行環境較為惡劣，溫度極低。

3.6 設備傾斜、斷裂

極寒天氣下，低溫、大風等惡劣氣象條件容易導致避雷針連接法蘭、避雷器底座、電容器支柱絕緣子等出現傾斜、裂縫甚至斷裂等缺陷。主要原因有：（1）部分避雷針法蘭螺栓未采用雙帽雙墊結構，增大了螺栓松動的風險；（2）部分避雷器底座采用小直徑鋼管、角焊縫連接、無加強筋支撐的焊縫結構，該設計導致過渡段抗彎強度偏低，尤其是焊縫熔合線強度薄弱；（3）避雷器底座或構支架由于密封不良或排水孔設置不合理等原因出現積水，在嚴寒天氣下結冰膨脹造成損傷；（4）部分電容器廠家瓷件材質不良，在嚴寒天氣下受冷變脆，且與金屬結合部位存在膨脹系數不一致的情況，導致瓷件受冷碎裂。

案例6：三××變220 kV東南角避雷針傾斜。經檢查發現該避雷針法蘭連接處共計6只緊固螺栓，其3只螺栓脫落，剩余的3只螺栓有2只已變形，造成避雷針向西面傾斜。

4 應對措施

（1）極寒天氣前應開展專業巡視，重點關注瓷柱式斷路器、組合電器的壓力指示是否在正常范圍內。對于已發現存在漏氣點的設備，應重點跟蹤檢查，如接近告警值應考慮提前補氣處理[2]。對于新發現的SF6低氣壓告警設備，應及時進行檢漏，存在漏氣點的設備應結合停電計劃進行修理。

（2）針對北京電力設備總廠低抗儲油柜容積偏小問題，廠家已出具更換大容量儲油柜的實施方案，后續將陸續完成治理工作。

（3）針對近年來低抗滲漏油故障較多的思源電氣股份有限公司進行約談，明確故障原因為該公司早期（2016年前）使用的丙烯酸酯密封墊存在批次性材質缺陷，無法滿足電抗器長期使用要求。極寒天氣來臨前，公司組織低抗專項巡查，逐臺判斷是否存在低油位告警以及滲漏油情況。目前已組織思源公司制定低抗滲漏油處理的詳細方案，針對2016年以前未更換過密封墊的產品，按照輕重緩急逐步更換箱蓋上部所有密封墊。

（4）針對油浸式流變、壓變，需做好極端天氣下的專業巡視，重點檢查在冷熱溫差較大情況下瓷套、二次接線盒、閥門、法蘭、流變頭部等部位有無滲漏，發現異常及時處置。

（5）針對構架避雷針傾斜暴露的問題開展專項排查。通過使用望遠鏡、調閱無人機巡視視頻和照片等方式，開展獨立避雷針和構架避雷針隱患排查，重點排查避雷針本體是否存在傾斜、開裂，法蘭連接部位是否存在銹蝕、變形、開裂、松動，法蘭連接螺栓是否采用“雙帽雙墊”，鋼管避雷針底部是否設置排水孔等。

（6）針對避雷器底座、電容器支柱絕緣子等出現裂縫甚至斷裂等缺陷，一是要做好極寒天氣下變電站設備專項巡視，關注電容器支柱絕緣子是否存在裂紋，避雷器底座、構支架銹蝕情況以及對應主設備傾斜情況，發現問題及時處理；二是對避雷器類似無加強筋的小直徑過渡底座及時補焊加強筋，增大機械強度；三是結合主設備停電開展構支架頂部鋼板狀態評估，發現積水問題或鋼板裂紋、翹起、變形，及時采取排水、加固等處理措施。

5 結語

通過寒潮期間設備運行大數據分析，可以發現特定氣候條件下設備運行特點和潛在問題，并據此制定關于做好冬季變電一次設備防寒防凍專項工作的相關管理規定，落實好差異化跟蹤管控措施，保證寒潮期間設備安全運行。