趙星云 李奕欣 冉明皓

（1 國網(wǎng)天津市電力公司高壓分公司 天津 300000 2 國網(wǎng)天津市電力公司城東供電分公司 天津 300000 3 廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院 廣西南寧 530004）

0 引言

變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調(diào)整電壓的電氣設(shè)施。在電力系統(tǒng)中，變電站是輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)［1］。可以按照在電力系統(tǒng)的地位和作用、布置方式或電壓等級(jí)等分成多種變電站，如圖1 所示。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，變電站設(shè)備也更為復(fù)雜，出現(xiàn)故障第一時(shí)間往往較難掌握問題的關(guān)鍵，因此變電站的故障數(shù)據(jù)庫也應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的完善，需要建立一個(gè)故障情況的記錄系統(tǒng)，以便于工作人員的使用和維修［2］。

圖1 變電站類型

針對(duì)變電站的故障情況，目前已有一些文章對(duì)設(shè)備的故障種類、原因等方面做出了詳細(xì)的分類和整理，我們也對(duì)這方面做出過相關(guān)的研究，如文獻(xiàn)［2］和文獻(xiàn)［3］，已有較為完整的體系，本文將不再進(jìn)行贅述。但是我們發(fā)現(xiàn)這些文章往往只針對(duì)某一電壓等級(jí)進(jìn)行分析，缺少對(duì)不同電壓等級(jí)下的對(duì)比研究。本文針對(duì)不同電壓等級(jí)下的一次設(shè)備故障，以110 kV 與220 kV 變電站為例，重點(diǎn)從故障的種類、原因和處理措施等方面入手，將兩種電壓等級(jí)下的故障情況做有效化整合，找出設(shè)備面對(duì)相似故障情況下的異同點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)出一款基于不同電壓等級(jí)的變電站故障記錄系統(tǒng)，用于工作人員對(duì)變電站不同電壓等級(jí)下的故障情況工作記錄，便于其對(duì)設(shè)備故障做分析整理的工作，提高變電站設(shè)備安全運(yùn)行壽命。

1 110 kV 變電站設(shè)備故障與防范措施

110 kV 的變電站主要由主變壓器、110 kV 設(shè)備區(qū)、35 kV設(shè)備區(qū)、10 kV 高壓室和主控樓等部分組成［4］。目前110 kV 變電站上電源廣泛采用三電源，即：出自于某1 座220 kV 變電站的110 kV 不同母線給站內(nèi)“兩邊母線”供電；以及出自于另1 座220 kV 變電站的110 kV 母線給站內(nèi)“中間母線”供電。針對(duì)110 kV 變電站的故障情況我們也做了簡(jiǎn)單的分析，如表1所示。

表1 110 kV 變電站故障情況與防范措施

1.1 母線絕緣擊穿

某變電站出現(xiàn)了一起母線全停事故，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查后發(fā)現(xiàn)是由于某10 kV 系統(tǒng)頻發(fā)接地故障而產(chǎn)生的諧振過電壓導(dǎo)致一號(hào)母線電壓互感器的三相保險(xiǎn)熔斷。本次事故應(yīng)警惕所轄部門和運(yùn)檢部門，在發(fā)生系統(tǒng)頻接地信號(hào)后，應(yīng)及時(shí)做出處理，避免對(duì)站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生進(jìn)一步的短路沖擊。對(duì)頻發(fā)接地故障的線路可增設(shè)小電流保護(hù)，及時(shí)指示出單相接地故障的線路。

除此之外，在拉開斷路器切除接地故障時(shí)，由于系統(tǒng)參數(shù)會(huì)突變，有可能激發(fā)鐵磁諧振，使得電壓互感器出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，從而發(fā)生絕緣擊穿。如果在停送電操作過程中發(fā)現(xiàn)鐵磁諧振，可將1～2 條有負(fù)荷的配電線路投入運(yùn)行，以破壞鐵磁諧振發(fā)生條件，防止鐵磁諧振持續(xù)產(chǎn)生［5］。

1.2 主變差動(dòng)保護(hù)

