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      變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

      2014-11-17 14:16:26邱明
      科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年33期
      關(guān)鍵詞:在線監(jiān)測技術(shù)變電設(shè)備故障分析

      摘 要:變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)是保證供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù),尤其是對變電設(shè)備的在線監(jiān)測非常關(guān)鍵,變電設(shè)備一旦發(fā)生故障,輕則單條線路受到影響,重則區(qū)域供電受到影響,因此,要積極做好變電設(shè)備的在線監(jiān)測工作。

      關(guān)鍵詞:變電設(shè)備;在線監(jiān)測技術(shù);故障分析

      前言

      變電設(shè)備作為電力系統(tǒng)中的核心主干,運(yùn)行的可靠性對供電質(zhì)量也會有著直接的影響,作者結(jié)合自身多年經(jīng)驗(yàn),對變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)及故障進(jìn)行探討。

      1 變電設(shè)備概述

      變電設(shè)備主要就是對輸送電線路上的電流、電壓等信號進(jìn)行改變的設(shè)備,是保證輸送電效率的重要組成部分。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人們用電需求的不斷增加,變電設(shè)備也有所革新,進(jìn)而保證系統(tǒng)供電的安全性、可靠性[1]。但是,在供電系統(tǒng)運(yùn)營的過程中,依然會存在變電設(shè)備故障,對系統(tǒng)供電的安全性、可靠性也帶來一定的影響,而變電設(shè)備的在線監(jiān)測技術(shù)以及對變電設(shè)備的故障分析都能規(guī)避或降低設(shè)備故障對線路造成的損壞,進(jìn)一步提高線路供電的可靠性。

      2 變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

      目前在電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中,在線監(jiān)測技術(shù)主要應(yīng)用于變壓器及其附屬設(shè)備、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(以下簡稱GIS)、斷路器的一、二次電氣部分。

      2.1 變壓器在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

      變壓器是供電系統(tǒng)中重要的變電設(shè)備,對系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性有著直接的影響,變壓器在實(shí)際的運(yùn)行過程中,一旦發(fā)生故障,對變電設(shè)備的正常運(yùn)行也會造成直接的影響。局部放電是變壓器較為常見的故障之一,引起這方面故障的原因主要處在變壓器的油絕緣、紙絕緣中存在氣隙,或內(nèi)部場強(qiáng)出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象,以及變壓器導(dǎo)體內(nèi)含有毛刺、尖角等現(xiàn)象都會造成變壓器的局部放電故障,如果不能有效的處理局部放電故障,可能導(dǎo)致局部放電故障的惡化,甚至出現(xiàn)擊穿故障,因此,要做好變壓器的在線監(jiān)測。

      變壓器的在線監(jiān)測技術(shù)主要分為以下幾種形式:

      (1)色譜分析監(jiān)測技術(shù),主要是將變壓器自身的油經(jīng)過循環(huán)管路進(jìn)行循環(huán),并進(jìn)入到脫氣的裝置中,然后再經(jīng)過脫氣裝置流入分析儀,對可燃?xì)怏w等進(jìn)行分析和打印,形成色譜圖清楚得知可燃?xì)怏w的含量值,再根據(jù)變壓器自身油中的溶解氣體的分析,能夠準(zhǔn)確的反映出變壓器運(yùn)行過程中內(nèi)部是否存在故障,如果存在故障能夠?qū)Υ_定相應(yīng)的故障類型,例如,總烴含量過大的話,說明變壓器存在過熱性故障;如果乙炔含量過大的話,說明變壓器存在放電性故障等。變壓器油中的氣體含量變化特征是發(fā)生故障的前兆,因此,對變壓器運(yùn)行的在線監(jiān)測非常關(guān)鍵。通過在線色譜分析技術(shù),能夠?qū)ψ儔浩饔蛢?nèi)氣體的濃度、類型、氣體產(chǎn)生的速度以及氣體變化的趨勢進(jìn)行分析,準(zhǔn)確的判斷變壓器的故障情況,對變電設(shè)備的安全運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。

      (2)鐵芯多點(diǎn)接地監(jiān)測技術(shù)。鐵芯多點(diǎn)接地故障監(jiān)測技術(shù),主要是利用鐵芯引出線引發(fā)接地電流,再對其進(jìn)行取樣測量,從而實(shí)現(xiàn)對接地故障的在線監(jiān)測[4]。鐵芯多點(diǎn)接地監(jiān)測在大型變壓器的應(yīng)用中,是通過外殼的小套管將其引出變壓器外實(shí)施接地的,需要保證變壓器的鐵芯有一點(diǎn)接地,這樣能夠有效的消除鐵芯產(chǎn)生的懸浮電位引發(fā)的對地放電的現(xiàn)象。如果變壓器出現(xiàn)多點(diǎn)接地現(xiàn)象的話,極易造成鐵芯硅鋼片間短路,從而產(chǎn)生環(huán)流故障,因此,一般情況下鐵芯接地僅是一點(diǎn)接地,而且,接地都是以毫安為單位的,一旦出現(xiàn)鐵芯亮點(diǎn)接地故障的話,就會造成接地點(diǎn)的電流增大至數(shù)倍甚至數(shù)百倍的現(xiàn)象,會造成變壓器油內(nèi)總烴氣體含量迅速增加,而相應(yīng)的氣體繼電器就會發(fā)生動作,對供電的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響,因此,為了避免變壓器出現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地故障,應(yīng)積極做好變壓器鐵芯接地電流故障監(jiān)測,這樣才能有效的避免或降低多點(diǎn)接地故障的發(fā)生。

