变电站高压设备检修及监测技术分析

摘 要：变电站设备状态检修的目的是为了及时、有效地监测设备的运行状态，发现设备的潜伏性故障。本文主要介绍变电站高压设备的状态检修技术，并对在线监测和故障诊断的方法进行了分析。

关键词：变电站；高压设备；检修；监测

1 引言

在市场环境下，用户对供电可靠性要求越来越高，而由设备故障或检修所造成的停电损失有时也相当可观。随着在线监测技术、数字化变电站的发展，实现状态检修不仅成为可能也成为必要。就技术层面看，目前在线监测得到的数据分析和综合评判还处于初步状态，最终的结论还需要人的参与，这与在线监测的数据积累不够充足有关，在数据的融合和判据的效用方面还有许多工作要做。同时在管理上客观要求提高运行人员的素质，打破目前按一次设备、二次设备、计量和通信等专业划分的运行、检修模式，以便详细地分析所有能得到的信息资料，综合判断设备的状态。

2 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3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：智能化的一次设备，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替；网络化的二次设备，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，而不再出现常规功能装置重复的I／O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享；变电站综合管理信息系统，在变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告，系统能自动发出变电站设备检修报告，系统能够提供全面、综合、真实的统计、查询及明细数据。

3 设备状态检修技术

设备检修模式大致可分为故障检修、周期性检修和状态检修3种。

3.1 故障检修

故障检修的维修策略是事后维修。这种检修方式以设备出现功能性故障为判据，在设备发生故障已无法继续运转时才进行维修。显然，这种应急维修需付出很大的代价和维修费用，不但严重威胁着设备或人身安全，而且维修不足。

3.2 周期性检修

周期性检修的维修策略是预防维修。计划预防维修的特点是根据计划对设备进行周期性的修理，可分为大修、中修和小修，修理的周期大多由设备制造厂或使用单位确定。这种模式的优点是可以减少非计划(故障)停机，将潜在的故障消灭在萌芽状态。缺点是维修的经济性和设备基础保养考虑不够，容易产生维修过度和维修不足。我国在五、六十年代引进并且在大范围应用的就是这种维修模式。虽然，目前周期性检修仍在大量被应用，然而，随着对供电可靠性要求的提高，这种传统的维修制度已越来越不适应。主要表现在：

(1)需要停电进行试验，而许多重要电力设备轻易不能退出运行；

(2)停电后设备状态(如工作电压、温度等)和运行中不一致，影响判断准确性；

(3)由于是周期性定期试验，绝缘仍可能在两次试验期间发生故障。

3.3 状态检修

所谓状态检修具体说来是根据电气设备的各种相关信息，在充分掌握设备健康状态的基础上，科学地确定预试、检修计划，合理地安排预试的检修项目、内容的检修方式。状态检修的特点是：有一个能反映设备状态的参数；有一个规定的阈值或概念明确的判断数据，以判断设备是否需要检修；状态检修工作本身不需要解体设备。周期性预防性维修的基础是高压电气设备的预防性试验，而状态检修则主要依据高压电气设备的在线监测。在线监测可以提高高压电气设备的利用率，有助于从周期性、预防性维修向状态检修的转变，改善资产管理和设备寿命评估，加强故障原因分析。随着计算机技术和网络技术的发展，不仅使在线监测成为可能，而且将其进一步与变电站自动化系统集合，则有望实现真正意义上的变电站无人值班和状态检修。

状态检修维护策略，国外从80年代初开始了较为深入的技术研究，开发了许多在线监测和故障诊断设备，同时在理论研究方面也取得了较大进展。在技术成果的应用方面，美国以及加拿大就其相关在发输电企业的应用也取得了一定的成果。如何充分利用国内现有资源，加强基础数据分析，提高诊断分析的科学水平是当前开展变电设备状态检修的首要问题。

4 变电设备的状态监测

定期维修主要以预防性试验为基础，而状态检修则主要参考在线监测数据。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。

4.1 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。

目前电力企业都已安装了变压器油色谱在线监测装置，采用色谱分析原理，应用动态顶空脱气技术和高灵敏微桥式检测器，实现对变压器油中7种组分检测，随时监控大型变压器内部的运行状态。而且安装了电力变压器局部放电超高频在线监测系统，通过安装在变压器、油阀上的超高频传感器来在线监测局部放电状况，及时发现故障隐患。

因此，在线监测变压器的绝缘参量，可发现其潜伏性故障，同时将提醒用户注意那些可能导致事故或绝缘老化的状态信息。

4.2 断路器的状态监测

高压断路器在电网中起控制和保护作用，对高压断路器的重要参数进行长期连续的在线监测，不仅可以提供设备现在的运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断有无存在故障的先兆，决定是否可以延长设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用，为电力设备由定期检修向状态检修过渡创造条件。

根据国内外多项统计看，机械故障(包括操动机构及控制回路)占全部故障的70％ ～80％ ，其他灭弧、绝缘故障占有较小比例，发热故障比例更低，因此通常把机构故障包括操动机构控制回路故障放在监测最重要的地位。

现已有开发成功的断路器状态监测在线分布式信息系统，通过独立的微处理器实现对每台断路器状态的连续监测。另外，采用便携式断路器分析仪测试操作机构的响应特性的变化情况，发现用断路器特征波形分析来评定操作机构和相关部件的状态是行之有效的，可有效弥补功率因数法、摇表测电阻和测试试验对确定操作机构状态的不足。

4.3 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容性设备(包括氧化锌避雷器)的在线监测。主要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)的全电流、阻性电流、功耗等参量。

变电站安装容性设备介质损耗带电测试系统，对容性设备的介质损耗在线测试，及时检测设备绝缘的真实情况，反映设备劣化程度。

4.4 GIS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，主要监测气体、SF6开关的电寿命、开关机械特性、局部放电等参量。

4.5 红外检测技术

目前，红外检测作为一种先进的电力设备故障在线监测技术，得到了广泛应用。利用红外敏感材料作为探测器，将物体的热辐射转变为物体表面温度场分布，从而在设备不停电的状况下，远距离、安全可靠、准确高效地发现设备热缺陷，进而实现设备状态检修。主要用于以下常见部位检测：

(1)隔离开关两端顶部及线夹接触处、弹簧压接的刀口及导电杆的焊接、铆接部位。

(2)线路受风力或外界引起振动的机械力作用导致的连接松弛部位，或线路周期性过载及环境温度周期性变化，引起部件周期性热胀冷缩导致的连接松弛部位。

(3)安装施工不严格或不符合工艺要求，例如接触面氧化层未除净或有污垢连接件，焊接工艺差、螺母不坚固、未加弹簧垫、弹簧老化或连接不等径的连接件等。

(4)穿墙套管的引流接头及支撑板开缝处。

(5)断路器、电流互感器的外部引接头，电缆头接线线夹螺栓连接处，耦合电容器引下线螺栓位置，主变压器套管接头及中性点连线位置等等。

近年来，电力企业对红外检测技术进行大力推广应用，所有运行单位均配备了红外点温仪、红外热像仪，对运行设备定期进行测温，并综合比较分析，及时发现了不少存在缺陷，从而预防了事故的发生。

5 结束语

随着电力系统和电力市场的发展，变电站高压电气设备越来越趋向于非长时间停役检查和检修运行，因此必须适时地开展状态检修。既要提高设备的运行可靠性，又要确保较高的供电可靠率，这就对电力设备的维护提出了更高的要求，以往所普遍采用的设备定期维修的弊端越来越突出，以状态检修逐步取代定期检修已成为电力系统设备检修的必然趋势。