基于变电设备状态检修技术

摘要:变电设备种类纷繁复杂，运行中的异常现象千变万化，产生原因也千差万别，通过研究这些异常现象的产生原因，可以发现它们都和设备的制造质量、安装质量、运行维护水平是密不可分的。所以，变电设备的状态检修为提高设备的检修质量和效率、为保障系统安全、建设坚强电网提供重要保证。

关键词: 变电站设备；状态检修；监测

Abstract: the substation equipment type complex, the operation of the abnormal phenomenon protean, reason also differ in thousands ways, through the study of these anomalies reason, can find that they are and equipment manufacturing quality, installation quality, operation and maintenance level is inseparable. So, the state overhaul of the substation equipment for improve equipment maintenance quality and efficiency, as the guarantee system security, strong power grid construction provide important guarantee.

Keywords: substation equipment; The state overhaul; monitoring

中图分类号： TM411 文献标识码：A 文章编号：

1 前言

电网的设备要实现安全可靠运行，要保持良好的健康状态和设备完好率，才能达到电网坚强和供电可靠。状态检修是根据设备的状态而进行的预防性作业。在电网发展日益庞大，用户对可靠性的要求越来越高的今天，状态检修更加显现出不可替代的作用。

2 基于数字化变电站的状态检修

从状态检修的定义可以看出, 状态检修策略应包含以下三个组成部分: 状态信息采集、状态诊断方法和检修策略应用。状态信息采集是整个应用体系的输入, 检修策略为整个应用的体系输出, 状态诊断分析模型的合理建立, 即如何科学合理地建立变电设备健康评价体系, 是贯穿整个状态检修维护策略的核心内容, 也是长期困扰工程应用的难点问题。数字化变电站技术为状态检修提供了可行的技术支持, 主要体现在:

2.1智能化的一次设备

一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路, 采用微处理器和光电技术设计, 简化了常规机电式继电器及控制回路的结构, 数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。

2.2网络化的二次设备

变电站内常规的二次设备, 如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造, 设备之间的连接全部采用高速的网络通信, 二次设备不再出现功能装置重复的I/O, 现场接口通过网络真正实现数据共享、资源共享, 常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。

2.3自动化的运行管理系统

变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化、自动化；变电站运行发生故障时, 能及时提供故障分析报告指出故障原因及处理意 见；系统能自动发出变电站设备检修报告, 从而实现“状态检修”。

同时, 数字化变电站的IEC61850 标准以实现互操作性为目的, 以构建信息模型为手段, 以规范数据通信为途径, 以面向对象的功能服务为承载。它提供了五大类标准: 逻辑节点库、公共数据类及派生的数据对象和属性、抽象通信服务接口及映射规范、自我描述规范、一致性测试规范。对于检修信息, 将应用和通信的解耦。为实现互操作性, IEC61850 通过构建强制约束的信息模型来描述应用功能, 而实现功能的通信方式却是开放和发展的, 为标准的不断拓展预留了空间。同时, 信息采用面向对象的自我描述方法, 实现了信息的自识别和易维护, 为系统功能的不断拓展预留了空间。

3 变电站设备的状态监测

事故维修――定期维修――状态维修, 是技术发展的必然。定期维修以预防性试验为基础, 而状态检修则必须以在线监测为基础。在线监测、故障诊断、实施维修, 这个过程构成了电气设备状态检修工作的内涵。

进行状态检修必须研究电气设备的故障模式, 设备状态应包括: 设备在线监测的特征量、预防性试验的结果数据、设备的历史运行状况和检修情况, 以及设备现在的运行参数状况等。建立在在线监测基础上的故障诊断必须依据上述设备状态, 全面而客观地进行评价。主要检测的设备包括电力变压器、断路器、容性设备和GIS 等。

