中國電力科學(xué)研究院武漢分院 程 磊 蔡 林 李 金 陳智偉

變電站在電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。變電站是電力系統(tǒng)重要的組成部分，其主要功能是實現(xiàn)對電能的分配與控制。隨著變電站逐步向智能化方向發(fā)展，設(shè)備發(fā)生異常事故概率增加，存在一定的變電運行安全風(fēng)險。一旦出現(xiàn)了較為緊急的變電事件，如不及時處理，則會導(dǎo)致故障進一步擴大，所以在變電站內(nèi)采取有效的運維措施及事件處置方式較為關(guān)鍵。因一次系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備的安全運轉(zhuǎn)易引起二次系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備工作狀況的影響，進而造成供電與配電系統(tǒng)停止使用。要想保證電網(wǎng)安全平穩(wěn)運行，必須注重對變電操作的管理，同時要有計劃地引進新設(shè)備，確保變電站的運維工作科學(xué)、安全、有序進行。

1 變電站

變電站是電能傳輸和供配電的中轉(zhuǎn)站。根據(jù)實際需要，其可以提高或降低電壓，同時還可以改變電源的方向和大小。變電站設(shè)備主要包括變壓器、繼電保護裝置、控制變壓器和開關(guān)柜、母線、儀表、配置通信裝置、防雷裝置等。要想實現(xiàn)變電所的安全平穩(wěn)工作，需要保證各種設(shè)施良好狀況，需要對設(shè)施實行經(jīng)常性和不定期檢查，及早發(fā)覺并解決問題，及時識別缺陷并進行維護[1]。

2 提高變電站安全操作能力的重要性

變壓是指變壓器從低壓增加到高壓或者從高壓降低到低壓，以滿足電能傳輸要求。在供電系統(tǒng)運行過程中，一般變電站是給用戶提供能量的最后一個環(huán)節(jié)，其直接影響到用戶的安全和效率。能源是當(dāng)前社會生活最重要資源基礎(chǔ)，是穩(wěn)定、安全、和諧社會的重要基石。在建設(shè)階段，由于受到主客觀條件的干擾，停送電現(xiàn)象不可避免。因此，在分析社會層面時，提高電網(wǎng)的可靠性較為重要。

3 變電站變電運行常見故障

3.1 一次設(shè)備故障

集成電路是利用引線與各種元器件相連組成的。在變壓器工作環(huán)境中，易發(fā)生電纜故障以及一些其他器件的安全隱患，其中變壓器系統(tǒng)故障的風(fēng)險較高。在嚴重情況下，變電站中的部分甚至大面積設(shè)備和系統(tǒng)將癱瘓。其中，母線故障有以下兩個主要原因。一是在母線本身的接線過程中隱藏了某些問題或者故障，對變電站整個線路的運輸有不同程度的影響；二是有大量設(shè)備連接到母線。一旦其他線路上的設(shè)備發(fā)生故障，將通過線路的傳輸影響總線的正常運行，導(dǎo)致母線故障。

變壓器是變電站中關(guān)鍵的核心器件，其安全性和穩(wěn)定性直接關(guān)系供電安全性。變壓器故障將對變電站正常生產(chǎn)造成較大損失，不僅影響變壓器壽命，同時還會造成電力事故，并且因變壓器故障停運對社會經(jīng)濟影響范圍較大。變壓器設(shè)備按照正常的發(fā)生故障形式，又可分為內(nèi)在發(fā)生故障和對外發(fā)生故障，內(nèi)在發(fā)生故障是指變壓器設(shè)備本身內(nèi)在絕緣故障以及繞組所產(chǎn)生的故障情況，而對外發(fā)生故障則是指變壓器設(shè)備及其輔助裝置所產(chǎn)生的故障情況。電力變壓器系統(tǒng)中常見的故障情況有：電力變壓器系統(tǒng)過熱、油位失常、制冷裝置發(fā)生故障、輕瓦斯繼電器動作、電力變壓器系統(tǒng)跳閘以及電力變壓器的緊急停機。

3.2 二次設(shè)備故障

二次裝置作為整個輸配電網(wǎng)中的主要部分，包括了繼電保護、通信、智能化、后臺監(jiān)測等裝置，其運行狀況對整個電網(wǎng)的經(jīng)營、工業(yè)生產(chǎn)等具有較為直觀的深遠影響。電網(wǎng)當(dāng)中的二次裝置，在長時間運行的工作流程當(dāng)中，難免會形成不同的故障情況問題。較典型的故障問題有保護裝置故障問題、通信故障問題、直流系統(tǒng)的連接故障問題等。

