變電站電氣一次設(shè)備的熱故障原因及解決措施研究

吳 濤

（武漢明心電力科技有限公司，湖北 武漢 430000）

變電站作為電能傳輸系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施，其通過對高壓電進(jìn)行接受、分配與轉(zhuǎn)換，將內(nèi)部電流控制在輸電線路所承載容量的范圍內(nèi)，在保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，達(dá)到降損提效的效果，節(jié)約運(yùn)營成本，為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。變電站運(yùn)行質(zhì)量的高低，對于電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效率具有直接的作用。然而，多數(shù)變電站在工作狀況下，其內(nèi)部的電氣一次設(shè)備一般存在熱故障現(xiàn)象，對于重負(fù)荷的供電系統(tǒng)來講，不利于變電站正常工況的持續(xù)性與穩(wěn)定性，且將間接增大電力損耗。為此，電力企業(yè)應(yīng)針對故障現(xiàn)象，建立相應(yīng)的解決方案，以保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 變電站電氣一次設(shè)備

變電站電氣系統(tǒng)一般由一次設(shè)備、二次設(shè)備等組成。一次設(shè)備主要是直接參與生產(chǎn)、輸送和分配電能且與高壓電直接連接的設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、電抗器、載流導(dǎo)體等都屬于一次設(shè)備。電氣二次設(shè)備則是對一次設(shè)備的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測、控制和保護(hù)的輔助性電氣設(shè)備。當(dāng)處于用電高峰期過程中，用戶對電能的傳輸需求逐漸增大，變電站的工作壓力也隨之增加。長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，必然增加一次設(shè)備整體的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，增加設(shè)備的故障發(fā)生率。為此，應(yīng)加大對變電站電氣系統(tǒng)的維護(hù)檢修，依托于規(guī)范化的管控手段，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2 變電站電氣一次設(shè)備的熱故障原因

2.1 一次設(shè)備自身原因

一次設(shè)備是直接與高壓電相接觸的元器件，其在連續(xù)工作過程中，設(shè)備本身的熱故障發(fā)生概率較大，如互感器元件接觸不靈敏、設(shè)備絕緣強(qiáng)度不足、電纜頭密封性較差、阻波器設(shè)備出現(xiàn)故障等，都將成為熱故障產(chǎn)生的原因。從問題產(chǎn)生的本質(zhì)來看，一次設(shè)備產(chǎn)生熱故障的原因包含下列兩點(diǎn)：（1）電氣設(shè)備本身的設(shè)計(jì)缺陷。對于電氣設(shè)備的工作特性來講，在高電壓、高電流的環(huán)境下，電氣設(shè)備應(yīng)具備較高的荷載能力，在電氣設(shè)備生產(chǎn)前，應(yīng)依據(jù)工程建設(shè)技術(shù)要求采用合理的數(shù)據(jù)參數(shù)，但是在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，電氣設(shè)備的載流能力選擇未滿足系統(tǒng)荷載實(shí)際需求時(shí)，則電力系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中，將增加電氣設(shè)備的工作熱量，加大熱故障產(chǎn)生的概率。（2）電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)的元器件如材料選取不正確的話，金屬導(dǎo)體在電能傳輸過程中，將產(chǎn)生大量的熱能，間接增加設(shè)備的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。此外，金屬種類的不同，其熔點(diǎn)值、電阻值等也將存在較大的差異，如電氣設(shè)備在實(shí)際工作過程中，元器件所產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)高于金屬材料的熔點(diǎn)時(shí)，會(huì)使令元件產(chǎn)生熔化的現(xiàn)象，進(jìn)而造成變電站電氣系統(tǒng)短路，使電力企業(yè)面臨著巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 電氣設(shè)備外部問題

電氣一次設(shè)備在正常工作時(shí)，各元器件在電能傳輸下，其內(nèi)部耦合作用將產(chǎn)生相應(yīng)的熱量，但是此類熱量值在設(shè)備系統(tǒng)的正常工作范圍內(nèi)，在電能傳輸過程中，一般不會(huì)影響電能傳輸。但當(dāng)設(shè)備在長期處于工作狀態(tài)下，電氣設(shè)備將面臨正常的老化現(xiàn)象，元器件之間的耦合影響值降低，導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)散熱性能隨之降低，而對于元器件工作狀態(tài)下所產(chǎn)生的正常熱量，則無法起到消散作用，進(jìn)而加大電氣設(shè)備產(chǎn)生故障的概率。例如，當(dāng)電氣設(shè)備的一次接頭位置接觸靈敏度降低時(shí)，其必然加大電流產(chǎn)生的熱量值，導(dǎo)致此種現(xiàn)象的原因是電流傳輸?shù)淖枇χ翟黾?。由歐姆定律可知，在電流值、電阻值加大的情況下，必然導(dǎo)致線路、元器件所產(chǎn)生的熱量值加大。如熱量值高于元器件本身所能承受的最大熔點(diǎn)后，則將令元器件面臨著損壞的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響變電站的安全運(yùn)行。

