變電一次設(shè)備故障預(yù)測及檢修方法研究

國網(wǎng)伊犁伊河供電有限責(zé)任公司 薛文峰 蔣 兵 魚秀梅 尹睿晨 楊麟煜

1 變電一次設(shè)備故障預(yù)測方法

1.1 基于在線監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行故障預(yù)測

為了增加變電一次設(shè)備故障預(yù)測的精準(zhǔn)度，將在線監(jiān)測技術(shù)引進(jìn)變電站供電系統(tǒng)內(nèi)，能實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)地捕獲設(shè)備運(yùn)行故障相關(guān)數(shù)據(jù)。按照規(guī)范要求在一次設(shè)備的輸出端加裝智能監(jiān)測儀及傳感器；參照變電站項(xiàng)目的綜合運(yùn)營需求，可靠連接監(jiān)測儀和各種一次設(shè)備；啟用監(jiān)測儀與反饋裝置全面采集一次設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，原理如圖1所示[1]。

為了確保在線監(jiān)測技術(shù)所得數(shù)據(jù)能較好地滿足預(yù)測一次設(shè)備的現(xiàn)實(shí)需求，可以基于如上設(shè)計(jì)內(nèi)容在一次設(shè)備的終端加裝IED設(shè)備，檢測現(xiàn)場內(nèi)更合理地部署主站、子站。將由監(jiān)測終端采集到的一次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)信息完整地反饋于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)存儲格式把數(shù)據(jù)輸錄至設(shè)備運(yùn)作信息數(shù)據(jù)庫內(nèi)予以安全存儲。

1.2 基于不確定性理論進(jìn)行故障預(yù)測

采集到變電一次設(shè)備的運(yùn)作數(shù)據(jù)后，基于云推理算法統(tǒng)一處理，并遵循不確定性規(guī)則合理預(yù)測設(shè)備投用期間可能出現(xiàn)的故障。用兩個(gè)關(guān)聯(lián)度（X和Y）表示設(shè)備運(yùn)行時(shí)隸屬度與健康指數(shù)之間的關(guān)聯(lián)程度，通過解讀X和Y兩者的關(guān)系，科學(xué)預(yù)測當(dāng)前工況下設(shè)備突發(fā)故障問題的概率。以上過程中要搜集到一次設(shè)備在變電站內(nèi)使用時(shí)間、既往投用時(shí)的健康指數(shù)、經(jīng)典故障發(fā)生頻率等信息，以此為據(jù)創(chuàng)建能反映出其運(yùn)行狀態(tài)的專用關(guān)聯(lián)云模型，綜合在線監(jiān)測所得的運(yùn)行數(shù)據(jù)，更客觀、合理地判斷后續(xù)設(shè)備故障的發(fā)展趨勢、危害程度等。可以把一次設(shè)備運(yùn)行的健康指數(shù)隸屬度設(shè)定成預(yù)測其故障發(fā)生情況的主要測評指標(biāo)，用公式組運(yùn)算出變電站一次設(shè)備的xj：

結(jié)合以上運(yùn)算公式創(chuàng)建變電一次設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行期間的故障發(fā)生趨勢不確定圖，把監(jiān)測數(shù)據(jù)逐一整合進(jìn)云圖內(nèi)，綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測設(shè)備突發(fā)故障異常的概率，該過程涉及的運(yùn)算公式[2]：

利用以上運(yùn)算公式能幫助電力運(yùn)維技術(shù)人員初步明確一次設(shè)備投運(yùn)期間的健康水平，依照某種故障發(fā)生的隸屬度，合理地預(yù)測一次設(shè)備內(nèi)部故障發(fā)生情況。

2 變電一次設(shè)備故障的檢修方法

2.1 隔離開關(guān)故障

2.1.1 開關(guān)機(jī)構(gòu)相關(guān)問題

機(jī)構(gòu)及傳動系統(tǒng)引起的拒分拒合問題。當(dāng)水滲到開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部時(shí)，會對連桿、拐臂和底架等產(chǎn)生一定銹蝕作用，引起開關(guān)后續(xù)出現(xiàn)發(fā)生拒分或拒合現(xiàn)象。為了改善以上狀況，要盡早替換性能達(dá)不到要求的部件，并落實(shí)好銹蝕部件的維修工作，可以采用局部涂擦二硫化鉬潤滑劑或加裝防水罩的辦法，這是當(dāng)前隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)及傳動系統(tǒng)常用的基本防銹及防腐手段。

