基于超高壓變電設(shè)備缺陷特征的狀態(tài)檢修提升策略

汪 鑫,王紫鑒,魏 陽

(1.國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610031；2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著四川電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)展和藏電外送工程的建設(shè)，相當(dāng)大比例的輸電線路和變電站建在了地質(zhì)條件惡劣的地區(qū)。長期的重載運(yùn)行、頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害、惡劣的氣候環(huán)境以及相對(duì)分散的站址給輸變電設(shè)備的運(yùn)維和檢修工作帶來巨大壓力。受電網(wǎng)運(yùn)行方式、生產(chǎn)效益、人員結(jié)構(gòu)、氣候環(huán)境和設(shè)備工況等多因素制約，四川電網(wǎng)狀態(tài)檢修發(fā)展不充分，停電相對(duì)難、運(yùn)行時(shí)間增長、氣候環(huán)境影響、不良工況使故障頻發(fā)。

狀態(tài)評(píng)價(jià)體系在實(shí)踐中仍存在幾方面問題：一是部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新不及時(shí)、不齊全，導(dǎo)致生產(chǎn)管理系統(tǒng)臺(tái)賬和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)錄入與實(shí)際有偏差；二是評(píng)價(jià)仍依賴于人工處理，但人員素質(zhì)結(jié)構(gòu)性差異明顯；三是對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下狀態(tài)量采集不足，會(huì)出現(xiàn)“事后評(píng)價(jià)”，狀態(tài)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性有待提高；四是帶電檢測數(shù)據(jù)未能有效對(duì)接評(píng)價(jià)體系，設(shè)備缺陷數(shù)據(jù)尚未有效利用[3-8]。

為尋求新策略從源頭提升狀態(tài)檢修質(zhì)效，在一定程度上降低設(shè)備故障率，基于四川500 kV變電站的帶電檢測工作成果，總結(jié)帶電檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷與海拔高度、負(fù)荷分布、雷擊分布、運(yùn)行年限、設(shè)備類型等變量因素的特征關(guān)系，提出狀態(tài)檢修質(zhì)效提升策略。從系統(tǒng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用、變電站設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、設(shè)備檢測檢修方面提出建議[1-2]。

1 缺陷的區(qū)域影響規(guī)律

四川500 kV及以上變電站地域分布廣泛，面臨環(huán)境各異，因此變電站在設(shè)計(jì)類型、負(fù)荷分布、運(yùn)行環(huán)境方面存在較大差異。下面將從地形、地貌、負(fù)荷分布、雷擊分布、海拔、氣候等特點(diǎn)進(jìn)行缺陷的區(qū)域性規(guī)律闡述。

1.1 地形分布特性的影響

將帶電檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷與所處海拔建立聯(lián)系,缺陷的分布有以下特征，如表1所示。

表1 缺陷與變電站海拔關(guān)系

缺陷數(shù)量隨海拔升高而遞減，但因變電站數(shù)量也有銳減趨勢，僅從數(shù)量上不能完全說明二者關(guān)系，因此通過站均缺陷數(shù)量來分析二者關(guān)系，如圖1。

圖1 缺陷與海拔趨勢關(guān)系

缺陷發(fā)生的數(shù)量隨著海拔上升而呈現(xiàn)遞減趨勢。分析認(rèn)為在站均缺陷數(shù)量隨著海拔上升而遞減的趨勢背后，高海拔變電站站均缺陷率低與設(shè)備類型有一定關(guān)系。變電站在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段由于充分考慮了地形因素，AIS變電站主要應(yīng)用于四川中部和東部地區(qū)，HGIS和GIS應(yīng)用于川西等高原地區(qū)。因此高海拔變電站主要采用的是GIS和HGIS設(shè)備，避免了其他復(fù)雜因素的影響，一定程度降低了缺陷數(shù)量。

1.2 負(fù)荷分布特性的影響

四川水電資源集中在四川西部和南部地區(qū)，而負(fù)荷集中在盆地中部的成都平原地區(qū)，如圖2所示。

缺陷統(tǒng)計(jì)顯示，負(fù)荷集中區(qū)域缺陷占比65%，水電集中區(qū)域缺陷占比35%。對(duì)于以水電送出為主的變電站，負(fù)荷率較重的時(shí)間區(qū)段集中在豐水期；對(duì)于以負(fù)荷供電為主的變電站，則負(fù)荷率較重的時(shí)間段集中在夏季高溫和冬季低溫時(shí)。因此在制定帶電檢測計(jì)劃時(shí)，需在豐水期前對(duì)西部變電站實(shí)施帶電檢測，在高峰負(fù)荷來臨前進(jìn)行中東部變電站帶電檢測工作。

