探討變電設(shè)備的常見故障及在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

鄭召興

【摘 要】在我國的電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展迅猛的背景下，人們?nèi)找骊P(guān)注供電可靠性，關(guān)注電力變壓器電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備的運(yùn)行安全性，為此，我們要大力研究和分析智能化的變電設(shè)備的在線監(jiān)測方法和技術(shù)，延長變電設(shè)備的安全使用壽命，提升變電設(shè)備的利用率，更好地增強(qiáng)變電站一次設(shè)備的安全可靠性，滿足電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的要求。

【關(guān)鍵詞】變電設(shè)備；在線監(jiān)測技術(shù)；常見故障；可靠性

1 變壓器設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用

1.1 變壓器設(shè)備的常見故障分析

電力變壓器設(shè)備是“龍頭”，對于電能的安全可靠傳輸起著重要的樞紐作用，電力變壓器設(shè)備的常見故障主要包括有：（1）繞組故障。這是主變的重大故障，表現(xiàn)為繞組變形、位移、短路等，出現(xiàn)這種故障會(huì)導(dǎo)致變壓器油溫上升，體積膨脹，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起主變爆炸。（2）鐵芯故障。當(dāng)鐵芯接地不良且處于懸浮電位時(shí)，會(huì)產(chǎn)生對地放電現(xiàn)象。另外，還會(huì)出現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地形成閉合回路的現(xiàn)象，導(dǎo)致電流過熱。（3）分接開關(guān)故障。主要表現(xiàn)有過渡電阻在切換時(shí)擊穿、燒斷、拉弧等故障。（4）引線套管故障。主要表現(xiàn)為短路、接觸電阻增大、斷路、套管位移等故障。（5）絕緣或密封不良。過電壓會(huì)導(dǎo)致絕緣擊穿，過電流則會(huì)使絕緣老化加快。密封不良則會(huì)造成漏油現(xiàn)象。

1.2 變壓器在線監(jiān)測技術(shù)

（1）變壓器鐵芯多點(diǎn)接地在線監(jiān)測技術(shù)

通常來說，變壓器鐵芯正常運(yùn)行是一點(diǎn)接地且電流很小，而當(dāng)其出現(xiàn)多點(diǎn)接地時(shí)則會(huì)形成閉環(huán)回路，并與周邊的磁通或非正常接地點(diǎn)的性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。在對變壓器鐵芯多點(diǎn)接地在線監(jiān)測中，當(dāng)鐵芯接地電流到達(dá)報(bào)警值時(shí)，電流繼電器動(dòng)作會(huì)出現(xiàn)預(yù)警；當(dāng)超過限定的額定值時(shí)，可以自動(dòng)或手動(dòng)投入限流電阻，實(shí)現(xiàn)對鐵芯接地電流的限制。鐵芯在線監(jiān)測裝置在電流傳感器的作用下，將接地電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換，再由通信接口將信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線傳輸模塊之中，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。

（2）變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)（DGA）。它是基于油色譜離線檢測技術(shù)發(fā)展而來，重點(diǎn)對絕緣油中溶解的CH4、CO2、C2H2、C2H4等氣體的含量，進(jìn)行重點(diǎn)檢測，該技術(shù)具有良好的數(shù)據(jù)通信功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測變壓器內(nèi)的油氣狀態(tài)，響應(yīng)速度快，可以較好地消除檢測過程中的誤差。

（3）變壓器熱點(diǎn)溫度在線監(jiān)測技術(shù)。這主要是采用紅外成像技術(shù)及紫外成像技術(shù)，在不接觸和運(yùn)行的前提下，靈敏而準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)電流致熱性及電壓致熱性缺陷，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)主變運(yùn)行時(shí)內(nèi)部溫度分布不均勻的現(xiàn)象，避免絕緣局部老化、擊穿和損壞現(xiàn)象。

（4）變壓器繞組變形在線監(jiān)測。這是通過振動(dòng)信號分析的方法，對繞組及鐵芯運(yùn)行狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)信號進(jìn)行測量，一旦繞組及鐵芯運(yùn)行出現(xiàn)變形或位移現(xiàn)象，則其振動(dòng)信號的幅值、頻譜圖會(huì)出現(xiàn)極為明顯的變化，由此可以作為判定設(shè)備變形的依據(jù)。

2 斷路器在線監(jiān)測技術(shù)分析及應(yīng)用

2.1 斷路器常見故障分析

高壓斷路器包括有滅弧元件，是開斷電網(wǎng)電流的關(guān)鍵設(shè)備，它的常見故障主要包括有：（1）密封件失效。（2）動(dòng)作失靈。這是指斷路器的拒動(dòng)和誤動(dòng)故障。（3）絕緣件損壞。（4）滅弧件故障。

2.2 斷路器在線監(jiān)測技術(shù)分析

（1）電壽命監(jiān)測。由于斷路器是采用分合閘電磁鐵進(jìn)行操作，為此，要采用分合閘線圈電流監(jiān)測傳感器，對電流的波形進(jìn)行同步對比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷誤動(dòng)、拒動(dòng)故障。