      (3)鐵芯多點(diǎn)接地監(jiān)測技術(shù)。冷卻器是變電設(shè)備的重要組成部分,而且,在運(yùn)行的過程中也經(jīng)常發(fā)生故障,對設(shè)備的正常安全運(yùn)行帶來一定的影響,造成設(shè)備故障的原因主要出在風(fēng)扇和泵的問題上。針對冷卻器在運(yùn)行狀態(tài)下的監(jiān)測,主要對風(fēng)扇和泵的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,可以通過對風(fēng)扇和泵運(yùn)行情況下的電流以及系統(tǒng)的溫度測量,來實(shí)現(xiàn)對風(fēng)扇和泵的在線監(jiān)測[2]。如果風(fēng)扇葉和泵業(yè)輪在正常運(yùn)行之下,旋轉(zhuǎn)是正常的,如果是在非正常的狀態(tài)下運(yùn)行,設(shè)備的控制線圈也會出現(xiàn)異常的現(xiàn)象,一般情況下,造成冷卻器泵軸的故障主要是金屬粒子造成的,就當(dāng)今技術(shù)而言,對冷卻器的監(jiān)測技術(shù)主要采用離線測量的方式,更高深的在線監(jiān)測技術(shù)還在研究中。

      此外,變壓器在線監(jiān)測技術(shù)還應(yīng)用在高壓套管監(jiān)測、本體油溫及部分本體信號監(jiān)測、電流電壓測量、場區(qū)環(huán)境溫度監(jiān)測等各個方面,通過對變壓器相關(guān)重要因素全方面的在線監(jiān)測,能及時發(fā)現(xiàn)變壓器運(yùn)行中存在的隱患,有效避免變壓器嚴(yán)重故障的發(fā)生。

      2.2 GIS在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

      (1)SF6氣體特性、水分在線監(jiān)測技術(shù)。SF6氣體因其優(yōu)異的絕緣和滅弧功能幾乎成為GIS的唯一的絕緣和滅弧介質(zhì),SF6氣體的狀態(tài)對GIS的穩(wěn)定運(yùn)行有著決定性的作用。如SF6氣體發(fā)生泄漏,一方面說明設(shè)備密封不良,另一方面對于SF6斷路器,將影響其分合閘功能,一旦設(shè)備發(fā)生故障,將無法迅速切除故障,導(dǎo)致越級跳閘事件從而擴(kuò)大停電范圍。

      SF6氣體是一種無色無味的氣體,對人體大腦會造成缺氧、窒息的現(xiàn)象,即使空氣中含SF6氣體也不易被人察覺,SF6在線監(jiān)測技術(shù)也能對空氣中SF6的含量進(jìn)行監(jiān)測,一旦空氣中SF6占比例過高的話,就會對其進(jìn)行報(bào)警來通知值班人員。

      此外,如GIS絕緣件材質(zhì)不良或密封工藝不良,造成水分進(jìn)入電氣設(shè)備,達(dá)到一定含量時,液態(tài)水汽將會在絕緣件表面形成導(dǎo)電通道,造成沿面閃絡(luò),對GIS安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響,SF6在線監(jiān)測技術(shù)能監(jiān)測水分含量,在其超出規(guī)定值時及時報(bào)警,通知專業(yè)人員及早采取措施對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)檢修,消除運(yùn)行隱患。

      (2)GIS局部放電在線監(jiān)測技術(shù)。GIS局部放電會對變電設(shè)備的安全運(yùn)行造成較大的影響,局部放電發(fā)生時,電磁波的信號根據(jù)GIS 結(jié)構(gòu)反復(fù)進(jìn)行傳播、反射、折射、遲延、衰減等現(xiàn)象,通過盆式絕緣子放射到外界。通過GIS絕緣子泄漏的電磁波,通過高靈敏度內(nèi)置型或外置型傳感器,進(jìn)行檢測。通過傳感器檢測GIS內(nèi)部局部放電激發(fā)的電磁波信號,檢測到的信號經(jīng)過濾波、射頻前置放大器和檢波器后,由高速數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行采樣、存儲、數(shù)字信號,主要是集成了傳感器、信號現(xiàn)場處理器、超高頻檢測技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對GIS局部放電的情況進(jìn)行監(jiān)控和分析,一旦發(fā)現(xiàn)存在局部放電的現(xiàn)象,會及時采取故障報(bào)警措施,提示值班人員及時對局部放電現(xiàn)象進(jìn)行分析,從而保證變電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