3.2.1 保護裝置故障

保護裝置故障是變電站二次系統(tǒng)中較為常見的類型。繼電保護控制系統(tǒng)設(shè)備屬高精密設(shè)備，但由于應(yīng)用時期的變長，原集成電路表層通常會因為靜電驅(qū)動現(xiàn)象而吸收大批塵埃，甚至還會在與原集成電路的連接處上產(chǎn)生新的導(dǎo)電性通道，進而危害繼電控制系統(tǒng)的監(jiān)視管理工作。另外，由于施工以及操作環(huán)境等因素，會造成二次電纜絕緣性的下降，進而引起繼電設(shè)備故障問題。

3.2.2 電壓互感器和電流相互感器故障

在二次設(shè)備中，電壓互感器和電流相互感知器二次回路是兩種主要的裝置。電壓互感器二次電路故障主要表現(xiàn)為：二級電路的中性點電流輸出存在未接地現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)該故障，將會造成各相電壓之間存在失調(diào)，進而產(chǎn)生電阻器件或方向器件拒動或誤操作的現(xiàn)狀。PT開口三角電流輸出回路產(chǎn)生了斷線問題，進而造成零序保護工作產(chǎn)生了拒動現(xiàn)狀。電壓互感器常見的二次回路接線方式及向量關(guān)系見圖1～圖4[2]。

通過帶電檢測端子間電壓判斷電壓回路，當(dāng)N線斷線或失去一點接地時，對于將N線接入保護裝置的，可以通過觀察相電壓采集情況，一般表現(xiàn)為電壓不穩(wěn)定、波動，相電壓超差。因為N線是一點接地的，斷線后，失去0電位參考點，裝置的N點懸空，采集到的電壓會有波動。通過各相的電壓測試，也可判斷出N線是否斷線[3]。

3.3 變電站變電運行的人為因素

通過對變電站運行故障的總結(jié)和分析，不難發(fā)現(xiàn)人為因素是關(guān)鍵。一是變電站運行人員專業(yè)能力不足；二是變電站操作人員的具體操作不規(guī)范，導(dǎo)致變電站運行出現(xiàn)嚴重故障。

3.4 變電站外部故障操造成跳閘

變電工作過程中可能會出現(xiàn)跳閘故障，跳閘故障由以下幾種因素所引起。一是電網(wǎng)因素。變電所中主要通過不同的線路完成其工作以及電能運輸，在長期使用中，會因為時間和環(huán)境等問題而產(chǎn)生線路老化等情況，從而使得變壓器運行受到影響，進而形成了重合閘的狀況，影響變壓器的正常工作。二是硬件裝置問題。因裝置故障導(dǎo)致電流發(fā)生越流，需要使用跳閘來維護線路或者裝置，而如果出現(xiàn)開關(guān)無反應(yīng)等狀況，也可能會導(dǎo)致重合閘故障的出現(xiàn)。

4 變電站變電運行故障的處理

4.1 一次系統(tǒng)設(shè)備故障維修

4.1.1 母線損毀故障處理

母線與其他部件相連，因此在維護和管理期間，有必要隔離母線故障區(qū)域的電源，以避免母線故障對其他設(shè)備的影響，減少損失。然后，在維修過程中，維修人員應(yīng)使用專業(yè)的維修設(shè)備對故障區(qū)域內(nèi)的母線和各支線及設(shè)備進行全面檢測和故障排除，確定電路故障的位置，了解故障類型，并開展針對性檢修工作。檢修結(jié)束后，對檢修部位進行試驗檢測，檢測母線或故障線路是否恢復(fù)正常，以確保變電站內(nèi)所有母線故障均已消除，變電站能正常運行。

4.1.2 開關(guān)故障處理

開關(guān)故障處理以預(yù)防為主，加強日常維護和維修。尤其是在開關(guān)柜運行過程中出現(xiàn)噪聲的情況下，要及時拆除檢查，觀察開關(guān)柜是否完好，檢查開關(guān)柜是否受到灰塵和油污的影響，同時應(yīng)進行相關(guān)的清潔工作。在電流測試過程出現(xiàn)電流不平衡，這種問題一般是由于器件老化所造成的。所以，要盡快替換破損和陳舊的開關(guān)柜[4]。另外，還應(yīng)檢測控制器和設(shè)備間的接頭，以及連接處有無出現(xiàn)錯誤接頭，并加以修復(fù)，以保證開關(guān)柜工作的安全性。

斷路器故障是變壓器在工作中常見的故障，變電站必須在日常管理工作中采取以下方法進行解決。

4.1.3 變壓器故障排查

一是變壓器過熱。過熱對交流變壓器較為不利，因為交流變壓器絕緣破裂主要是由于過熱而造成的，環(huán)境溫度的提高也削弱了絕緣材料的耐壓和機械強度。變壓器設(shè)備的過熱溫度對變壓器設(shè)備的可靠壽命影響較大，按照變壓器設(shè)備正常運行的6℃規(guī)律，在80～140℃時，環(huán)境溫度每提高6℃，變壓器設(shè)備絕緣可靠壽命下降的速率就會增加一倍。

