變電站變電運行故障分析與處理

中國電力科學研究院武漢分院 程 磊 蔡 林 李 金 陳智偉

變電站在電網基礎建設中發揮著重要作用。變電站是電力系統重要的組成部分，其主要功能是實現對電能的分配與控制。隨著變電站逐步向智能化方向發展，設備發生異常事故概率增加，存在一定的變電運行安全風險。一旦出現了較為緊急的變電事件，如不及時處理，則會導致故障進一步擴大，所以在變電站內采取有效的運維措施及事件處置方式較為關鍵。因一次系統內電氣設備的安全運轉易引起二次系統內電氣設備工作狀況的影響，進而造成供電與配電系統停止使用。要想保證電網安全平穩運行，必須注重對變電操作的管理，同時要有計劃地引進新設備，確保變電站的運維工作科學、安全、有序進行。

1 變電站

變電站是電能傳輸和供配電的中轉站。根據實際需要，其可以提高或降低電壓，同時還可以改變電源的方向和大小。變電站設備主要包括變壓器、繼電保護裝置、控制變壓器和開關柜、母線、儀表、配置通信裝置、防雷裝置等。要想實現變電所的安全平穩工作，需要保證各種設施良好狀況，需要對設施實行經常性和不定期檢查，及早發覺并解決問題，及時識別缺陷并進行維護[1]。

2 提高變電站安全操作能力的重要性

變壓是指變壓器從低壓增加到高壓或者從高壓降低到低壓，以滿足電能傳輸要求。在供電系統運行過程中，一般變電站是給用戶提供能量的最后一個環節，其直接影響到用戶的安全和效率。能源是當前社會生活最重要資源基礎，是穩定、安全、和諧社會的重要基石。在建設階段，由于受到主客觀條件的干擾，停送電現象不可避免。因此，在分析社會層面時，提高電網的可靠性較為重要。

3 變電站變電運行常見故障

3.1 一次設備故障

集成電路是利用引線與各種元器件相連組成的。在變壓器工作環境中，易發生電纜故障以及一些其他器件的安全隱患，其中變壓器系統故障的風險較高。在嚴重情況下，變電站中的部分甚至大面積設備和系統將癱瘓。其中，母線故障有以下兩個主要原因。一是在母線本身的接線過程中隱藏了某些問題或者故障，對變電站整個線路的運輸有不同程度的影響；二是有大量設備連接到母線。一旦其他線路上的設備發生故障，將通過線路的傳輸影響總線的正常運行，導致母線故障。

變壓器是變電站中關鍵的核心器件，其安全性和穩定性直接關系供電安全性。變壓器故障將對變電站正常生產造成較大損失，不僅影響變壓器壽命，同時還會造成電力事故，并且因變壓器故障停運對社會經濟影響范圍較大。變壓器設備按照正常的發生故障形式，又可分為內在發生故障和對外發生故障，內在發生故障是指變壓器設備本身內在絕緣故障以及繞組所產生的故障情況，而對外發生故障則是指變壓器設備及其輔助裝置所產生的故障情況。電力變壓器系統中常見的故障情況有：電力變壓器系統過熱、油位失常、制冷裝置發生故障、輕瓦斯繼電器動作、電力變壓器系統跳閘以及電力變壓器的緊急停機。

3.2 二次設備故障

二次裝置作為整個輸配電網中的主要部分，包括了繼電保護、通信、智能化、后臺監測等裝置，其運行狀況對整個電網的經營、工業生產等具有較為直觀的深遠影響。電網當中的二次裝置，在長時間運行的工作流程當中，難免會形成不同的故障情況問題。較典型的故障問題有保護裝置故障問題、通信故障問題、直流系統的連接故障問題等。

3.2.1 保護裝置故障

保護裝置故障是變電站二次系統中較為常見的類型。繼電保護控制系統設備屬高精密設備，但由于應用時期的變長，原集成電路表層通常會因為靜電驅動現象而吸收大批塵埃，甚至還會在與原集成電路的連接處上產生新的導電性通道，進而危害繼電控制系統的監視管理工作。另外，由于施工以及操作環境等因素，會造成二次電纜絕緣性的下降，進而引起繼電設備故障問題。

3.2.2 電壓互感器和電流相互感器故障

在二次設備中，電壓互感器和電流相互感知器二次回路是兩種主要的裝置。電壓互感器二次電路故障主要表現為：二級電路的中性點電流輸出存在未接地現象，如果發現該故障，將會造成各相電壓之間存在失調，進而產生電阻器件或方向器件拒動或誤操作的現狀。PT開口三角電流輸出回路產生了斷線問題，進而造成零序保護工作產生了拒動現狀。電壓互感器常見的二次回路接線方式及向量關系見圖1～圖4[2]。

通過帶電檢測端子間電壓判斷電壓回路，當N線斷線或失去一點接地時，對于將N線接入保護裝置的，可以通過觀察相電壓采集情況，一般表現為電壓不穩定、波動，相電壓超差。因為N線是一點接地的，斷線后，失去0電位參考點，裝置的N點懸空，采集到的電壓會有波動。通過各相的電壓測試，也可判斷出N線是否斷線[3]。