變壓器的差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)之一，按循環(huán)電流原理裝設(shè)的。主要用來保護(hù)變壓器繞組內(nèi)部及其引出線上發(fā)生的各種相間短路故障，一般為速斷，也可以根據(jù)要求設(shè)置延時(shí)或報(bào)警［6］。某110 kV 變電站出現(xiàn)主變開關(guān)跳閘事件，檢查后發(fā)現(xiàn)由于主變高壓側(cè)閘刀對(duì)地放電使變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。為防范此次事故再次發(fā)生，變電站工作人員應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)工作，使用超聲波在線監(jiān)測(cè)、暫態(tài)地電壓監(jiān)測(cè)等技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行排障，防止類似故障再次出現(xiàn)。

1.3 電纜接頭故障

某變電站出現(xiàn)零序過流保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)在某段電纜的中間接頭處出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。中間接頭是一節(jié)用于各種電壓等級(jí)的交聯(lián)電纜，作用是為了保證接頭處的絕緣等級(jí)。中間接頭外觀無異常，按照?qǐng)D2 所示順序進(jìn)行解刨操作，解刨后發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)是電纜阻水緩沖層的斷口位置。

圖2 解刨操作流程

分析擊穿的原因認(rèn)為是在安裝處理中間接頭的阻水緩沖層時(shí)，使用美工刀對(duì)其進(jìn)行了輕微的劃傷，且在檢查過程中不仔細(xì)，沒有環(huán)繞檢查中間接頭是否完好，使其帶缺陷運(yùn)行。

1.4 GIS 氣室氣體泄漏

變電站GIS 設(shè)備，即封閉式氣體絕緣組合電器是將多種變電設(shè)備，如斷路器、互感器等統(tǒng)一封閉在充SF6 氣體的金屬體中。某110 kV 的變電站GIS 設(shè)備出現(xiàn)了SF6 泄漏的情況，這次事故是因?yàn)闅馐遗c母線伸縮節(jié)的法蘭連接處出現(xiàn)了泄漏。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，在初始安裝緊固螺栓時(shí)未壓緊，出現(xiàn)了間隙，導(dǎo)致后續(xù)法蘭安裝時(shí)軸心高度不一致，對(duì)接后的密封圈出現(xiàn)了擠壓變形，影響了密封效果。

2 220 kV 變電站設(shè)備故障與防范措施

220 kV 的變電站主要設(shè)備有主控室、變壓器、220 kV 設(shè)備區(qū)、110 kV 設(shè)備區(qū)，還有防雷裝置等。在變電站中，生產(chǎn)電能的如發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)、變換電能的如變壓器、接通和開斷的開關(guān)電器以及各類限制保護(hù)過電流的電抗器和避雷器等裝置均為一次設(shè)備。一次設(shè)備的安全運(yùn)行是保證整個(gè)電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件，但往往很難保障其在長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下依舊不發(fā)生故障情況，所以如何及時(shí)對(duì)判別故障類型和及時(shí)維修是本文著重探討的重點(diǎn)。針對(duì)220 kV 的變電站故障情況，我們做了表2 進(jìn)行討論，并針對(duì)每種事故的現(xiàn)場(chǎng)檢查進(jìn)行說明，以便于工作人員在管理系統(tǒng)中記錄大致情況。

表2 220 kV 變電站故障情況與防范措施

2.1 主變壓器跳閘

某變電站出現(xiàn)變壓器跳閘，經(jīng)初步調(diào)查確定事故原因?yàn)樾?dòng)物誤入主變壓器，刀閘C 相對(duì)其放電，造成單相接地故障，隨后另外A、B 兩相電壓升高，A 相絕緣薄弱點(diǎn)發(fā)生擊穿，最終導(dǎo)致相間短路。此次事故應(yīng)該注意到變電站對(duì)小動(dòng)物的防范措施不到位，應(yīng)該開展專項(xiàng)活動(dòng)重點(diǎn)加強(qiáng)一次設(shè)備的防小動(dòng)物措施，做好各類屏柜的封堵防治。除此之外，還要進(jìn)行老舊設(shè)備的及時(shí)更換和重點(diǎn)防控，避免因外界因素導(dǎo)致線路絕緣薄弱點(diǎn)被擊穿這種類似情況的出現(xiàn)，并且應(yīng)用紅外診斷、非接觸式測(cè)溫等手段實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，避免事故的進(jìn)一步惡化。