1.3 雷擊分布特性的影響

線路遭受雷擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生雷擊過電壓，可能導(dǎo)致開關(guān)動(dòng)作。這將對(duì)站內(nèi)設(shè)備造成沖擊，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)不好時(shí)，會(huì)造成設(shè)備擊穿。因此須考慮雷擊對(duì)設(shè)備造成的影響，針對(duì)雷擊跳閘頻繁的變電站，盡量保證在雷雨季節(jié)到來之前開展帶電檢測工作。

四川電網(wǎng)雷害嚴(yán)重程度在電力系統(tǒng)中排名前三，涼山州、樂山、宜賓、雅安等地是輸電線路雷擊災(zāi)害高發(fā)區(qū)域，山區(qū)復(fù)雜地形及高電阻率土壤給防雷工作造成了很大困難。為避免雷擊造成設(shè)備損壞，應(yīng)在雷電季節(jié)到來之前，對(duì)雷擊跳閘高發(fā)的變電站進(jìn)行帶電檢測，確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。

統(tǒng)計(jì)四川省超高壓線路近4年雷擊跳閘次數(shù)，如圖3所示，雷擊跳閘從3月持續(xù)到10月，6—8月份最為集中，雷擊的地域分布特性如圖4所示。因此在制定帶電檢測策略時(shí)，攀西、甘孜等地區(qū)變電站的帶電檢測工作盡量在雷雨季節(jié)之前開展，以保證設(shè)備的健康狀態(tài)。

2 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響規(guī)律

2.1 設(shè)備的運(yùn)行年限影響

電力設(shè)備長期運(yùn)行中，缺陷會(huì)隨著服役時(shí)間而增多，這與設(shè)備的運(yùn)行年限有密切聯(lián)系，各站運(yùn)行年限統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 500 kV及以變電站運(yùn)行年限統(tǒng)計(jì)

輸變電設(shè)備的故障分布與設(shè)備的運(yùn)行年限符合“浴盆曲線”規(guī)律，如圖5，曲線分3個(gè)階段：早期失效期、偶然失效期以及損耗失效期。

圖2 四川地形差異及負(fù)荷分布

圖3 每月累計(jì)雷擊跳閘次數(shù)

圖4 近4年雷擊跳閘總數(shù)

圖5 浴盆曲線

新投設(shè)備由于設(shè)計(jì)、材料、部件磨合及安裝工藝等原因，運(yùn)行不穩(wěn)定、故障的概率相對(duì)較高，這一階段稱作為早期失效；設(shè)備運(yùn)行趨于穩(wěn)定、故障率基本恒定，該階段為設(shè)備的偶然失效期；設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行帶來的老化使其故障率上升，進(jìn)入損耗失效期。

統(tǒng)計(jì)西昌分部、雅安分部17座變電站近3年的所有缺陷數(shù)據(jù)，其與運(yùn)行年限的特征如圖6所示。整體上變電設(shè)備的缺陷率隨著變電站運(yùn)行年限的增長呈上升趨勢，運(yùn)行時(shí)間在3年以內(nèi)的變電站處于早期失效期，缺陷率反而存在較高情況；運(yùn)行在5—10年間的變電站設(shè)備相對(duì)穩(wěn)定，存在缺陷率相對(duì)較低的情況；運(yùn)行在15年以上的變電站，處于設(shè)備老化的損耗失效期，此時(shí)缺陷率整體較高，潛在故障風(fēng)險(xiǎn)大。

圖6 設(shè)備運(yùn)行年限與缺陷率關(guān)系

可根據(jù)運(yùn)行年限和缺陷的特征關(guān)系，針對(duì)性地開展維護(hù)和檢修工作。狀態(tài)檢修含A、B、C、D 4種類別，其中C類檢修是設(shè)備的常規(guī)性檢查、維護(hù)和試驗(yàn)；D類檢修是不停電狀態(tài)下的帶電測試、外觀檢查和維修。應(yīng)加大C、D類檢修力度，同時(shí)根據(jù)變電站年限規(guī)律深化D類檢修工作。

