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國網(wǎng)湖北省電力有限公司超高壓公司 羅 溪 國網(wǎng)湖北省電力有限公司鄂中運維分部 羅丹妮 項書婉

500kV變電站一般作為樞紐變電站，是電力系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，其主要作用和功能集中在以下五個方面：對不同發(fā)電廠的發(fā)電主干線路予以匯集，并與電力網(wǎng)中的若干個關鍵點、下一級電壓的電力網(wǎng)連接；作為大中型發(fā)電廠最高一級電壓電力網(wǎng)的連接點；多個樞紐變電站以及電網(wǎng)主干線路共同組成電力網(wǎng)的骨架；可作為相鄰電力系統(tǒng)之間的“聯(lián)絡點”；為下一級電壓電力網(wǎng)提供電源。500kV變電站能夠實現(xiàn)上述功能、發(fā)揮相應的作用的前提是，變電站的核心設備——主變壓器必須長時間處于良好的運行狀態(tài)，且得到高質量維護。

1 500kV變電站主變壓器內(nèi)涵簡析

1.1 500kV變電站主變壓器的特點

不同類型的發(fā)電廠在日常生產(chǎn)中，將其他形式的能轉化為電能之后，通過配電網(wǎng)絡傳輸給廣大用電戶。如果在低電壓下傳播，大量電能會被損耗，綜合利用率極低。因此，在電力電網(wǎng)的起始端及中段分別設置變電站，并在其中設置變壓器設備，使電能從電廠出發(fā)時，升級成高電壓，將電能傳輸至用電戶端前降低為低壓，可有效降低傳輸過程中的電能損耗量。無論是何種級別的變電站，其主變壓器的特點大同小異。

如圖1所示為變壓器的原理圖，具體來說，圖1中的整體結構即為變壓器。其中，紫色線圈為與電源連接的線圈，主要用于接收交流電，這便是“一次繞組”，U1、I1、E1、N1分別表示一次繞組的電壓、電流、電動勢、零線有關參數(shù)（如零線的電壓）；圖1中的綠色線圈為與負載相連的線圈，用于送出交流電能，被稱為“二次繞組”，其中U2、I2、E2、N2分別表示二次繞組的電壓、電流、電動勢、零線有關參數(shù)。變壓器同時與一次繞組、二次繞組交鏈，磁通量的向量一般以φm表示，該磁通量便是主磁通量。

圖1 變壓器構成及運行原理圖

當變壓器一次繞組、二次繞組的電壓、電動勢瞬時值的變化規(guī)律呈現(xiàn)出“正弦”波動的特點時：一次繞組電壓/二次繞組電壓=一次繞組電動勢/二次繞組電動勢=一次繞組零線處電壓/二次繞組零線處電壓。如果忽略變壓器鐵芯的損失，那么根據(jù)能量守恒定律可得出的結論是，一次繞組的功率（即一次繞組的額定電流與額定電壓的乘積）與二次繞組完全相同，這意味著一次繞組、二次繞組的額定電壓和額定電流均完全相同?？傮w來看，500kV變電站主變壓器的構成與其他級別變壓器之間并無本質不同。

1.2 500kV變電站主變壓器的配置與運行原理

本文案例中，500kV變電站主變壓器主要配置為“雙重保護”模式。其中，主保護一般采用“縱聯(lián)差動”機制——當主變壓器發(fā)生故障且達到一定嚴重程度時，差動保護機制會迅速啟動，將變壓器從電網(wǎng)電路中斷開（電源不再向變壓器供電）[1]。在此基礎上，控制系統(tǒng)還會對變壓器覆蓋范圍內(nèi)的電流情況進行有效檢測，以確定最大故障電流所在區(qū)域，最終達到保護變壓器的目的。為有效提高500kV變電站主變壓器的靈敏度，技術人員需以牽制系統(tǒng)作為比對對象，完成對主變壓器的設置。這樣做的目的在于，當變壓器出現(xiàn)故障之后，由于產(chǎn)生的短路電流會明顯超出正常電流，故相應產(chǎn)生的動作電流也會隨之增大。這時，控制系統(tǒng)會基于制動比率，在極短時間內(nèi)迅速做出選擇。