3.1 电力变压器的状态监测

通过故障模式分析, 变压器及其有载开关应该是在线监测的重点。变压器的在线监测项目主要有: 油中气体测量与分析、局部放电测量、有载开关的触头磨损及机械和电气回路的完整性测量等。变压器在线监测可以被特征化为由缺陷发展到初始故障的过程。这种过程往往历时很长, 这种老化过程的特征有:

油泥的沉积、纸包导体绝缘材料机械强度的减弱, 提供机械支撑的材料的收缩, 以及有载调压开关的错位等。某些运行方式可能导致过热, 使得溶解于油中的水分变成气泡, 这些气泡能够引起液体绝缘介质强度的严重降低, 最终导致介质失效事故。当然, 在某些情况下, 严重的后果会在瞬间发生。一般变压器状态在线监测的项目有: 绕组温度多点测量；铁心温度测量;油量、油位、油温测量；绕组输入、输出电压、电流、有功、无功监视；绝缘分解物测定；内部局部放电量检测和位置判断；冷却系统检测。常用的监测方法有:

（1）油中气体分析法

由于设备内部不同的故障会产生不同的气体, 通过分析油中气体的成分、含量和相对百分比, 就可达到设备绝缘诊断的目的。典型的油中气体如H2、CO、CH4、、和C2H6C2H4C2H2 等常被用作分析的特征气体。通过监测确定特征气体油, 中溶解气体分析(DGOA)已被证明对于发现油浸变压器内部潜伏性故障相当有效和可靠。已DGOA 作为检测变压器内部潜伏性故障的主要试验项目列于DL/T596- 1996 变压器试验项目的首位。

安装油征气体传感器进行连续监测, 可能检测到早期的潜伏性故障征兆, 从而有助于用户尽可能采取正确的检修措施。已有的DGOA 技术能够确定气体的类型、浓度、趋势及气体的产生速率。油中溶解气体的变化速率在决定故障发展严重性方面很有价值。

（2）局部放电法

常用的局部放电检测方法有声学检测、光学检测、化学检测、电气测量等, 过量的局部放电, 既是设备绝缘系统老化的征兆, 也是造成绝缘老化的重要机理。变压器故障的原因之一是介质击穿, 其起因主要是局部放电(PD)。PD 水平及其增长速率的明显增加, 能够指示变压器内部正发生的变化。由于局部放电能导致绝缘恶化乃至击穿, 故值得进行在线监测。最常遇到的PD 源正反映了绝缘中由于某些缺陷状态而产生的固体绝缘的空洞、金属粒子和气泡。解释检测到的表PD 现不够直接, 变压器的剩余寿命与PD 表现之间的相关性不存在一般的规则。从监测和诊断的角度, 高于规定值的PD 检测只能作为警示作用而一般不能作为设备失效的依据。这些现实情况只说明了所遇到的PD 诊断的许多困难之一。基于模式识别方法的局放数字化检测装置及其三维谱图显示很有特色, 但要用于在线连续监测由于现场干扰源的相异性及复杂性, 目前还有相当困难。

目前现场采用的“直线插入定位法”加数字滤波定位, 用干扰平衡装置在变压器各绕组的套管末屏、中性点及铁心等接地线获取信号, 并排列组合成数对“平衡对”来消除外部干扰, 获得PD量。但所测数据的稳定性和重复性都较差。考虑到干扰信号的频率范围, 电力变压器PD 的超高频法(PD 的超高频特征、PD值定标、PD) 定位和超高频传感器的应用研究将有望解决PD在线监测现场干扰的问题。

（3）频率响应分析法

这是用于检测变压器绕组有无变形的有效方法。绕组机械位移会产生细微的电感和电容的改变, 而频响法正是通过细微的变化来达到监测变压器绕组状态的目的。为了达到在线检测绕组变形, 可在线检测变压器短路电抗, 测量精确度可以达到1%。该系统能依据所测短路阻抗数值给出绕组变形程度指示,对已有变形的变压器提出警告, 直至退出运行, 为电力变压器实行状态检修提供依据, 判据较明晰, 而且不依赖于实验者及其经验。