當(dāng)出現(xiàn)變壓器設(shè)備系統(tǒng)油溫異常升高的情況時，針對上述情況的影響因素逐項加以檢測，進行正確診斷，檢測處置的重點包括：如連續(xù)操作儀表均指向變壓器設(shè)備系統(tǒng)已過負載，而單相變壓器系統(tǒng)組三相各工作溫度計指示值基本一致，變壓器設(shè)備系統(tǒng)及冷卻水設(shè)備正常工作運轉(zhuǎn)，則油溫升高由過負載引發(fā)，應(yīng)加強對變壓器設(shè)備系統(tǒng)監(jiān)測（負載、工作溫度、工作狀態(tài)），并建議及時轉(zhuǎn)移負載以減少過負載倍數(shù)和減少過負載的持續(xù)時間。如果是冷卻水系統(tǒng)不充分投入引起的，應(yīng)立即投入，如果是冷卻水系統(tǒng)失效，要盡快找出問題，及時解決，排除故障。

一旦問題無法及時消除，則需要嚴密觀察變壓器的工作溫度和壓力。如果遠方測量設(shè)備產(chǎn)生的報警信息，但表明環(huán)境溫度值較高，而實際溫度計值并不高，則是遠方測量電路發(fā)生錯誤報警，該故障問題應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臅r間進行排查。假設(shè)三相變壓器組內(nèi)的某一相水溫上升，顯然超過了該相在過去對相同壓力，同等冷卻條件下的工作水溫且所有冷卻設(shè)備、溫度計等均正常工作，其運熱情況是由變壓器系統(tǒng)內(nèi)的一些問題所致。

二是冷卻裝置故障。冷卻系統(tǒng)是利用變壓器油使繞組的定子散熱。冷卻系統(tǒng)良好與否，是變壓器設(shè)備正常工作的關(guān)鍵保障。冷卻裝置失效也是變壓器系統(tǒng)中常見問題。如果冷卻裝置發(fā)生損壞，則變壓器系統(tǒng)工作環(huán)境溫度急速升高，變壓器絕緣壽命將會下降。檢測制冷裝置的故障，應(yīng)根據(jù)故障停機的區(qū)域（是個別油泵風(fēng)扇停轉(zhuǎn)還是整組停轉(zhuǎn)，是一相停轉(zhuǎn)還是三相停轉(zhuǎn))，并對照冷卻裝置的控制電路圖尋找故障地點，以盡可能減少制冷裝置的停機時間。

變壓器的個別風(fēng)機或水泵故障終止運轉(zhuǎn)，但其他運行條件正常，原因可能是風(fēng)機或水泵與三相電源之間有一通斷開，使發(fā)電機的運行電壓增加，熱繼電器開關(guān)活動或斷開電源，或直接將發(fā)電機燒毀；風(fēng)機或油泵軸承或機械故障；風(fēng)機或水泵調(diào)節(jié)電路中，相關(guān)的控制繼電器、接觸器或其他元器件發(fā)生故障，或調(diào)節(jié)電路中斷。若同一電力變壓器的一個（或若干臺）風(fēng)機或水泵同時停轉(zhuǎn)，主要原因是該組的供電故障，熔斷器熔斷或熱繼電器保護開關(guān)動作，或控制繼電器保護開關(guān)失效，應(yīng)立即投入備用風(fēng)機及自備水泵，然后處理并恢復(fù)。

三是變壓器跳閘。電力變壓器發(fā)生自動重合閘，要及時展開全面檢測，以找出跳閘因素再作適當(dāng)處置。具體的檢測內(nèi)容主要有：根據(jù)保護的系統(tǒng)動態(tài)信息、故障記錄波及其他檢測設(shè)備的指示以及打印記錄，確定是何種保護性動作。檢測電力變壓器重合閘前的負載范圍、油位、水溫、油色、電力變壓器有無自行噴油、冒煙、瓷套管閃絡(luò)、裂紋，電壓保釋閥有無動作以及其他突出的故障現(xiàn)象等；分析故障記錄波的波形，以了解系統(tǒng)狀況，如保護區(qū)內(nèi)是否有短路電壓故障、系統(tǒng)內(nèi)部是否正常操作，以及是否有操作過電壓、合閘操作勵磁涌流現(xiàn)象等。如檢測結(jié)果顯示變壓器自動停機并非變壓器故障所致，則當(dāng)外部故障消除后，變壓器仍可再次投入正常工作。