2.2 斷路器故障

常見的斷路器故障分為拒動(dòng)、誤動(dòng)、運(yùn)行聲音異常、異常跳閘等。某220 kV 變電站出現(xiàn)此次事故主要是由于雷雨季節(jié)下，雷擊較多，電壓互感器柜內(nèi)的金屬氧化物避雷器在長(zhǎng)期處于過電壓的情況下，絕緣發(fā)生擊穿，導(dǎo)致母線失壓。這次斷路器故障提示我們?cè)谔厥馓鞖庀拢瑧?yīng)加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的巡視，重點(diǎn)對(duì)避雷器外套、泄露電流表、接地裝置進(jìn)行檢查和維護(hù)。此外，針對(duì)避雷器的選擇是否合理，在環(huán)境干擾下是否需要對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造。

2.3 GIS 設(shè)備氣體泄漏

某220 kV 變電站發(fā)生GIS 設(shè)備泄漏后，工作人員進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)絕緣子開裂。為準(zhǔn)確判斷原因，進(jìn)行了如圖3的系列檢查，最終確定事故泄漏的原因是由于廠家生產(chǎn)制作的盆式絕緣子采用了新型的防雨帽技術(shù)取代了之前的工藝，但是忽略了一些特殊位置的密封問題，導(dǎo)致絕緣子積水。且裝配過程中記錄不完整，可能未嚴(yán)格按照技術(shù)要求執(zhí)行，最終導(dǎo)致GIS 設(shè)備的氣體泄露。

圖3 GIS 設(shè)備解體檢查流程圖

這次事故說明工作人員對(duì)設(shè)備元件的采購監(jiān)管不到位，由于產(chǎn)品本身的質(zhì)量問題導(dǎo)致出現(xiàn)氣體泄漏。首先應(yīng)安排廠家對(duì)廠內(nèi)其他設(shè)備進(jìn)行排查，把不合格的設(shè)備進(jìn)行更換或升級(jí)，同時(shí)注意完善器件裝配過程的記錄。必要時(shí)，額外對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行廠內(nèi)打膠等防水措施。

3 軟件開發(fā)

該故障記錄系統(tǒng)是基于VB6.0 的開發(fā)環(huán)境，旨在設(shè)計(jì)一款可以幫助工作人員記錄不同電壓等級(jí)下的變電站一次設(shè)備故障情況。該系統(tǒng)主要有故障工作記錄和查詢的功能，不僅可以便于工作人員日常執(zhí)勤工作，及時(shí)做出正確的切除行動(dòng)，還能增加其對(duì)以往故障的處理經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)后續(xù)對(duì)變電站設(shè)備的管理和維護(hù)。

打開該系統(tǒng)，彈出界面如圖4 所示，點(diǎn)擊登錄后，輸入預(yù)設(shè)好的用戶名和密碼即可進(jìn)入該系統(tǒng)，如圖5 所示。

圖4 系統(tǒng)初始界面

圖5 登錄界面

進(jìn)入系統(tǒng)后界面如圖6 所示，系統(tǒng)界面分為左右兩部分。當(dāng)工作人員需要記錄某次設(shè)備的故障情況時(shí)，只需點(diǎn)擊“新建工作記錄”，按照提示窗口，依次填入日期、類別、故障內(nèi)容、原因等。除此之外，工作人員還可添加現(xiàn)場(chǎng)圖片到該系統(tǒng)中，以完善對(duì)該次故障的記錄。

圖6 工作記錄管理界面

本系統(tǒng)也具有查詢故障的功能，無論是對(duì)以往故障情況的修改或是查詢當(dāng)時(shí)的處理情況，都可通過該查詢功能實(shí)現(xiàn)。只需輸入日期或者其他關(guān)鍵詞進(jìn)行模糊查詢，在右側(cè)的工作記錄就會(huì)出現(xiàn)相關(guān)的工作記錄。雙擊該工作記錄，可以詳細(xì)查看之前記錄的工作內(nèi)容，進(jìn)行后續(xù)的修改，如圖7 所示。

