鄭景元 唐楠 郭家圳

上海市電力公司超高壓分公司 上海 200063

引言

換流站直流設備是輸電系統(tǒng)中重要的組成部分，其正常運行對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義。然而，由于長期運行和環(huán)境因素的影響，換流站直流設備可能會出現(xiàn)故障，給電力系統(tǒng)帶來潛在的風險。為了及時發(fā)現(xiàn)和修復直流設備故障，科學的故障診斷與維護技術是必不可少的。本研究旨在探索適用于換流站直流設備故障診斷與維護的先進技術和方法。本研究提出的換流站直流設備故障診斷與維護技術，具有重要的實際應用價值。它可以提高直流設備的可靠性和運行效率，降低故障發(fā)生的風險，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供有力支持。

1 直流設備的基本原理和結構

直流設備是用來實現(xiàn)直流輸電和轉換的設備，它基于直流電的特性進行設計和構造。以下是直流設備的基本原理和結構。

基本原理：直流設備利用直流電的單向性質，將電力從一個點輸送到另一個點。直流電的電壓恒定，電流方向恒定，因此直流設備具有穩(wěn)定性強、能量損耗小等優(yōu)點[1]。

結構和組成：直流設備的基本結構包括直流輸送系統(tǒng)和直流轉換系統(tǒng)兩部分。

直流輸送系統(tǒng)：直流輸送系統(tǒng)由直流電源、直流導線和直流負載組成。直流電源通常采用直流發(fā)電機或直流變流器產生，可提供穩(wěn)定的直流電壓。直流導線用于將電力輸送到負載，通常采用直流高壓輸電線路，如換流站的直流極線。直流負載指的是直流電能的使用終端，例如工業(yè)設備、電動機等。

直流轉換系統(tǒng)：直流轉換系統(tǒng)用于實現(xiàn)不同電壓等級之間的直流電能轉化。主要包括直流-直流變換器和直流-交流變流器。直流-直流變換器通常用于將高壓直流轉換為低壓直流，或者將直流電能傳送到遠距離。直流-交流變流器用于將直流電能轉換為交流電能，實現(xiàn)與交流輸電系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

此外，直流設備還包括輔助設備，如控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)等，以確保直流設備的安全運行和可靠性。總之，直流設備是一種基于直流電特性的電力傳輸和轉換設備，通過直流輸送系統(tǒng)和直流轉換系統(tǒng)來實現(xiàn)直流電能的輸送和轉化。

2 換流站直流設備常見故障類型

2.1 電氣故障

換流站直流設備可能遇到一些常見的電氣故障。以下是一些可能出現(xiàn)的電氣故障。

短路故障：短路是指電流在一個相對低電阻路徑上繞過預期的電路路徑流動。這可能由設備內部的絕緣破損、接觸不良或絕緣子擊穿等原因引起。短路故障會導致設備過載、跳閘以及電力系統(tǒng)的異常運行。

過電壓故障：過電壓是指系統(tǒng)中出現(xiàn)超過正常運行電壓的情況。這可能由雷擊、繞組故障、變壓器失效或操作錯誤等原因引起。過電壓故障會對設備的絕緣性能造成損害，影響設備的正常運行，并可能導致設備的損壞或燒毀。

欠電壓故障：欠電壓是指系統(tǒng)中電壓低于正常運行范圍的情況。這可能由輸電線路故障、電源故障或負載過重等原因引起。欠電壓故障會導致設備無法正常工作，影響設備的性能和工作穩(wěn)定性。

接地故障：接地故障是指電流通過非預期的路徑流向地面，可能導致設備和系統(tǒng)的電勢不平衡。這可能由設備絕緣損壞、接地線路斷開或接地電阻過高等原因引起。接地故障會對設備安全性造成威脅，可能導致人身傷害和設備損壞。

過載故障：過載是指設備或電路承載的電流超出了設計額定值。這可能由負載過重、短暫的功率突增或電源不穩(wěn)定等原因引起。過載故障會導致設備過熱、繼電器動作、保險絲熔斷等問題，影響設備的可靠性和壽命[2]。