2.3 人為原因

從當(dāng)前的電氣一次設(shè)備熱故障產(chǎn)生的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看，大部分都與人為因素相關(guān)聯(lián)，如運(yùn)維管理不當(dāng)、操作行為不當(dāng)?shù)?，均將造成設(shè)備本身在工作過程中產(chǎn)生相應(yīng)的誤差，加大設(shè)備的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。（1）技術(shù)人員在對一次設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)，并未能依據(jù)核定的基準(zhǔn)參數(shù)對設(shè)備的各項(xiàng)元器件進(jìn)行合理分析，且未對器件之間的連接形式進(jìn)行檢測，如設(shè)備內(nèi)部材料的導(dǎo)電性與金屬接頭的特性存在較大的技術(shù)參數(shù)差距時(shí)，則將加大設(shè)備使用過程中熱故障產(chǎn)生的概率。（2）技術(shù)人員在進(jìn)行維修時(shí)，未具備正確的操作工藝，易發(fā)生誤操作的現(xiàn)象，加大設(shè)備本身的故障成因，例如，在對螺栓、螺母進(jìn)行嵌套組合時(shí)，如兩個(gè)部件之間的間隙過大或者咬合力施加過大時(shí)，均將給設(shè)備帶來較為嚴(yán)重的安全隱患。（3）設(shè)備檢修周期不固定。多數(shù)技術(shù)人員在維修過程中，一般是針對已經(jīng)破損的部位進(jìn)行修整，然而，在后期周期型檢測過程中，并未能針對檢修區(qū)域進(jìn)行工況調(diào)查，如此期間內(nèi)，設(shè)備損壞誤差較小且不易被發(fā)現(xiàn)時(shí)，則技術(shù)人員將很容易漏掉此項(xiàng)檢查，間接加大設(shè)備本身的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

3 變電站電氣一次設(shè)備熱故障的解決措施

3.1 建構(gòu)設(shè)備維修體系

從變電站運(yùn)行角度及從一次設(shè)備出現(xiàn)熱故障因素來看，將嚴(yán)重增加電能傳輸?shù)膿p耗，如未能對此類問題進(jìn)行及時(shí)處理，將增加設(shè)備無法正常工作的風(fēng)險(xiǎn)。針對此類現(xiàn)象，企業(yè)應(yīng)建立維修體系，確保一次設(shè)備在整個(gè)工作體系中可保持一定的穩(wěn)定性。同時(shí)，考慮到設(shè)備的疊加性損耗，應(yīng)及時(shí)對既定的工作體系進(jìn)行優(yōu)化處理，保證其可滿足電氣一次設(shè)備的動(dòng)態(tài)化狀態(tài)。在對熱故障問題進(jìn)行檢修處理時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格記錄每一次維修工序，對問題發(fā)生的點(diǎn)位進(jìn)行詳細(xì)考察，并結(jié)合部件的使用壽命，深度分析設(shè)備在固定周期內(nèi)可能再次發(fā)生的故障概率，然后制定相應(yīng)的預(yù)防措施，以便于當(dāng)設(shè)備某一部位出現(xiàn)故障損壞時(shí)，可及時(shí)解決故障。此外，應(yīng)充分利用信息化技術(shù)，將電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)作為智能化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控體系中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，依托于設(shè)備智能掃描功能，來替代傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場檢修，在信息反饋的作用下，可對一次設(shè)備的工作參數(shù)進(jìn)行分析與整合，然后與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比對，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，則系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)可將設(shè)備故障產(chǎn)生的信息顯示到界面中，供技術(shù)維修人員參考。另外，應(yīng)依據(jù)變電站的實(shí)際工作環(huán)境對各項(xiàng)參數(shù)、設(shè)備特性等進(jìn)行全面分析，然后建立合理、有效的管控手段，確保當(dāng)一次設(shè)備出現(xiàn)故障以后，可及時(shí)得到解決，為變電站整體運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。