開關(guān)分/合閘不到位或三相不同期：這類故障的誘發(fā)因素主要有兩點(diǎn)：其一是未合理設(shè)置分/合閘定位螺釘、輔助及限位開關(guān)的行程，要定期檢查以上器件的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時(shí)消除隱患因素；二是連桿使用期間局部變形而導(dǎo)致長度縮短，加強(qiáng)巡視檢查，當(dāng)連桿出現(xiàn)變形或受損問題時(shí)，要盡早更換或修整。而針對隔離開關(guān)三相不同期的問題，維修技術(shù)人員要屢次啟閉開關(guān)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行操作，確保各項(xiàng)操作的精準(zhǔn)度。若運(yùn)用以上方法后隔離開關(guān)依然不能分合至設(shè)計(jì)位置，則技術(shù)人員要佩戴絕緣手套，以手動形式強(qiáng)制地使開關(guān)三相觸頭到位，事后還需執(zhí)行停電檢修項(xiàng)目。

2.1.2 導(dǎo)電回路接觸不良

若用于固定隔離開關(guān)接觸部件的螺栓松動，且接觸面沾有污物造成光滑度下降時(shí)，雨水、灰塵等很易進(jìn)入其中引起氧化反應(yīng)，引起電化腐蝕，接觸電阻隨之加大，接頭處溫度增加，引起導(dǎo)電回路接觸松動的問題。解決以上問題的做法是將固體潤滑劑均勻地涂膜在隔離開關(guān)的接觸面，增加光滑度，減少被氧化的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.3 活動接觸位置的接觸不良

一是觸頭接觸位置過熱過燙：觸頭部件接觸點(diǎn)嚴(yán)重污染及觸頭彈簧彈力下降均可能成為接觸不良問題的誘發(fā)因素。針對以上問題，用防水膠增加固定接觸部件的密閉性，并始終維持接觸面的清潔度與干燥性，進(jìn)而確保接觸電阻是定值[3]。

二是接線座過熱：一些隔離開關(guān)若存在局部密封不良的情況時(shí)，水蒸氣、塵埃等易通過滾動式觸頭處進(jìn)入其內(nèi)，產(chǎn)生不同程度的氧化及積垢現(xiàn)象，進(jìn)而造成接觸觸頭溫度顯著增加。應(yīng)增加滾珠軸承位置的密封性，將局部油脂老化或流失等問題發(fā)生率降到最低。

2.2 斷路器故障

一旦變電站斷路器運(yùn)行期間突發(fā)越級跳閘的問題，短時(shí)間內(nèi)故障波及范圍就會快速擴(kuò)大，威脅整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行狀態(tài)，易帶來大面積停電事故，使廣大電力用戶的用電權(quán)益遭受不同程度的損害。應(yīng)明確斷路器越級跳閘故障的成因，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)即刻啟動應(yīng)急預(yù)案處理，維持電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)。

某110kV變電站運(yùn)行期間突發(fā)一起10kV斷路器越級跳閘及接地變柜冒煙事件，導(dǎo)致主變501開關(guān)跳閘。事發(fā)后第一時(shí)間組織停電檢查活動。本變電系統(tǒng)采用的是雙母分段接線，其內(nèi)的中性點(diǎn)經(jīng)小電阻實(shí)現(xiàn)可靠接地如圖2所示[4]。

圖2 變電站部分一次設(shè)備的接線

發(fā)生事故的當(dāng)天下午全面檢查了#1接地變柜中所有設(shè)備的外觀，未見任何燒灼痕跡，但小電阻旁有輕微的燒焦味，隨后按照規(guī)程對接地變柜中的地變本體、小電阻、接觸器、中性點(diǎn)CT等一次設(shè)備均進(jìn)行絕緣電阻、接地變直流電阻測試等，試驗(yàn)期間均未見異常，試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

現(xiàn)檢查測試了10kV 512開關(guān)（斷路器）以及CT，本開關(guān)是真空斷路器，至變電站系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)已經(jīng)投運(yùn)18年之久。試驗(yàn)檢測環(huán)節(jié)，在對其B相斷口絕緣進(jìn)行檢測時(shí)，絕緣電阻高達(dá)155kΩ，明顯小于規(guī)程要求值。交流耐壓試驗(yàn)中當(dāng)試驗(yàn)電壓增加到16kV時(shí)，耐壓 裝置發(fā)生過流保護(hù) 跳閘動作，B相斷口交流耐壓試驗(yàn)過程受阻；耐壓試檢分析后，檢測到其絕緣電阻是55kΩ，即絕緣不達(dá)標(biāo)。耐壓試驗(yàn)檢測結(jié)果后進(jìn)入斷口合閘回路的電阻測試項(xiàng)目中，所得試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 512開關(guān)試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)