2.2 機械故障

換流站作為直流輸電系統(tǒng)中的關鍵設備，可能會遇到一些常見的機械故障。以下是一些常見的機械故障。

變壓器故障：變壓器是換流站的重要組成部分，常見的故障包括絕緣老化、內部短路、開路等，這些故障可能導致電壓異常、電流異常以及設備過熱等問題。

開關機構故障：換流站涉及大量的開關設備，如斷路器和接地開關等。常見故障包括接觸不良、觸點磨損、機構卡死等，這些問題可能導致設備無法正常開關，影響正常的電力傳輸。

絕緣子故障：換流站設備中的絕緣子用于支持高壓導線，并保持導線與支架之間的絕緣。常見的故障包括絕緣子破損、絕緣子污穢等，這些問題可能導致漏電、擊穿等安全隱患。

電機故障：換流站中的電機用于驅動各種機械設備，如開關機械、調節(jié)機構等。常見故障包括電機軸承磨損、電機絕緣老化等，這些問題可能導致設備運行不穩(wěn)定或停止工作。

冷卻系統(tǒng)故障：換流站中的冷卻系統(tǒng)負責散熱，保持設備的溫度在安全范圍內。常見故障包括冷卻水泵故障、散熱器堵塞等，這些問題可能導致設備過熱，降低設備的可靠性和壽命。

2.3 控制系統(tǒng)故障

換流站直流設備的控制系統(tǒng)是確保設備穩(wěn)定運行和實現(xiàn)電力傳輸調控的關鍵部分。以下是一些常見的控制系統(tǒng)故障。

控制邏輯故障：控制系統(tǒng)中的邏輯電路可能存在故障，導致邏輯判斷出錯或無法正常執(zhí)行指令。這可能會導致設備啟停異常、控制信號錯誤等問題。

通信故障：換流站控制系統(tǒng)通常與其他設備或系統(tǒng)進行數(shù)據交互，如監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)等。通信故障可能導致數(shù)據傳輸失敗、監(jiān)控信息不準確等問題，影響設備的運行和安全。

傳感器故障：控制系統(tǒng)中的各種傳感器用于采集設備運行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)等信息。傳感器故障可能導致數(shù)據采集異常、誤差較大等問題，影響控制系統(tǒng)的準確性和可靠性。

功率放大器故障：換流站直流設備的控制系統(tǒng)通常需要使用功率放大器來驅動各種執(zhí)行器和開關設備。功率放大器故障可能導致控制信號失效或輸出不穩(wěn)定，影響設備的正常操作。

控制電源故障：控制系統(tǒng)需要穩(wěn)定可靠的電源供應，以保證其正常運行。電源故障包括電源輸入不穩(wěn)定、電源模塊故障等，可能導致控制系統(tǒng)崩潰或無法正常工作。

3 換流站直流設備維護技術

3.1 定期巡檢與預防性維護

換流站直流設備作為電力傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，需要進行定期巡檢和預防性維護，以確保其穩(wěn)定運行和延長使用壽命。下面是換流站直流設備維護技術的一些常見措施。

定期巡檢：定期對換流站直流設備進行全面巡檢，包括外觀、連接線路、接地裝置等方面的檢查。檢查是否存在松動、腐蝕、破損等問題，及時糾正。

清潔維護：定期清理換流站設備外部的灰塵和污物，確保設備散熱效果良好。對于設備內部，應按照設備要求進行清潔，避免積塵、濕氣等對設備產生不利影響。

潤滑維護：對于涉及機械部件的換流站直流設備，需要定期檢查潤滑油的情況，并及時添加或更換潤滑油。確保機械部件順暢運轉，減少磨損和摩擦。

絕緣檢測：使用專業(yè)的絕緣電阻檢測儀器，對換流站設備的絕緣狀況進行定期檢測。及時發(fā)現(xiàn)絕緣問題，采取合適的措施進行處理，防止因絕緣損壞引起的故障。

零部件檢修：定期對換流站直流設備的關鍵零部件進行檢修和更換。例如，檢查開關、斷路器、電容器、電阻器等設備的使用情況，及時更換老化或故障的零部件[3]。

3.2 故障排除與修復

換流站直流設備的維護技術故障排除與修復涉及多個方面的工作，包括以下幾個步驟。

故障診斷與定位：當出現(xiàn)設備故障時，首先需要進行故障診斷和定位，確定具體故障點?？梢酝ㄟ^觀察設備運行狀態(tài)、檢查相關傳感器和儀表的讀數(shù)、分析相關記錄數(shù)據等方式進行故障排查。