3.3 變電站變電運行的人為因素

通過對變電站運行故障的總結和分析，不難發現人為因素是關鍵。一是變電站運行人員專業能力不足；二是變電站操作人員的具體操作不規范，導致變電站運行出現嚴重故障。

3.4 變電站外部故障操造成跳閘

變電工作過程中可能會出現跳閘故障，跳閘故障由以下幾種因素所引起。一是電網因素。變電所中主要通過不同的線路完成其工作以及電能運輸，在長期使用中，會因為時間和環境等問題而產生線路老化等情況，從而使得變壓器運行受到影響，進而形成了重合閘的狀況，影響變壓器的正常工作。二是硬件裝置問題。因裝置故障導致電流發生越流，需要使用跳閘來維護線路或者裝置，而如果出現開關無反應等狀況，也可能會導致重合閘故障的出現。

4 變電站變電運行故障的處理

4.1 一次系統設備故障維修

4.1.1 母線損毀故障處理

母線與其他部件相連，因此在維護和管理期間，有必要隔離母線故障區域的電源，以避免母線故障對其他設備的影響，減少損失。然后，在維修過程中，維修人員應使用專業的維修設備對故障區域內的母線和各支線及設備進行全面檢測和故障排除，確定電路故障的位置，了解故障類型，并開展針對性檢修工作。檢修結束后，對檢修部位進行試驗檢測，檢測母線或故障線路是否恢復正常，以確保變電站內所有母線故障均已消除，變電站能正常運行。

4.1.2 開關故障處理

開關故障處理以預防為主，加強日常維護和維修。尤其是在開關柜運行過程中出現噪聲的情況下，要及時拆除檢查，觀察開關柜是否完好，檢查開關柜是否受到灰塵和油污的影響，同時應進行相關的清潔工作。在電流測試過程出現電流不平衡，這種問題一般是由于器件老化所造成的。所以，要盡快替換破損和陳舊的開關柜[4]。另外，還應檢測控制器和設備間的接頭，以及連接處有無出現錯誤接頭，并加以修復，以保證開關柜工作的安全性。

斷路器故障是變壓器在工作中常見的故障，變電站必須在日常管理工作中采取以下方法進行解決。

4.1.3 變壓器故障排查

一是變壓器過熱。過熱對交流變壓器較為不利，因為交流變壓器絕緣破裂主要是由于過熱而造成的，環境溫度的提高也削弱了絕緣材料的耐壓和機械強度。變壓器設備的過熱溫度對變壓器設備的可靠壽命影響較大，按照變壓器設備正常運行的6℃規律，在80～140℃時，環境溫度每提高6℃，變壓器設備絕緣可靠壽命下降的速率就會增加一倍。

當出現變壓器設備系統油溫異常升高的情況時，針對上述情況的影響因素逐項加以檢測，進行正確診斷，檢測處置的重點包括：如連續操作儀表均指向變壓器設備系統已過負載，而單相變壓器系統組三相各工作溫度計指示值基本一致，變壓器設備系統及冷卻水設備正常工作運轉，則油溫升高由過負載引發，應加強對變壓器設備系統監測（負載、工作溫度、工作狀態），并建議及時轉移負載以減少過負載倍數和減少過負載的持續時間。如果是冷卻水系統不充分投入引起的，應立即投入，如果是冷卻水系統失效，要盡快找出問題，及時解決，排除故障。

一旦問題無法及時消除，則需要嚴密觀察變壓器的工作溫度和壓力。如果遠方測量設備產生的報警信息，但表明環境溫度值較高，而實際溫度計值并不高，則是遠方測量電路發生錯誤報警，該故障問題應選擇適當的時間進行排查。假設三相變壓器組內的某一相水溫上升，顯然超過了該相在過去對相同壓力，同等冷卻條件下的工作水溫且所有冷卻設備、溫度計等均正常工作，其運熱情況是由變壓器系統內的一些問題所致。

二是冷卻裝置故障。冷卻系統是利用變壓器油使繞組的定子散熱。冷卻系統良好與否，是變壓器設備正常工作的關鍵保障。冷卻裝置失效也是變壓器系統中常見問題。如果冷卻裝置發生損壞，則變壓器系統工作環境溫度急速升高，變壓器絕緣壽命將會下降。檢測制冷裝置的故障，應根據故障停機的區域（是個別油泵風扇停轉還是整組停轉，是一相停轉還是三相停轉)，并對照冷卻裝置的控制電路圖尋找故障地點，以盡可能減少制冷裝置的停機時間。

