電氣一次設(shè)備狀態(tài)檢修應(yīng)用分析

國網(wǎng)冀北電力有限公司唐山供電公司 霍衛(wèi)衛(wèi)

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力資源的需求量日益趨增，我國電力建設(shè)事業(yè)同樣呈現(xiàn)出了快速發(fā)展的態(tài)勢。變電站一次設(shè)備檢測與維護是一項基礎(chǔ)且必要的項目，同時也可看作是對變電站供電過程中運行是否達標、成本是否可控，以及工期是否合理等多目標綜合性工程。從安全穩(wěn)定性角度來看，一次設(shè)備在變電站中起著至關(guān)重要的作用。

1 110kV變電站一次設(shè)備狀態(tài)檢修基本情況

1.1 項目背景

本項目110kV變電站是L地區(qū)智能變電站，該變電站從修建到運行至今已長達10年。目前，該變電站內(nèi)部一共配備了10臺發(fā)電機組，卻因受到變電器、GIS等一次設(shè)備的故障影響，導致目前的發(fā)電量嚴重下降，從而難以維持當?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活需要。因此，為能夠有效解決該問題，需要對該變電站存在的一次設(shè)備故障問題進行優(yōu)化改善，從而確保變電站能夠維持正常運轉(zhuǎn)。

1.2 設(shè)備概況

本項目110kV變電站可以分為：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、接地開關(guān)以及GIS設(shè)備等。其中，GIS設(shè)備能夠?qū)?10kV變電站中，除了變壓器之外的其他一次設(shè)備進行合理的空間配置，從而形成封閉式的組合電器。正因為該設(shè)備具有占地面積小、重量輕、成本低、不易受外界環(huán)境干擾、運行可靠性高等特點，所以GIS設(shè)備才成為目前電力行業(yè)的主要電氣設(shè)備。

1.3 檢修流程

針對110kV變電站一次設(shè)備故障檢修過程中，發(fā)現(xiàn)了不同類型的一次設(shè)備在檢修的過程中存在著一定的差異。如A工廠所生產(chǎn)的一次設(shè)備，只有變壓器、斷路器等暴露在外面，如果不借助相應(yīng)的工具，難以對其內(nèi)部進行深入檢修；B工廠所生產(chǎn)的一次設(shè)備，沒有自帶獨立的通信管理機，所以運維人員在檢修過程中，需要對以往歷史數(shù)據(jù)在邏輯單元進行讀取，這樣步驟十分煩瑣；C工廠所生產(chǎn)的一次設(shè)備沒有配備相應(yīng)的信號控制裝置。因此，無論是哪種類型的一次設(shè)備，都有可能會出現(xiàn)故障[1]。

所以，為了確保該變電站所有一次設(shè)備在狀態(tài)檢修過程中能夠順利進行檢查，本文將狀態(tài)檢修的重點環(huán)節(jié)進行總結(jié)，分為以下幾方面：檢查所有一次設(shè)備是否通電；檢查一次設(shè)備電源開關(guān)指示燈是否常亮；檢查相應(yīng)的變壓器設(shè)備、斷路器、隔離倒閘設(shè)備是否正常工作；檢查GIS設(shè)備、互感器等是否正常工作；檢查電容器是否能夠正常工作；檢查母線是否連接成功；檢查負荷開關(guān)與隔離開關(guān)能夠正常工作；檢查載流導體是否與其他一次設(shè)備正常連接；全面測試一次設(shè)備是否滿足變電站電壓等級要求，耐壓檢測時間3min以內(nèi)。

1.4 存在的問題

產(chǎn)品質(zhì)量差。由于該變電站所使用的一次設(shè)備存在著一些質(zhì)量較差的產(chǎn)品，因此導致電力系統(tǒng)在實際運行過程中，時常發(fā)生運行故障。除此之外，該變電站電力系統(tǒng)在運行過程中，會因穩(wěn)定性較差而導致電力運輸過程中出現(xiàn)輸配電不穩(wěn)定，而以上故障問題主要存在于一次設(shè)備的變壓器、斷路器、母線等[2]。