（4）泵风扇运行检测

冷却系统最频繁的故障模式是泵与风扇的故障。连续在线分析泵与风扇的状况, 以决定当它们是否在设定的运行状态或关闭状态。这可以通过测量流过泵和风扇的电流及测量与其相关的控制冷却系统的温度来实现；也可以通过测量泵风/ 扇的电流和上层油温来实现。考虑到金属粒子可能是潜在的介质杀手, 安装监测轴承磨损的传感器是有现实意义, 这种超声传感器被嵌入泵轴承中, 测量轴承长度可以确定是否出现了金属磨损。目前还必须离线测量。连续在线分析必须考虑: 控制冷却系统的温度可能与通过诊断系统测得的温度不同；为冷却系统工作的各阶段而建立的初始监测参数, 决定于变压器的原始设计。

另外, 可以通过对变压器铁心接地电流的在线监测, 来判断变压器铁心是否有多点接地故障。但如变压器油中微水、绕组温度分布及其纸绝缘的老化参量等的在线监测, 国内外都在积极探索中。

在实际应用中, 综合应用以上多种方法, 会达到更好的监测效果。

3.2 容性设备的状态监测

国内外开展较早和较多的在线监测工作便是性设备(包括氧化锌避雷器)的在线监测。主测量容性设备的电容、电容电流、介质损耗(tand)、不平衡电压等参量和氧化锌避雷器(MOA)全电流、阻性电流、功耗等参量。

微弱信号的采集: 末屏电流非常微弱, 例如, 110kV 以上的电流互感器的末屏接地电流约为10～20mA；110～500kV 的MOA 的全电流也仅为1～2mA。传感器的采用应具体情况具体分析。由于所取信号微弱, 考虑到现场电磁场干扰及信号传辅时的衰减, 最好的解决方案是采用数字化传输。MOA 监测结果分析几年来的研究发现这种分析接地线中电流的方法存在相间干扰和系统谐波电压的影响。目前在线监测普遍采用抵消容性电流分量法。由于, MOA 的电容小, 容易被相间和其他母线等电场干扰而影响数据的准确性。而且, 该方法只能补偿基波电流, 不能抑制系统谐波的影响。三次谐波法由十电网中的谐波比较大日不稳定, 而使得测量误差较大。解决的方法:①对测到的阻性电流纵向比较, 同时一也可横向比较；②可在测量装置中采用硬件补偿, 同时一采用软件补偿。

3.3GIS 的状态监测

GIS 没有向外部露出的带电部分, 其可靠性已显著提高, 为检修和维护方便, 需要开发不拆卸设备而用确切的简易办法从外部诊断内部状态, 主要针对集中在以下几方面进行监测:

（1）气体的监测

SF6 气体的监测集中在气体压力、泄漏、湿度、色谱分析等方面。由于SF6 在局部放电和火花作用下会产生分解物, 所以通过比较SF6 的离子迁移率频谱与纯SF6 气体的参考频谱变化, 使检查SF6 的特性改变成为可能。

（2）SF6 坑开关电寿命的监测

开断电流加权值监测, 测量开关的主电流波形、触头何次开断电流值和时间(用录波器或监视器记录), 经过数据处理计算开断电流加权值, 可间接监测开关的电寿命。静、动态电阻监测, SF6 开关有主触头和弧触头, 灭弧主要靠弧触头。通过测量静、动态电阻, 可预测回路接触及主触头、弧触头的磨损情况, 从而判断开关的电寿命。

4结束语

随着电力网规模的扩大，变电站作为电能输送及分配的枢纽，其设备故障对系统安全运行的影响越来越大，定期检修已不能满足供电企业生产目标，国家电网的要求和社会发展的需要。对变电设备进行状态监测及故障诊断，改传统的计划周期

性检修为状态检修，则可大大降低电力企业的生产成本。