1.3 500kV變電站主變壓器運行相關要求分析

本案例中，500kV變電站主變壓器若要正常運行，對環(huán)境、溫度、電源電壓變化等提出的要求如下：其一，對環(huán)境的要求。500kV變電站主變壓器所處的環(huán)境的溫度必須長時間保持穩(wěn)定性。原因在于，如果環(huán)境溫度發(fā)生較為明顯的變化，則500kV變電站主變壓器的使用壽命會在不同程度上降低。有數(shù)據(jù)表明，如果變壓器的絕緣溫度長時間處于95℃這一較為恒定的狀態(tài)，那么變壓器可以在近20年內(nèi)保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，性能幾乎不會明顯下降；如果變壓器的絕緣溫度長時間達到105℃時，變壓器的壽命會大幅度降低，最多只能穩(wěn)定運行7年；如果變壓器的絕緣溫度長時間達到120℃的高溫狀態(tài)，那么變壓器最多使用2年，便有可能發(fā)生不可逆的損害，情況嚴重時甚至直接報廢。

基于此，技術人員必須對變壓器所處環(huán)境進行有效檢查，確保變壓器絕緣溫度長時間處于95℃及以下，盡量延長變壓器的壽命。其二，對溫升的要求。500kV變電站主變壓器處于運行狀態(tài)時，技術人員必須對多個元器件的溫度升高過程進行精確控制，盡量避免出現(xiàn)諸如“大量元器件在極短時間內(nèi)迅速升高”“變壓器的某些元器件長時間處于較高溫度”的事件。如果無法做到，則500kV變電站主變壓器的使用壽命同樣會降低。

2 500kV變電站主變壓器在不同運行狀態(tài)下的維護策略

2.1 500kV變電站主變壓器的正常運行及維護技術

本案例中，500kV變電站主變壓器正常運行期間，如果檢修維護人員沒有發(fā)現(xiàn)明顯異常，表明變壓器當前保持常規(guī)運行狀態(tài)。此時檢修維護人員需要做到：對每日送電前及斷電后的主變壓器工作記錄進行充分記錄并做好歸檔工作，定期總結，盡可能找出并及時處理潛在的安全隱患。與此同時，檢修維護人員每天都應圍繞與主變壓器有關的各項作業(yè)是否能夠正常進行判斷，重點針對主變壓器的多個閥門位置是否保持正常狀態(tài)、瓦斯繼電器等單元的連接方式是否正確、繼電保護等裝置是否依然能夠隨時發(fā)揮作用、有關引線的連接是否出現(xiàn)松動、如法蘭裝置等是否出現(xiàn)漏油情況。

在500kV變電站主變壓器正常運行期間，如果出現(xiàn)突發(fā)情況，導致變壓器因受外部沖擊作用或是跳閘等影響，在短時間內(nèi)無法正常發(fā)揮作用，進而被迫斷開連接時，檢修維護人員必須立刻對變壓器的外部完整性、中性點等進行全面檢查，不可忽視這類異常的嚴重性。

2.2 500kV變電站主變壓器出現(xiàn)運行異常時的特征及維護策略

導致本案例中的500kV變電站主變壓器運行期間出現(xiàn)問題的主要原因是，變壓器長時間運行過程中銅鐵損耗是不可避免的，這是因為這些具有導電性的金屬材料在通電的過程中會做功，進而產(chǎn)生熱量（同時便會造成銅鐵損耗）。受此影響，變壓器自身的溫度會隨之升高。上文提到，如果變壓器所處的環(huán)境不佳，導致產(chǎn)生的熱量無法有效向外散發(fā)，那么變壓器內(nèi)部的多種元器件以及構成材料在長期處于高溫的環(huán)境下，老化及損耗速度均會加快，情況嚴重時甚至破壞某些結構的完整性。

基于此，檢修維護人員如果檢測到主變壓器出現(xiàn)異常情況（包括漏電、漏油、溫度始終過高），意味著主變壓器可能長時間處于異常運行狀態(tài)，而不是因為某個突發(fā)故障而導致當前現(xiàn)象。針對這些異常情況的檢修維護處理方法如下：其一，檢修維護人員如果發(fā)現(xiàn)主變壓器的當前油位與當前的油溫并不對應時，應當果斷將變壓器的電源開關斷開，將變壓器從電網(wǎng)電路中“摘除”。

這樣做的目的在于：如果依然是電壓器保持通電狀態(tài)，且確定存在漏油情況，情況嚴重時會因高溫、漏電、漏油而導致爆炸事故，這樣的后果必須盡量避免。在斷電之后，檢查維護人員可嘗試將油補充完整，或是使油溫降低，查找導致油位與油溫不對應的原因。待將所有安全隱患完全排除后，方可將主變壓器重新接入電源，確保變壓器整體保持運行安全性與穩(wěn)定性；如果主變壓器因何種原因出現(xiàn)爆炸或是火災事故，如果檢修維護人員身處現(xiàn)場且自身安全可得到保障時，應當抓緊寶貴時間，立刻將主變壓器各側的斷路器全部斷開并將隔離開關拉開。如果時間允許，還應打開500kV變電站均按照相關要求設計的預噴淋滅火系統(tǒng)，盡量延緩火情發(fā)展速度。與此同時，還可以打開放油閥，盡最大可能降低損失[2]。