（2）機(jī)械系統(tǒng)監(jiān)測。這主要是在線監(jiān)測線圈分合閘波形及速度狀態(tài)，通過將旋轉(zhuǎn)光柵安裝于斷路器的主軸之上，利用光電斷路器及光柵的相對運(yùn)動(dòng)，使速度行程信號轉(zhuǎn)換為電信號，采集行程、開距等位移量。

（3）控制回路監(jiān)測。這是重點(diǎn)監(jiān)測觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間。

（4）儲能機(jī)構(gòu)監(jiān)測。這主要是在線監(jiān)測儲能電機(jī)的電流波形、工作頻次等。

3 容性設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)分析與應(yīng)用

電容性設(shè)備主要是指變電站的電壓互感器、電流互感器設(shè)備，是電容型的絕緣設(shè)備，其相關(guān)的參數(shù)主要有介質(zhì)損耗、電容值、電流值等，常見的故障類型主要有：絕緣故障、絕緣受潮、異物放電、過電壓下?lián)舸?、外絕緣放電等。

容性設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)主要包括以下幾種：

3.1 容性設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)電容器的電橋法

它是采用運(yùn)行電壓為外加電壓，CN時(shí)外接的標(biāo)準(zhǔn)電容器，與停電預(yù)試的電橋法原理大體一致，其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)在于準(zhǔn)確度高，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性強(qiáng)。然而，其監(jiān)測不足之處在于：高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的相對體積較大，并且采用運(yùn)行電壓作為外加電壓的安全系數(shù)不高，容易導(dǎo)致絕緣擊穿造成設(shè)備短路。

3.2 容性設(shè)備在線監(jiān)測相對比較法

它是對同一母線上的兩臺相同型號的容性設(shè)備，進(jìn)行電流的大小及相位的同時(shí)在線監(jiān)測，在系統(tǒng)后臺的計(jì)算和比較之下，獲悉介損的差值及電容量的比值，由此可以判定容性設(shè)備的在線運(yùn)行具體情況，是一種應(yīng)用較為普遍的檢測技術(shù)和方法。這種檢測方法的優(yōu)點(diǎn)在于：可以在線獲取數(shù)據(jù)，具有更為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，并且相較于電橋外高壓法而言，它無須高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器。然而，其應(yīng)用不足之處在于：假若同一母線數(shù)據(jù)對比的兩臺設(shè)備的缺陷發(fā)展趨勢及程度一致，則難以檢測出缺陷性問題，為此，可以采用同一母線上三組之上的容性在線比較方式，有效地保障檢測的結(jié)果可靠性。

4 氧化鋅避雷器在線監(jiān)測技術(shù)分析及應(yīng)用

4.1 氧化鋅避雷器的常見故障分析

氧化鋅避雷器也即MOA，是先進(jìn)而應(yīng)用廣泛的過電壓保護(hù)裝置，它有良好的非線性特性，承載容量大、結(jié)構(gòu)簡單。然而，它也存在常見性的故障：

（1）MOA內(nèi)部受潮。這是在安裝過程中滲入水分或密封件失效而導(dǎo)致水分入侵，致使氧化鋅的表現(xiàn)出現(xiàn)放電現(xiàn)象，造成絕緣件的損壞或擊穿。

（2）MOA的老化及熱擊穿故障。當(dāng)氧化鋅避雷器的發(fā)熱功率大于散熱功率時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。并且，如果出現(xiàn)單相接地故障，則會(huì)加速氧化鋅避雷器的老化。

（3）氧化鋅閥片與外瓷套間的局部放電故障。如果外瓷套間受到沾污，其電位分布會(huì)發(fā)生改變，氧化鋅閥片與外瓷套之間的電位差加大，則會(huì)出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，損壞氧化鋅避雷器。

4.2 氧化鋅避雷器（MOA）在線監(jiān)測技術(shù)

（1）全電流在線監(jiān)測技術(shù)?？梢詫?shù)字萬用表安裝于氧化鋅避雷器的計(jì)數(shù)器之上，測量避雷器的全電流，有效監(jiān)測氧化鋅避雷器的在線運(yùn)行狀態(tài)。

（2）阻性電流在線監(jiān)測技術(shù)。通過阻性電流在線監(jiān)測技術(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷氧化鋅避雷器早期的老化現(xiàn)象，它利用LCD-4阻性電流測量儀器，從氧化鋅下端提取信號，將其分解成阻性電流，再將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，輸送到計(jì)算機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和處理。

在進(jìn)行氧化鋅避雷器在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用的過程中，要注意在線監(jiān)測時(shí)相間干擾的影響，要注意氧化鋅避雷器周邊的環(huán)境，排除主要干擾源，可以采用角度補(bǔ)償法進(jìn)行測試和分析，并做進(jìn)一步的精準(zhǔn)測量，以做出精準(zhǔn)的診斷。

5 結(jié)論

綜上所述，在我國電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的背景下，要重視和關(guān)注變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，要全面分析變電設(shè)備中的高壓斷路器、容性設(shè)備、氧化鋅避雷器的常見故障，并應(yīng)用先進(jìn)的變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)，了解變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)劣勢，把握變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)和注意要領(lǐng)，進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的分析和處理，在傳感器技術(shù)和人工智能技術(shù)的支撐和依托之下，更好地確保智能變電站的安全可靠運(yùn)行，促進(jìn)我國電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定與可靠性，并為后續(xù)的狀態(tài)檢修工作提供依據(jù)。

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