檢測技術(shù)落后。該地區(qū)配電網(wǎng)在運行過程中，除了一次設(shè)備產(chǎn)品本身存在問題之外，最重要的一點是因為故障檢測技術(shù)較為落后。由于一次產(chǎn)品本身就存在較高的故障率，相關(guān)的檢測設(shè)備具備的功能不夠完善，導致運維人員在進行故障檢測時，缺乏先進的技術(shù)手段，再加上本項目變電站運行年限較為久遠，大部分一次設(shè)備，如變壓器、斷路器、母線等老化程度逐漸嚴重，從而導致整個故障檢測與維修工作開展起來較為困難。

2 GIS設(shè)備檢修分析

2.1 故障類型

GIS設(shè)備該變電站中一次設(shè)備的重要組成部分，隨著該變電站使用年限的不斷增加，也會導致該設(shè)備發(fā)生故障的概率逐步提高。GIS設(shè)備通常在進行運輸、安裝的過程中，因質(zhì)量不達標、運輸途中受損以及安裝人員狀態(tài)檢測不到位等情況，一定程度上會造成GIS設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生局部放電，嚴重的情況下甚至可能會擊穿其他電氣設(shè)備，從而引發(fā)安全事故[3]。下文是幾種常見的變電站GIS設(shè)備故障類型。

電暈放電。GIS設(shè)備在制造過程中，一旦出現(xiàn)生產(chǎn)工藝質(zhì)量問題，或相關(guān)技術(shù)人員在安裝過程中因操作不當，都有可能會導致該設(shè)備內(nèi)部電極出現(xiàn)故障。如果直接運行使用，根據(jù)強大的電場力的作用，會導致GIS設(shè)備內(nèi)部場強逐漸增大，此時如果內(nèi)部場強超過SF6氣體的絕緣強度時，將會導致毛刺周圍發(fā)生放電，而此過程就叫做電暈放電。雖然電暈放電并不會直接導致GIS設(shè)備被擊穿，但是根據(jù)放電狀態(tài)而言，如果GIS設(shè)備一直處于恒定放電狀態(tài)，那么內(nèi)部的SF6氣體的絕緣強度將會逐漸降低，最終失去絕緣性能，導致氣體將設(shè)備擊穿，從而引發(fā)故障。

自由金屬顆粒放電。由于GIS設(shè)備在運輸以及安裝運輸過程中會受到外界因素的干擾，導致一部分自由金屬顆粒進入到設(shè)備內(nèi)部并直接附著在罐體內(nèi)部表面。一旦電力系統(tǒng)接通電源并運行，該設(shè)備的內(nèi)部將會產(chǎn)生強大的電場力，而這部分自由金屬顆粒將會受到電場力的作用，進入到GIS設(shè)備殼體中，并隨著電壓大小和場強方向的不斷變化，在設(shè)備內(nèi)部進行往復(fù)式運動，直至GIS設(shè)備被這些自由金屬顆粒擊穿，最終導致設(shè)備損壞。

沿面放電。由于GIS設(shè)備內(nèi)部表面附著了一些導電自由顆粒，由于這部分顆粒體積小、質(zhì)量輕，所以會在罐體氣室內(nèi)漂浮，這些漂浮的顆粒周圍電場強度同樣也會發(fā)生變化。如當周圍電場強度超過SF6氣體絕緣強度時，則會使漂浮的導電顆粒周圍毛刺尖端發(fā)生放電反應(yīng)。此時，絕緣子表面的自由顆粒在強大的電場作用下，會發(fā)生位移，進而導致絕緣子沿面放電，一旦絕緣子附近電場強度分布不均，會直接導致設(shè)備被擊穿。