4.2 二次系統(tǒng)故障維修

4.2.1 開路法檢測

開路法檢測方式主要應(yīng)用在直流電路的故障檢修當(dāng)中。首先要對整個電氣二次回路進行全面的排查。其次在故障線路確定之后，要使用電壓比對其內(nèi)部電壓進行測定，以此判斷電路當(dāng)中的電壓是否處于合理范圍，以便逐漸縮短故障范圍，最終確定故障發(fā)生的地點。

4.2.2 替代法檢測

為避免在檢測中受到保護裝置誤動，或出現(xiàn)電壓過高，要針對電氣二次回路故障，采用替代法進行排查。采用替代法的原因是能快速地對電力線路當(dāng)中的電子元器件進行更換，快速讓電力線路恢復(fù)到正常運行。

4.2.3 電位測定法

為提升檢測效率，可采用電位測定法進行有針對性的檢測維修。首先要對所有電氣二次回路中的節(jié)點進行電位測量，一旦出現(xiàn)電位異常，就可判斷出電子元器件的故障問題，然后再進一步的檢查分析故障原因再行處理。

4.2.4 電流測定法

繼電保護裝置誤操作致使斷路器故障，致使電氣二次回路無法繼續(xù)運行，可利用電流測定法。在檢測過程中，檢驗人員采用電流法，對設(shè)備工作狀態(tài)進行了全方位的檢查，從而確定了故障發(fā)生的具體位置，并將已確定的電流值與正常值加以比較，以便快速分析找到故障點，可針對短路類故障維修。

4.3 人為誤操作造成故障避免

4.3.1 加強變電站變電運行的安全監(jiān)管制度

對變電站內(nèi)整體安全故障的管理工作應(yīng)始終以預(yù)防為主，定期開展故障排除與維修工作，把故障限制在預(yù)防階段內(nèi)，把故障所帶來的經(jīng)濟損失降到最低點。尤其是在交流輸電系統(tǒng)失效的防范與控制技術(shù)方面，由于輸電線路故障檢修難度大，維護技術(shù)要求高，許多山區(qū)輸電線路的維護極為困難。因此，預(yù)防輸電線路系統(tǒng)故障應(yīng)重點建立和完善故障排查人員的管理機制。發(fā)現(xiàn)潛在故障時，應(yīng)及時進行專業(yè)檢測和維修，及時更換舊設(shè)備，防止故障發(fā)生。對優(yōu)秀的變電站安全監(jiān)察人員，將給予精神和物質(zhì)獎勵，把變電站正常、安全、零故障運行作為工作人員的工作思想指導(dǎo)，最大限度減少故障給變電站造成的損失。

4.3.2 提升管理人員的技能水平與素質(zhì)

通過對管理人員進行培訓(xùn)，可有效提升管理人員的專業(yè)能力和素質(zhì)，從而更好地對變電站進行管理，確保變電站的穩(wěn)定進行。首先，對管理人員的行為進行規(guī)范，規(guī)范好管理人員，運用相關(guān)標準來進行管理，強化管理人員的規(guī)范和安全意識，可以有效防止故障的發(fā)生和安全問題的出現(xiàn)。其次，要不斷更新管理人員的知識結(jié)構(gòu)，豐富專業(yè)理論知識，側(cè)重于提高管理人員的故障處理能力，如避雷器故障、線夾發(fā)熱等處理，這樣不僅提高了管理人員的整體素質(zhì)和故障處理水平，也能降低因故障帶來的影響和減少故障所造成的損失。

5 結(jié)語

電力供應(yīng)在當(dāng)今社會的各個領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是促進社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的重要力量。因此，必須做好電力系統(tǒng)及其設(shè)備的運行維護安全管理，確保電力能源的可持續(xù)供應(yīng)。在強化設(shè)施保障、完善安全管理制度、提升工作人員的綜合水平等方面，不斷改善當(dāng)前在變電所管理運維工作中出現(xiàn)的問題，以提升運維管理技術(shù)水平，實現(xiàn)全國供電系統(tǒng)長期平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，為人民群眾提供更優(yōu)良的電能服務(wù)條件。在管理變電所工作過程中，由于各種因素可能會出現(xiàn)故障。相關(guān)工作人員應(yīng)做好對設(shè)施和作業(yè)線的檢查保養(yǎng)工作，并針對故障因素提出解決辦法，變電所的故障運行可能會影響整個變電所系統(tǒng)的正常順利工作，從而降低了電能品質(zhì)，甚至損害供電的完整性。因此，電力企業(yè)要注意變電所工作中的故障排除，按照科學(xué)管理原則“預(yù)防為主、安全第一”，實現(xiàn)變壓器供電系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。保證變電所的安全工作[5]。