2.2 設(shè)備的類型影響

從對(duì)各缺陷的處理及原因分析角度觀察，以GIS類局部放電缺陷為例，涉及內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性的缺陷僅有4.4%，剩余缺陷多為生產(chǎn)及安裝工藝不良所致。設(shè)備廠家的工藝工序成為評(píng)價(jià)設(shè)備質(zhì)量和性能的重要因素。因此，設(shè)備選型上更應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)廠家，重點(diǎn)考慮設(shè)備質(zhì)量和性能，盡量選擇設(shè)備綜合性能好、抵御環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)且適宜于四川地域環(huán)境的生產(chǎn)廠家和設(shè)備型號(hào)。

3 狀態(tài)檢修提升策略

從兩個(gè)方面提升狀態(tài)檢修策略:一是將主要變電設(shè)備帶電檢測項(xiàng)目補(bǔ)充至現(xiàn)有評(píng)價(jià)系統(tǒng)，缺陷以視圖方式參與到狀態(tài)評(píng)價(jià)過程；二是基于分析結(jié)果從缺陷管理、檢修檢測、設(shè)計(jì)采購、設(shè)備運(yùn)維方面提出狀態(tài)檢修提升建議。

3.1 缺陷數(shù)據(jù)庫的視圖化

放電類型、放電幅值、放電圖譜是缺陷的診斷依據(jù)，發(fā)展趨勢圖譜更是故障診斷的重要參考，因此局部放電類狀態(tài)量選取要進(jìn)一步細(xì)化。建議將帶電檢測按試驗(yàn)數(shù)據(jù)和缺陷視圖引入評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其流程如圖7所示。

圖7 帶電檢測的評(píng)價(jià)流程

缺陷數(shù)據(jù)庫的視圖化:一是將缺陷的狀態(tài)量特征圖譜與設(shè)備準(zhǔn)確關(guān)聯(lián);二是將時(shí)間和狀態(tài)量結(jié)合形成趨勢圖譜數(shù)據(jù)庫，在評(píng)價(jià)過程中對(duì)數(shù)據(jù)和圖譜同時(shí)調(diào)用。帶電檢測模塊的評(píng)價(jià)流程更大程度實(shí)現(xiàn)了設(shè)備臺(tái)賬信息、缺陷記錄、檢修記錄等評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的深度整合，更有利于對(duì)設(shè)備狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷及合理安排檢修時(shí)間，為識(shí)別投運(yùn)設(shè)備故障的識(shí)別參數(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 檢修檢測方面提升策略

基于設(shè)備運(yùn)行年限與缺陷特征間的關(guān)系，對(duì)不同變電站檢測周期可以做相應(yīng)調(diào)整，如表3所示。

帶電檢測計(jì)劃編制時(shí)考慮以下幾點(diǎn)：

1)在周期內(nèi)按運(yùn)行年限分批次地對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行檢測、劃分，結(jié)合“保電”“迎峰度夏”“迎峰度冬”合理安排檢測的變電站順序、區(qū)分檢測項(xiàng)目周期。

2)優(yōu)先平原地區(qū)，將變電站檢測安排在對(duì)應(yīng)的高負(fù)荷期間。

3)加大紅外精確測溫力度、GIS局部放電檢測頻次。重點(diǎn)關(guān)注GIS局部放電檢測、紅外精確測溫及紫外檢測；高頻局部放電檢測可適當(dāng)減少或不做，高頻受外界干擾影響大效果不好。變壓器電抗器以油色譜在線監(jiān)測及紅外測溫為主，高頻局部放電為輔；周期內(nèi)按運(yùn)行年限分批次對(duì)絕緣子進(jìn)行檢測。

檢修方面，要重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)行時(shí)間在2年以下和15年以上的變電站，加強(qiáng)GIS專業(yè)巡視，在對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行檢修時(shí)，可重點(diǎn)對(duì)表4中項(xiàng)目進(jìn)行排查和檢修。