2.2 檢修實例

案例分析：L地區(qū)110kV變電站自正式投入使用以來，運行狀態(tài)一直良好。直到2021年9月15日，該變電站運行發(fā)生故障，運維人員立即進行故障檢修，當對GIS設(shè)備進行檢查時，結(jié)果是并未發(fā)生異常。隨后將A段110kV母線進行間隔隔離，并將該段母線經(jīng)過絕緣電阻測試，結(jié)果卻顯示其中L1相與L3相的絕緣電阻值為1GQ，而L2相的絕緣電阻值為225MQ。因此得出結(jié)論為，本次故障發(fā)生點在L2相。于是，相關(guān)運維人員將A段母線剪開后發(fā)現(xiàn)，L2相中的引線屏蔽套管對GIS設(shè)備外殼產(chǎn)生了放電反應(yīng)，導致該設(shè)備絕緣子表面出現(xiàn)燒毀痕跡。

原因分析：由于該GIS設(shè)備在生產(chǎn)制作過程中，生產(chǎn)商對產(chǎn)品質(zhì)量把控不過關(guān)，導致設(shè)備內(nèi)部有部分金屬顆粒和粉塵雜質(zhì)存在，再加上其間隔外殼質(zhì)量不符合出廠標準，一旦殼內(nèi)有雜質(zhì)存在，此時再接通電源，金屬毛刺則會立刻發(fā)生反應(yīng)，引起周圍電場發(fā)生場強變化，從而導致金屬顆粒以及粉塵雜質(zhì)在強大的電場力作用下進行運動，達到一定時間后最終將設(shè)備外殼擊穿，導致故障發(fā)生。

3 110kV變電站一次設(shè)備狀態(tài)檢修有效措施及評價

3.1 110kV變電站一次設(shè)備狀態(tài)檢修基本原則

首先，本研究110kV變電站一次設(shè)備狀態(tài)檢修，需要結(jié)合該變電站所有一次設(shè)備應(yīng)用原則，以及相關(guān)流程進行合理設(shè)計，針對不同的一次設(shè)備，需要滿足其能夠獨立運行的需求；其次，針對該變電站一次設(shè)備狀態(tài)檢修目的是能夠按照設(shè)備實際的運轉(zhuǎn)情況，從而設(shè)計出一次設(shè)備的科學合理的狀態(tài)維修方案。由此可見，針對一次設(shè)備的真實情況進行合理評估，也是狀態(tài)檢修系統(tǒng)中基礎(chǔ)卻又不可或缺的一項工作，所以只有確定了一次設(shè)備的真實運行情況，才能夠為其選擇出最佳的維修方式[4]。

再者，一次設(shè)備的狀態(tài)維護技術(shù)需要采用科學合理化的方法進行，因此需要對所有一次設(shè)備發(fā)生的故障進行信息收集，并針對存在的故障進行原因分析，從中總結(jié)出狀態(tài)維護的規(guī)律性；最后，當一次設(shè)備處于運行狀態(tài)時，需要匯總該變電站所有一次設(shè)備的狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)，運維人員才能以此進行準確地評價出其運行狀態(tài)是否良好。

3.2 變壓器檢修

針對變壓器進行狀態(tài)檢修過程中，變電站運維人員需要重點關(guān)注以下幾方面問題：變壓器接線柱以及周圍的引線是否正常連接，確保變壓器連接的接線柱，以及引線連接負荷能夠滿足電力設(shè)備的相關(guān)要求和標準；對于變壓器的絕緣情況而言，相關(guān)運維人員需要采用專業(yè)化的檢測設(shè)備對整個變壓器絕緣情況進行全面檢測；檢測變壓器周圍是否存在漏油現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)該問題必須及時上報并處理，同時也要找出問題原因，做好相應(yīng)記錄。

3.3 斷路器、隔離開關(guān)檢修

針對斷路器進行狀態(tài)檢修過程中，變電站運維人員需要對斷路器內(nèi)部的零部件進行仔細檢查，查看零部件是否存在磨損或者零部件是否存在松動現(xiàn)象，通過觀察斷路器在實際運行過程中的運行狀態(tài)，確保斷路器能夠及時發(fā)揮出作用；針對隔離開關(guān)進行狀態(tài)檢修過程中，變電站運維人員需要利用紅外線溫度測控儀器針對隔離開關(guān)溫度進行全方位檢測，其中的溫度檢測值需要驗證是否超過隔離開關(guān)的實際運行溫度，一旦超過就需要立即找出導致溫度過高的影響因素并進行維修。檢查設(shè)備的電器接觸器和開關(guān)的工作情況，確保接觸良好，避免接觸不良導致溫度過高。定期對設(shè)備進行保養(yǎng)和維護，包括檢查設(shè)備的各個部件是否正常，是否有零件損壞、腐蝕等問題，及時進行維修和更換。