故障分析與判斷：在確定故障點后，需要進行故障分析，并根據經驗和專業(yè)知識判斷故障原因?？梢詤⒖荚O備的技術文檔、操作手冊等資料，或者進行實驗室測試，以識別故障原因。

故障修復方法選擇：根據對故障的分析和判斷，選擇合適的修復方法。修復方法可以包括更換故障部件、修復電路連接、調整控制參數(shù)等。

修復操作：根據選擇的修復方法，進行相應的操作，例如更換故障部件、進行電氣接線修復、重新設置控制參數(shù)等。

故障驗證和測試：在進行修復后，需要進行故障驗證和測試，確認故障是否被完全修復?？梢詫υO備進行功能測試、性能測試等，以確保修復后設備正常運行。

記錄和總結：完成故障修復后，需要對整個過程進行記錄和總結。記錄修復的細節(jié)和操作步驟，以備將來參考。同時也要總結故障發(fā)生的原因和解決辦法，以提高維護效率和減少故障發(fā)生的可能性。

需要注意的是，在進行換流站直流設備的維護技術故障排除與修復時，應遵守相關安全規(guī)范和操作規(guī)程，確保工作的安全可靠。同時，如果遇到無法解決的故障或者需要專業(yè)知識的支持，可以尋求廠家或相關專業(yè)人員的幫助[4]。

3.3 設備狀態(tài)監(jiān)測與評估

換流站直流設備維護技術中，設備狀態(tài)監(jiān)測與評估是非常關鍵的環(huán)節(jié)。通過對設備狀態(tài)的監(jiān)測和評估，可以及時發(fā)現(xiàn)設備問題，并采取相應的維修和保養(yǎng)措施，以確保設備運行的可靠性和安全性。設備狀態(tài)監(jiān)測與評估的具體方法和技術包括如下內容。

紅外熱成像：使用紅外熱像儀對設備表面進行掃描，檢測設備是否存在異常的熱點，以發(fā)現(xiàn)潛在的故障或疑似故障點。該技術非接觸式、高效且準確，可以有效地預測設備故障。

振動分析：通過振動傳感器對設備的振動信號進行監(jiān)測和分析，以判斷設備是否存在異常振動。異常振動可能是由于磨損、不平衡、松動等問題引起的，及時發(fā)現(xiàn)并處理這些問題可以避免進一步的損壞。

溫度監(jiān)測：通過安裝溫度傳感器對設備關鍵部位的溫度進行監(jiān)測。異常的溫升可能代表設備存在故障或過載等問題，及時采取措施進行修復，以防止設備進一步損壞。

壓力監(jiān)測：對液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等進行壓力監(jiān)測，確保系統(tǒng)的正常運行和穩(wěn)定性。異常的壓力變化可能是由于泄漏、阻塞等問題引起的，需要及時檢修和維護以恢復正常工作狀態(tài)。

電氣參數(shù)監(jiān)測：通過對設備的電壓、電流、功率因素等電氣參數(shù)進行監(jiān)測，可以判斷設備的運行狀態(tài)和負荷情況。異常的電氣參數(shù)可能代表設備存在故障或不正常的工況，需要及時檢修和處理。

化學分析：對設備內部液體或氣體中的化學成分進行分析，以判斷設備的健康狀況和潛在問題?；瘜W分析可以幫助預測設備的壽命周期以及可能出現(xiàn)的故障類型，為維護計劃提供依據[5]。

4 結束語

通過對直流設備故障診斷與維護技術的研究，可以有效地提高換流站的可靠性和穩(wěn)定性，確保電網的安全運行。首先，必須深入了解直流設備的工作原理和結構特點，掌握其故障模式和故障診斷方法。其次，還要加強設備的巡檢和維護工作，定期檢查設備的狀態(tài)，進行預防性的維修和更換，防止故障的發(fā)生和擴大。換流站直流設備故障診斷與維護技術的研究對于提高電網的可靠性和穩(wěn)定性具有重要意義。需要不斷深入研究和探索，不斷完善技術手段和方法，以滿足電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的需求，保障電力供應的可靠性和安全性。