3.3 設(shè)計(jì)及采購方面的選擇

變電站設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)包括水文、地質(zhì)、測量、土建、電力等多方面內(nèi)容。拋開其他因素，地區(qū)的電力輸送需求是建站的初衷。在選址設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，建議考慮海拔、雷擊分布性、負(fù)荷分布、設(shè)備類型的影響。變電站本身是為了解決電力輸送問題，負(fù)荷的問題就無法規(guī)避，并不能夠通過降低負(fù)荷來減少設(shè)備缺陷數(shù)量，且負(fù)荷也是動(dòng)態(tài)過程。因此在可選址的片區(qū)范圍，盡量選擇海拔較高位置，避開雷擊高發(fā)區(qū)域，優(yōu)先采用室內(nèi)GIS設(shè)備，采購成套生產(chǎn)且在運(yùn)行中故障率、缺陷率較低的產(chǎn)品。

3.4 設(shè)備運(yùn)維方面提升策略

根據(jù)變電站運(yùn)行年限進(jìn)行層級(jí)劃分，分別按5年以下、5—15年、15年以上劃分3個(gè)級(jí)別。缺陷率隨時(shí)間而遞增，中間存在相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行期，因此要重點(diǎn)巡視5年以下、15年以上變電站設(shè)備，加強(qiáng)跟蹤缺陷情況及消缺力度。

除按正常巡視規(guī)程要求外，應(yīng)增加或細(xì)化充氣類設(shè)備氣體壓力、泄漏，瓷瓶類設(shè)備外觀、充油類設(shè)備滲漏、金屬接觸類設(shè)備的發(fā)熱、變壓器類設(shè)備的聲

表3 變電站檢測周期調(diào)整

表4 重點(diǎn)關(guān)注的幾種設(shè)備及缺陷位置

級(jí)和震動(dòng)的巡視；加入紅外精確測溫、紫外電暈檢測、聲級(jí)檢測、震動(dòng)檢測等先進(jìn)手段，及時(shí)掌握設(shè)備的狀態(tài)情況，獲得更多的評(píng)價(jià)狀態(tài)量；利用好油色譜、局部放電的在線監(jiān)測，竭盡所能覆蓋設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)。

將運(yùn)行維護(hù)與試驗(yàn)有效對(duì)接，使運(yùn)行維護(hù)過程中帶電檢測、在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)互通，及時(shí)更新設(shè)備狀態(tài)。試驗(yàn)專業(yè)做好數(shù)據(jù)收集、分析、診斷工作，及時(shí)將異常反饋給運(yùn)行維護(hù)專業(yè)；加強(qiáng)線上帶電檢測缺陷的閉環(huán)管理，包括常規(guī)一二次缺陷、帶電檢測發(fā)現(xiàn)缺陷及狀態(tài)檢測案例編制等。從運(yùn)行維護(hù)方面獲取更多狀態(tài)評(píng)價(jià)參考量，增加帶電檢測評(píng)分權(quán)重，將圖譜、數(shù)據(jù)均納入缺陷管理環(huán)節(jié)。

4 結(jié) 語

1)帶電檢測發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)量隨海拔上升而下降，負(fù)荷集中區(qū)缺陷比例較大，缺陷率隨著變電站運(yùn)行時(shí)間增長而升高，但存在中間的穩(wěn)定運(yùn)行期，選擇廠家設(shè)備時(shí)技術(shù)上應(yīng)有考慮。

2)將帶電檢測按試驗(yàn)數(shù)據(jù)和缺陷視圖引入狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，形成帶電檢測數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)流程。

3)檢修檢測周期根據(jù)變電站運(yùn)行年限調(diào)整。針對(duì)缺陷位置制定高效的解體處理方案，縮小處理范圍。

4)變電站的選址在可選范圍內(nèi)盡量選擇海拔較高位置，避開雷擊高發(fā)區(qū)域，優(yōu)先采用室內(nèi)GIS設(shè)備，采購成套生產(chǎn)且在運(yùn)行中故障率、缺陷率較低的產(chǎn)品。

5)變電運(yùn)維方面，將變電站按年限劃分為3類，有針對(duì)性提出巡視重點(diǎn)，運(yùn)行維護(hù)中引入先進(jìn)帶電巡檢手段，增加設(shè)備評(píng)價(jià)狀態(tài)量及評(píng)分權(quán)重，將運(yùn)行維護(hù)與試驗(yàn)專業(yè)深入結(jié)合，使設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確。