3.4 GIS設(shè)備檢修

GIS設(shè)備在生產(chǎn)過程中常常會因為產(chǎn)品質(zhì)量不符而導致故障的發(fā)生。所以，加強GIS設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)，管理人員需要對出廠的GIS設(shè)備的檢測報告進行查驗，嚴格把控好產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是針對重要零部件，做好相應(yīng)檢查工作，確保產(chǎn)品質(zhì)量能夠符合出廠要求。此外，針對該設(shè)備狀態(tài)檢修過程中，需要嚴格把控變電站周圍環(huán)境，必須在設(shè)備周圍搭建防塵圍欄才能進行檢修操作。其中，防塵圍欄設(shè)備，應(yīng)該具備防塵除濕、降溫、保溫等功能。一旦現(xiàn)場環(huán)境因素不符合檢修要求，將會造成粉塵雜質(zhì)、潮濕空氣等進入到設(shè)備內(nèi)部，從而導致這部分金屬導電顆粒與GIS設(shè)備進行結(jié)合，從而存在放電故障[5]。

最后，針對GIS設(shè)備定期開展檢查能夠有效減少故障發(fā)生概率。例如：針對SF6氣體的溫度、濕度進行檢查，利用X光對局部是否產(chǎn)生發(fā)電進行檢查，一旦發(fā)生異常情況，需立即關(guān)停設(shè)備，保障變電站運行安全。除此之外，針對監(jiān)測的信息數(shù)據(jù)進行分析，并根據(jù)分析結(jié)果制定出調(diào)整計劃，通過對數(shù)據(jù)進行深入分析，識別出問題和潛在風險，并找到優(yōu)化和改進的方向。例如，如果分析顯示某個指標或變量存在較大波動，可能需要調(diào)整相應(yīng)的管理策略或措施，確保GIS設(shè)備故障率得以有效控制，不僅能夠提升GIS設(shè)備使用壽命，同時也能保障變電站運行安全。

3.5 狀態(tài)檢修評價

將變電站一次設(shè)備狀態(tài)檢修措施實際應(yīng)用于電網(wǎng)系統(tǒng)中，為了檢驗其是否能夠達到預(yù)期的檢修效果，供電企業(yè)要對檢修的效果進行定期的評價。評價不僅僅是實時評價，還應(yīng)包括年度評價。實時評價是在狀態(tài)檢修完成后對一次設(shè)備的運行狀態(tài)的評價，變電站通過實時評價，供電企業(yè)可以判斷設(shè)備是否存在故障或潛在問題，以及設(shè)備是否按照標準進行檢修。同時，實時評價還可以提供對設(shè)備狀態(tài)的準確記錄，為后續(xù)的檢修工作提供參考依據(jù)。而年度評價則是在一年的周期內(nèi)，對狀態(tài)檢修工作的長期運行效果進行評價。因此，電力企業(yè)在開展狀態(tài)檢修工作后，還應(yīng)加強對其檢修效果的評價，保證狀態(tài)檢修的高效進行。

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力資源的需求量日益趨增，我國電力建設(shè)事業(yè)同樣呈現(xiàn)出了快速發(fā)展的態(tài)勢。當前，我國變電站建設(shè)工作已經(jīng)全面實現(xiàn)大規(guī)模自動化，因此我國電力事業(yè)水平也有了較大的突破。為提高變電站運行效率，維持一次設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，對變電站一次設(shè)備的狀態(tài)檢修與故障維護等方面提出了更高的標準及需求。通過對實際運行過程中變電站一次設(shè)備存在的問題展開深入分析與研究，提出相應(yīng)的解決措施，確保該變電站能夠穩(wěn)定輸送電力，進而維持我國電力事業(yè)的長遠發(fā)展。