綜合表1 內(nèi)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)512開關(guān)B相斷口耐壓試驗(yàn)前后測得的絕緣電阻值均遠(yuǎn)小于規(guī)程要求值，交流耐壓試驗(yàn)不合格，測出回路電阻值顯著高于廠家規(guī)定值（≤50μΩ）。隨后拆除512開關(guān)B相的真空泡，輕牽拉靜觸頭端的導(dǎo)電桿底座，發(fā)覺導(dǎo)電桿能伴隨底座共同運(yùn)動，據(jù)此可以認(rèn)定靜觸頭側(cè)導(dǎo)電桿松動。斷路器真空泡的絕緣缺陷是造成本次斷路器發(fā)生越級跳閘事故的主要誘因。

明確故障成因后立即更換了有缺陷的真空泡，隨后對512開關(guān)進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)檢測，各項(xiàng)試驗(yàn)檢測結(jié)果均合格。為了確保516開關(guān)后續(xù)能安全、穩(wěn)定運(yùn)作，規(guī)避相同或相似的運(yùn)行故障，還提出了如下幾點(diǎn)預(yù)防性措施：一是加大對10kV開關(guān)柜的紅外測溫與局部測試力度，密切關(guān)注斷路器底座是否出現(xiàn)發(fā)熱、發(fā)燙情況，并且結(jié)合負(fù)荷流量大小合理調(diào)控周期長短；二是停電階段對該批次相同型號的斷路器進(jìn)行停電預(yù)試檢查，日常試驗(yàn)中工作人員始終要保持謹(jǐn)慎、認(rèn)真的態(tài)度，及時(shí)探查到隱患因素；三是檢修人員要有效利用停電時(shí)間對斷路器進(jìn)行專項(xiàng)檢查、維修；三是不管是在設(shè)備出廠或交接試驗(yàn)環(huán)節(jié)，均要做到嚴(yán)格把關(guān)，規(guī)避出現(xiàn)劣質(zhì)產(chǎn)品投用生產(chǎn)的情況。

2.3 變壓器的故障

2.3.1 三相不平衡故障

變電站變壓器運(yùn)行期間突發(fā)這種故障問題時(shí)會直接降低設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，特別是在農(nóng)村地區(qū)，三相不平衡故障會造成變壓器損耗量顯著增加，明顯降低設(shè)備而得效用，可能會引起變壓器油壓過高或其他部件受損或燃燒等情況。檢修三相不平衡故障時(shí)要集中調(diào)控負(fù)荷功率，結(jié)合變電站正常運(yùn)行所需功率與負(fù)荷功率的變化特征，微調(diào)整變壓器的三相負(fù)荷，逐漸建立三相平衡的運(yùn)作狀態(tài)。

2.3.2 滲漏油故障

這是變壓器運(yùn)行期間的常見故障類型，漏油會直接帶來油位下降的情況，也會加速油與空氣接觸后發(fā)生酸化的速度，進(jìn)而造成油的深度顯著增加；還會減緩熱裝速度，弱化變壓器的綜合運(yùn)行性能，誘導(dǎo)油溫及油裂解過程。針對發(fā)生漏油故障的變壓器，如果是微小滲漏、滴漏問題，則建議首選快速密封堵漏膠棒處理，采用這種維修策略時(shí)，一定要清除掉滲漏處所有的油泥、氧化物及漆皮等，使金屬外露本色，堵漏膠封堵滲漏位置。為了防控后續(xù)變壓器再度出現(xiàn)漏油問題，則要選用耐高溫、耐油性能優(yōu)良的密封墊，通常情況下國內(nèi)選擇邵氏硬度達(dá)到70～80度的丁腈橡膠作為變壓器的密封材料。

2.3.3 接地不良的故障

變壓器的防雷保護(hù)工作中常出現(xiàn)避雷器接地不良的問題，以致出現(xiàn)過電壓情況時(shí)其就無法有效地發(fā)揮作用，降低效用，增加了變壓器絕緣結(jié)構(gòu)破損的概率。現(xiàn)場檢修時(shí)要全面查清和避雷器相關(guān)的接地不良位置，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行改接，先將避雷器接地，可靠連接變壓器的外殼和低壓側(cè)中性點(diǎn)，隨后用接地線將其連接在共用接地裝置上，把接地電阻控制在4Ω以下。

3 結(jié)語

我國各地電網(wǎng)工程建設(shè)數(shù)量及規(guī)模均明顯增加，電力檢修維護(hù)工作量明顯增加，電力企業(yè)在社會社會中占據(jù)的地位持續(xù)提升，對國民經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行起到了保障性作用。應(yīng)將先進(jìn)理念滲透到變電一次設(shè)備故障的預(yù)測與檢修實(shí)踐中，創(chuàng)新優(yōu)化檢修方法，綜合變電設(shè)備主要參數(shù)檢測情況組織檢修活動，加大預(yù)防性措施的應(yīng)用，進(jìn)而確保變電一次設(shè)備可靠運(yùn)行，為廣大電力用戶提供高品質(zhì)的電能資源。