變壓器的個別風機或水泵故障終止運轉，但其他運行條件正常，原因可能是風機或水泵與三相電源之間有一通斷開，使發電機的運行電壓增加，熱繼電器開關活動或斷開電源，或直接將發電機燒毀；風機或油泵軸承或機械故障；風機或水泵調節電路中，相關的控制繼電器、接觸器或其他元器件發生故障，或調節電路中斷。若同一電力變壓器的一個（或若干臺）風機或水泵同時停轉，主要原因是該組的供電故障，熔斷器熔斷或熱繼電器保護開關動作，或控制繼電器保護開關失效，應立即投入備用風機及自備水泵，然后處理并恢復。

三是變壓器跳閘。電力變壓器發生自動重合閘，要及時展開全面檢測，以找出跳閘因素再作適當處置。具體的檢測內容主要有：根據保護的系統動態信息、故障記錄波及其他檢測設備的指示以及打印記錄，確定是何種保護性動作。檢測電力變壓器重合閘前的負載范圍、油位、水溫、油色、電力變壓器有無自行噴油、冒煙、瓷套管閃絡、裂紋，電壓保釋閥有無動作以及其他突出的故障現象等；分析故障記錄波的波形，以了解系統狀況，如保護區內是否有短路電壓故障、系統內部是否正常操作，以及是否有操作過電壓、合閘操作勵磁涌流現象等。如檢測結果顯示變壓器自動停機并非變壓器故障所致，則當外部故障消除后，變壓器仍可再次投入正常工作。

4.2 二次系統故障維修

4.2.1 開路法檢測

開路法檢測方式主要應用在直流電路的故障檢修當中。首先要對整個電氣二次回路進行全面的排查。其次在故障線路確定之后，要使用電壓比對其內部電壓進行測定，以此判斷電路當中的電壓是否處于合理范圍，以便逐漸縮短故障范圍，最終確定故障發生的地點。

4.2.2 替代法檢測

為避免在檢測中受到保護裝置誤動，或出現電壓過高，要針對電氣二次回路故障，采用替代法進行排查。采用替代法的原因是能快速地對電力線路當中的電子元器件進行更換，快速讓電力線路恢復到正常運行。

4.2.3 電位測定法

為提升檢測效率，可采用電位測定法進行有針對性的檢測維修。首先要對所有電氣二次回路中的節點進行電位測量，一旦出現電位異常，就可判斷出電子元器件的故障問題，然后再進一步的檢查分析故障原因再行處理。

4.2.4 電流測定法

繼電保護裝置誤操作致使斷路器故障，致使電氣二次回路無法繼續運行，可利用電流測定法。在檢測過程中，檢驗人員采用電流法，對設備工作狀態進行了全方位的檢查，從而確定了故障發生的具體位置，并將已確定的電流值與正常值加以比較，以便快速分析找到故障點，可針對短路類故障維修。

4.3 人為誤操作造成故障避免

4.3.1 加強變電站變電運行的安全監管制度

對變電站內整體安全故障的管理工作應始終以預防為主，定期開展故障排除與維修工作，把故障限制在預防階段內，把故障所帶來的經濟損失降到最低點。尤其是在交流輸電系統失效的防范與控制技術方面，由于輸電線路故障檢修難度大，維護技術要求高，許多山區輸電線路的維護極為困難。因此，預防輸電線路系統故障應重點建立和完善故障排查人員的管理機制。發現潛在故障時，應及時進行專業檢測和維修，及時更換舊設備，防止故障發生。對優秀的變電站安全監察人員，將給予精神和物質獎勵，把變電站正常、安全、零故障運行作為工作人員的工作思想指導，最大限度減少故障給變電站造成的損失。

4.3.2 提升管理人員的技能水平與素質

通過對管理人員進行培訓，可有效提升管理人員的專業能力和素質，從而更好地對變電站進行管理，確保變電站的穩定進行。首先，對管理人員的行為進行規范，規范好管理人員，運用相關標準來進行管理，強化管理人員的規范和安全意識，可以有效防止故障的發生和安全問題的出現。其次，要不斷更新管理人員的知識結構，豐富專業理論知識，側重于提高管理人員的故障處理能力，如避雷器故障、線夾發熱等處理，這樣不僅提高了管理人員的整體素質和故障處理水平，也能降低因故障帶來的影響和減少故障所造成的損失。

5 結語

電力供應在當今社會的各個領域發揮著至關重要的作用，是促進社會經濟穩定發展的重要力量。因此，必須做好電力系統及其設備的運行維護安全管理，確保電力能源的可持續供應。在強化設施保障、完善安全管理制度、提升工作人員的綜合水平等方面，不斷改善當前在變電所管理運維工作中出現的問題，以提升運維管理技術水平，實現全國供電系統長期平穩運轉，為人民群眾提供更優良的電能服務條件。在管理變電所工作過程中，由于各種因素可能會出現故障。相關工作人員應做好對設施和作業線的檢查保養工作，并針對故障因素提出解決辦法，變電所的故障運行可能會影響整個變電所系統的正常順利工作，從而降低了電能品質，甚至損害供電的完整性。因此，電力企業要注意變電所工作中的故障排除，按照科學管理原則“預防為主、安全第一”，實現變壓器供電系統的安全平穩運轉。保證變電所的安全工作[5]。