圖7 工作情況記錄界面

當(dāng)工作人員發(fā)現(xiàn)變電站出現(xiàn)故障時(shí)，可以先使用該系統(tǒng)進(jìn)行類似故障的查詢。若存在類似故障的記錄，通過對(duì)之前記錄故障的判斷和學(xué)習(xí)，可以減少維修的工作量。其次，由于該系統(tǒng)分別記錄了110 kV 與220 kV 變電站的故障情況，工作人員亦可使用該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備故障的更深入的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)。通過對(duì)比分析兩種電壓等級(jí)下的故障內(nèi)容，判斷出同種故障類型，設(shè)備故障現(xiàn)象、故障原因以及處理措施有何異同點(diǎn)。

假設(shè)變電站目前發(fā)生了1 起GIS 設(shè)備的氣體泄漏事故，通過查詢系統(tǒng)故障，分別查詢到如圖8 和圖9 所示的故障記錄情況。

圖8 110 kV 變電站GIS 設(shè)備故障記錄

圖9 220 kV 變電站GIS 設(shè)備故障記錄

兩次故障均為GIS 設(shè)備氣體泄漏，兩起事故的相同點(diǎn)都是由于設(shè)備自身或安裝時(shí)出現(xiàn)了問題，導(dǎo)致裝置密封性出現(xiàn)了問題。其中110 kV 變電站的GIS 設(shè)備是由于安裝時(shí)工藝流程未按要求操作，導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)位，最終發(fā)生了事故，而220 kV變電站則是由于絕緣子安裝孔積水問題造成事故發(fā)生。

通過該系統(tǒng)對(duì)故障內(nèi)容的描述，工作人員可立即確定故障的類型，這也是在進(jìn)行查詢時(shí)主要的查詢關(guān)鍵詞。而故障原因和位置則重點(diǎn)闡述了該次故障的具體起因，也是對(duì)同一故障種類下不同故障原因的具體區(qū)分。通過大類判別再進(jìn)行具體的故障學(xué)習(xí)，有助于工作人員掌握同類故障處理的方法。關(guān)于處理措施的描述不僅包含對(duì)該次故障的維修方法，而且給出了一些未來設(shè)備運(yùn)行的建議，幫助工作人員完成設(shè)備檢修后及時(shí)對(duì)同類故障做出防范措施，避免類似情況的再次發(fā)生。

總而言之，該系統(tǒng)通過分別記錄兩種電壓等級(jí)的故障，對(duì)故障內(nèi)容進(jìn)行分類查詢，工作人員在學(xué)習(xí)時(shí)，有助于其對(duì)相同故障對(duì)照分類學(xué)習(xí)，加深印象，并且對(duì)后續(xù)設(shè)備保養(yǎng)問題也做出了一定的指導(dǎo)建議，學(xué)習(xí)過程較為完善，可幫助工作人員形成完整的知識(shí)體系。

4 結(jié)論

本文分析了110 kV 及220 kV 下變電站的一次設(shè)備故障，通過使用VB6.0 軟件開發(fā)了一款變電站故障記錄的軟件系統(tǒng)，可脫離于原開發(fā)環(huán)境，直接在Windows 環(huán)境中使用，方便工作人員的操作。該系統(tǒng)將各類故障情況進(jìn)行了歸納和總結(jié)，對(duì)比分析了不同電壓等級(jí)下各類設(shè)備故障的原因和現(xiàn)象，并給出了維修方法和處理措施等。該軟件有助于工作人員對(duì)變電站實(shí)際故障的檢修和維護(hù)，更可直接利用于變電站工作人員的工作記錄，增加工作人員對(duì)故障檢修的經(jīng)驗(yàn)，還可查詢之前記錄的故障檢修情況以更好的處理突發(fā)的設(shè)備故障。