3 500kV變電站主變壓器運行期間的維護管理要素

3.1 建立健全變壓器周期性檢修與送電維護機制

本案例500kV變電站主變壓器正常運行期間，檢修維護人員應當建立健全與主變壓器有關的周期性檢修與送電維護機制，及時發(fā)現(xiàn)并處理好主變壓器存在的故障，盡量延長其壽命。具體要求如下。

其一，應制定完善的全體系電氣設備分級運行機制。該機制的主要作用是，在包括主變壓器在內(nèi)的變電站所有設備正常運行期間，做好技術性數(shù)據(jù)的收集與評估工作。正常情況下，變電站各類設備的運行工況會呈現(xiàn)出周期性變化的規(guī)律。相關數(shù)據(jù)以及對應的曲線如果出現(xiàn)異常波動，意味著設備本身可能出現(xiàn)了故障。而對應數(shù)據(jù)的具體波動結果背后往往隱藏著導致故障的原因?；诖耍侠?、完整地收集主變壓器的運行數(shù)據(jù)，分析導致異常情況產(chǎn)生的原因，制定相應的預防措施，對提高主變壓器設備的運行穩(wěn)定性、故障及時發(fā)現(xiàn)及解決率均可產(chǎn)生積極意義。

其二，所謂的“分級”標準并不是憑空設定，而是需要根據(jù)各個電力系統(tǒng)設備在變電站、電網(wǎng)中所處位置的重要程度進行科學排布后得出。相應地，電氣設備的故障也存在相應的排布次序。一般要求是，檢修維護人員應當優(yōu)先處理排名較高的故障，但這并不意味著可以忽略優(yōu)先級較低的故障，而是應按照一定的次序，進行全面處理。

其三，包括主變壓器在內(nèi)的所有電氣設備都有對應的參數(shù)指標。檢修維護人員應該圍繞這些指標科學設定“檢修目標值”。其中的邏輯為：隨著主變壓器使用時間的累積，必定會在不同程度上出現(xiàn)性能下降的情況。其中，有一些下降的性能可以通過更換零部件等方式恢復到較高水平，但有一些累積性性能受損會呈現(xiàn)出“逐步下降”趨勢，只能盡量延緩“下降”的速度，很難完全恢復故障出現(xiàn)前的水平。

基于此，檢修維護人員應當根據(jù)主變壓器設備的運行時間，科學設定“性能恢復目標值”，即對不同工況、出現(xiàn)不動損害、性能不同程度下降的主變壓器設備經(jīng)過檢修、維護、保養(yǎng)后，能夠恢復到什么水平進行科學預估，在實際檢修維護作業(yè)中，只要達到該水平即可，彰顯出經(jīng)濟性。不僅如此，檢修維護人員還應在檢修過程中，對主變壓器等設備在常規(guī)運行情況下，下一次發(fā)生故障的時間、原因、規(guī)模、嚴重程度等進行預估，在時間臨近時提前做好準備，到時驗證，從而達到提高對主變壓器設備了解深度的目的。

3.2 在變壓器繼電保護裝置中增設巡檢功能

除了日常檢修及維護作業(yè)之外，技術人員還應注意在500kV變電站主變壓器專用的繼電保護裝置中增設“二次巡檢”功能裝置。該裝置的主要作用是，能夠及時發(fā)現(xiàn)存在于繼電保護系統(tǒng)中的有關問題及故障，進而在主變壓器出現(xiàn)有關故障時，能夠在第一時間迅速切斷主變壓器的電源，盡量降低其受損程度。一種思路是，在繼電保護裝置中，除了常規(guī)設置監(jiān)測主變壓器電流、電壓、溫度、電阻的傳感器之外，還應圍繞短路電流、動作電流等進行監(jiān)測。這些電力參數(shù)不同于常規(guī)參數(shù)，在一定程度上體現(xiàn)主變壓器的靈敏度。比如通過對變壓器組、配置差動速斷、比率差動、工頻變化量比率差動等參數(shù)進行實時測定，發(fā)現(xiàn)異常情況時，如果常規(guī)機電裝置沒有動作，則二次巡檢設備立刻啟動，也可保證變壓器的安全。