3.2 加強(qiáng)巡檢與運(yùn)維工作的開展力度

變電站一般工作時(shí)間較長，如在超負(fù)荷的工作強(qiáng)度下，會(huì)加大設(shè)備的損毀效率。為進(jìn)一步對設(shè)備熱故障產(chǎn)生因素進(jìn)行防控，設(shè)備的定期巡檢工作應(yīng)嚴(yán)格按照相應(yīng)的指令進(jìn)行。在對一次設(shè)備進(jìn)行檢測與維修時(shí)，可對一次設(shè)備內(nèi)元器件的連接點(diǎn)進(jìn)行檢查，確保電氣接觸點(diǎn)的阻值在可控范圍內(nèi)，進(jìn)而避免設(shè)備內(nèi)部因阻值增大造成溫度的增加。此過程檢測應(yīng)選取回路阻值檢測設(shè)備，將連接點(diǎn)的兩端相關(guān)聯(lián)，以正確掌握到相應(yīng)的阻值損耗，如出現(xiàn)阻值異常增加的情況，應(yīng)對設(shè)備元器件的連接點(diǎn)位進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)部件損毀，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換處理，以減少熱故障現(xiàn)象的產(chǎn)生。

運(yùn)維工作開展過程中，應(yīng)將設(shè)備自身的使用年限考慮到設(shè)備維修環(huán)節(jié)中，因?yàn)閺脑O(shè)備本身運(yùn)行模式來看，長時(shí)間的工作狀態(tài)，必然降低設(shè)備的使用壽命，且將加快內(nèi)部元器件的磨損程度。技術(shù)人員在維修過程中，必須加強(qiáng)日常的運(yùn)維管理，并針對容易損壞的部位進(jìn)行細(xì)部監(jiān)測，進(jìn)而有效降低設(shè)備故障產(chǎn)生的概率。如設(shè)備中含有較多的灰塵時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理防止灰塵的增加導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)電阻的增加。

3.3 設(shè)備的更新與升級

設(shè)備老化是變電站常見的問題之一，當(dāng)變電站某一設(shè)備長時(shí)間未進(jìn)行更換，如發(fā)生熱故障，則應(yīng)第一時(shí)間對設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測。從變電站運(yùn)營成本來看，設(shè)備的使用時(shí)限一般以固定的工作周期為主，除非是設(shè)備強(qiáng)制報(bào)損，如設(shè)備可通過維修來進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，在成本管控下，一般以維修為主。而對于設(shè)備、技術(shù)的更新力度來講，如變電站未能對當(dāng)前的工作設(shè)備進(jìn)行定期更新時(shí)，則從長遠(yuǎn)角度來看，則將延緩變電站的運(yùn)營效率。針對此類問題，變電站在對設(shè)備進(jìn)行前期選擇時(shí)，便應(yīng)與設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通，對設(shè)備的工作環(huán)境、生命周期等參數(shù)進(jìn)行整合并分析，在保證工作環(huán)境穩(wěn)定的前提下，依托于既定的成本框架，來進(jìn)行階段檢測，正確衡量設(shè)備更新與維修之間的成本損耗，以制定出合理有效的維修手段。

3.4 加強(qiáng)工作人員的技能培訓(xùn)

技術(shù)人員是設(shè)備故障檢修、設(shè)備維護(hù)的基礎(chǔ)所在，其專業(yè)特性決定著設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，考慮到變電站系統(tǒng)工作原理的復(fù)雜性，技術(shù)人員除應(yīng)具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)外，還應(yīng)具備與之對應(yīng)的實(shí)踐技能，可針對現(xiàn)場突發(fā)的情況，制定相應(yīng)的管制措施，避免因設(shè)備故障問題而造成損失。技術(shù)人員在現(xiàn)場檢測時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量值，通過對溫度的正確檢測，為設(shè)備運(yùn)行提供一個(gè)良好的工作環(huán)境。技術(shù)人員在工作過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守相應(yīng)的準(zhǔn)則規(guī)范，確保每一項(xiàng)核檢行為滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且應(yīng)定期對問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行整合，分析變電站系統(tǒng)中各項(xiàng)運(yùn)行行為，然后制定預(yù)期解決方案，確保整站系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、正常性及系統(tǒng)完整性。

4 結(jié)束語

綜上所述，一次設(shè)備作為與高壓電直接連接的電力設(shè)施，內(nèi)部元器件在長時(shí)間工作狀態(tài)下，將加大熱故障產(chǎn)生的概率，增加電力企業(yè)的運(yùn)營負(fù)擔(dān)。為提升一次設(shè)備的使用效率，相關(guān)部門應(yīng)建構(gòu)設(shè)備維修體系、加大設(shè)備更新維修力度、加強(qiáng)工作人員的技能培訓(xùn)等，為變電站一次設(shè)備的運(yùn)行建立長期有效的保障機(jī)制。