      2.3 斷路器在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析

      針對斷路器的在線監(jiān)測技術(shù)主要是對斷路器的運(yùn)行狀態(tài)、溫度、絕緣等方面進(jìn)行監(jiān)測,具體如下:

      (1)斷路器運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測。對斷路器運(yùn)行狀態(tài)下機(jī)械特性的監(jiān)測,主要是結(jié)合電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù),對開關(guān)每一次的分、合操作的運(yùn)行時間以及運(yùn)行速度進(jìn)行詳細(xì)的記錄,再將提取的斷路器運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)變化進(jìn)行分析,即可分析出斷路器的運(yùn)行是否存在故障,如,磨損、老化、生銹、變形、裝配不當(dāng)?shù)裙收?,都能夠?zhǔn)確的分析出來,對斷路器的故障分析有著極大的作用。

      (2)斷路器運(yùn)行溫度的在線監(jiān)測。斷路器在正常運(yùn)行的狀態(tài)下,從對溫度的監(jiān)測就能推測出斷路器是否存在故障,一旦溫度參數(shù)超出規(guī)范指標(biāo),說明斷路器故障運(yùn)行,設(shè)備也會采取報(bào)警措施,及時對斷路器的故障進(jìn)行控制,避免故障的進(jìn)一步惡化。對斷路器運(yùn)行溫度的在線監(jiān)測主要采用紅外熱像儀,紅外熱像儀對溫度十分敏感,能夠準(zhǔn)確的診斷出斷路器的運(yùn)行溫度。紅外熱像儀主要通過對斷路器的導(dǎo)電回路電阻的檢測,并通過對運(yùn)行溫度能夠判斷開關(guān)的接觸是否正常,眾所周知,如果接觸頭接觸不良的話,導(dǎo)電回路的電阻就會增加,功率增加溫度升高,紅外熱像儀就可以測量出溫度,并從溫度的參數(shù)中分析出斷路器的故障現(xiàn)象。

      (3)斷路器絕緣的在線監(jiān)測。絕緣是變電設(shè)備安全運(yùn)行的重要保障之一,然而,在斷路器運(yùn)行的過程中,經(jīng)常因?yàn)榻^緣的問題而引發(fā)斷路器的故障,因此,做好斷路器絕緣的在線監(jiān)測非常有必要的[3]。絕緣的在線監(jiān)測技術(shù),主要是對變電設(shè)備的絕緣參數(shù)變化進(jìn)行監(jiān)測和分析,一旦發(fā)現(xiàn)斷路器的絕緣參數(shù)超出規(guī)范值,說明斷路器設(shè)備存在絕緣故障,并實(shí)施報(bào)警,為斷路器監(jiān)測工作人員提出重要的參考依據(jù),也是作為證明斷路器絕緣故障的重要依據(jù)。斷路器絕緣在線監(jiān)測技術(shù)能夠有效監(jiān)測數(shù)局部放電、漏電、介質(zhì)損耗等故障信息,對保證斷路器設(shè)備安全運(yùn)行有著極大的作用。

      例如,圖1為某市區(qū)變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)對變電設(shè)備故障的維護(hù)方式,主要分為主動維護(hù)和被動維護(hù),主動維護(hù)是通過在線監(jiān)測技術(shù)能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障風(fēng)險(xiǎn),而被動維護(hù)一般都是故障發(fā)生之后才會被監(jiān)測到的(如圖1所示)。

      3 結(jié)束語

      變電設(shè)備在運(yùn)行的過程中,故障的發(fā)生在所難免,而故障發(fā)生的程度以及故障發(fā)生造成的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡等也有著一定的差異,為了避免變電設(shè)備故障的發(fā)生或降低變電設(shè)備故障造成的損失,需要對變電設(shè)備做好在線監(jiān)測及故障的分析,一旦發(fā)現(xiàn)故障,要及時采取處理措施,避免故障惡化帶來更大的經(jīng)濟(jì)損失。通過文章對變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)及故障分析的探討,作者主要從變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)以及斷路器等相關(guān)變電設(shè)備的角度進(jìn)行分析,希望通過文章的分析,能夠?qū)ψ冸娫O(shè)備的安全運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行提供參考性的建議。

      參考文獻(xiàn)

      [1]王清華.對智能變電站全無線監(jiān)測的探研[J].電子技術(shù)與軟件工程,2013(19).

      [2]段繼洲.變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用[J].自動化應(yīng)用,2013(9).

      [3]王超.變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的智能化改造研究[D].華北電力大學(xué),2013(12).

      [4]劉黎,何文林,劉巖,等.輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)分析軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2011(8).

      作者簡介:邱明(1977-),男,籍貫:江西于都縣,職稱:電氣工程師,研究方向:變電運(yùn)行技術(shù)、變電運(yùn)行管理、變電設(shè)備供電可靠性管理、智能電網(wǎng)技術(shù)研究等。

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