变电站主电气设备状态监测和故障诊断

郑 思，欧乃成

（1.湖南电力建设监理咨询有限责任公司，湖南长沙 410000； 2.国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙 410000）

变电站主电气设备状态监测和故障诊断

郑 思1，欧乃成2

（1.湖南电力建设监理咨询有限责任公司，湖南长沙 410000； 2.国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙 410000）

在电力系统实际运行过程中，保障电气设备处于正常运行工况至关重要，因此，需要对电气设备进行状态检测，并采用先进的故障诊断技术，为故障处理提供依据。分析常用状态监测和故障诊断技术，结合实例，研究电气设备状态监测与故障诊断的重要性及变压器色谱在线监测系统的应用方式。

变电站；电气设备；变压器；检修

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.58

0 引言

变电站电气设备状态检修是由设备状态监测以及故障诊断技术所组成的，其在实际应用中，能够对电气设备运行实际情况进行监测，帮助检修人员详细掌握电气设备的故障发生情况，从而合理安排停电时间以及检修计划，保证维修工作质量。因此，对变电站电气设备状态检修进行详细探究具有十分重要的现实意义。

1 电气设备状态监测与故障诊断的重要性

1.1 保障电力系统运行的安全性、稳定性

在电力系统中，电气设备是重要的组成部分，通过各类电气设备，共同构成了电力运行系统，而各个电气设备的运行质量也会对电力系统运行安全性和稳定性产生较大影响。由此可见，为了保证电力系统正常运行，必须加强对于电气设备的状态检修管理，这样才能够尽快发现电气设备故障隐患，及时消除故障问题。新时期，我国社会经济发展迅速，对于电力资源的需求量也在逐渐增加，在电力能源供应中，如果电气设备出现故障问题，则会对人们的正常工作和生活造成不良影响。对此，必须对电力系统电气设备进行状态监测和故障诊断分析，及时排查故障问题，保障电力系统的正常运行。

1.2 有利于降低成本，提高经济效益

在市场经济环境下，各行各业市场竞争日益激烈，电力企业也同样如此，在电力企业生产经营过程中，至于在保证工程质量和安全性的基础上降低成本，才能够提升企业市场竞争力。因此，在电力系统日常运行过程中，如果忽略了对于电气设备状态检修工作重要性的认识，导致设备处于不良运行工况下，就会引发各类故障问题。部分电力企业只有在电气设备发生故障问题的情况下才会对其进行检修，这样不仅会造成检修难度增加，同时也会增加检修工作人员的劳动强度。对此，必须高度重视对于电气设备的状态监测管理，尽量减少人力和物力的使用，提升电力系统运行效益。

2 变电站主电气设备状态监测和故障诊断技术

2.1 变压器

在电力系统中，变压器是十分重要的电气设备，变压器的种类有很多种，比如冲油式变压器、干式变压器以及六氟化硫变压器等等。在对变压器进行状态监测过程中，所用的方法也有很多种，包括红外监测技术、超声定位监测技术、局部放电监测技术等等。在进行变压器检修过程中，对于高压套管，一般采用介质损耗因数数字化在线监测技术，而有载调压开关的故障发生几率较大，对此，可以采用专业的有载诊断设备，对触点磨损情况以及电气回路故障进行诊断分析。在变压器状态监测中，不仅包括上述常用技术，同时还有风扇运行监测技术、油温监测技术、负载电流监测技术等。在对变压器进行状态监测时，最为关键的监测对象有固体绝缘、气体绝缘、冷却系统等，而常见故障类型包括过热故障、放电故障、进水故障、机械故障等等。比如，在对某水电站进行设备更新改造过程中，所采用的变压器为三相油浸变压器，其结构密闭性比较高，因此，内部绝缘油以及绝缘介质不会与空气产生直接接触，在实际运行状态下，不需要进行换油操作，因此，设备使用寿命较长，这一变压器形式注意杯应用于农村配电中。但是，需要注意的是，该设备在实际运行过程中，容易受到外界环境温度因素的影响，导致变压器出现渗漏油的现象，这样就会对变压器继电器造成误动影响。

2.2 电容性设备

电容性设备指的是互感器设备，在这类设备状态监测和故障诊断中，常用的方法有红外检测法、离线监测法、停电预试法等等。在对电容性设备进行状态监测时，可以采用信息检出、数据采集、信息传递以及信息处理等步骤，通过上述状态监测步骤，能够对设备进行综合诊断分析，然后结合所得结果对设备采取有效的维修技术。另外，如果采用停电预试验技术，则需要与主设备进行有效结合，并且在电力线路停电状态下进行监测，通过监测，发现电容性设备的故障隐患问题，然后再根据设备故障的严重程度，判断是否需要进行停电检修。

2.3 高压配电柜

在变电站中，高压配电柜也是一种常用设备，可以采用以下方法对高压配电柜进行状态监测和故障诊断。

（1）机械特性监测，这一监测对象合闸、分闸电压、电流、断路器触头形成、弹簧状态、和断路器动作等。

（2）电气性能在线监测技术，这一监测技术的应用对象包括灭弧室真空度、断路器开关电流加权值等。在实际监测过程中，在不同开断电流下，可以获得不同的等效磨损曲线，而每台断路器的允许磨损总量是由额定短路开关电流所决定的，因此，可以通过累计触头磨损量，对电气设备用电寿命进行判断。

（3）径向基函数网络理论监测技术，这一监测技术在实际应用中，能够将健康振动信号和断路器实际振动信号波峰幅值之差形成的残差以及冲击事件发生的时间作为断路器故障诊断的特征参数，并依次为依据，检查断路器的运行情况。

（4）目前，一种改进的真空断路器电寿命在线监测技术逐渐完善，期在实际应用中，能够综合考虑设备开断过程以及燃弧时间，因此监测所得结果准确性比较高，同时还能够有效反映出不同相的电磨损情况。在高压配电柜实际运行过程中，如果产生局部放电，则会产生一定的电磁波，通过开关柜，能够实现电磁波传播，这样就会在开关柜的箱体上形成暂态对地电压（TEA），在这种情况下，可以通过电容耦合传感器检测TEA，进而对高压开关柜的故障发生情况进行判断，如图1所示。

图1 局部放电检测诊断方法

3 状态监测和故障诊断实例

3.1 MGA2000-6H色谱在线监测系统

宁波理工监测科技股份有限公司生产的MGA2000-6H系列变压器色谱在线监测系统，其技术原理为气相色谱检测原理。这一检测技术的应用方式为：在内置一体式油泵的作用下，变压器油产生油气分离现象，通过毛细管萃取，能够分理出其中的溶解气体，然后再经过油气分离后，变压器油即可再次流入变压器油箱中，而萃取所得溶解气体则可以在内置微型气泵的作用下进入定量管，在载气的作用下，溶解气体即可进入色谱柱，通过检测器，可以对色谱柱中的组分气体进行监测，并将其转换为电压信号。通过色谱数据采集器，能够将气体浓度电压量通过RS485传递至数据处理器中，通过数据处理器，可以对标定数据进行定量分析，然后对不同溶解气体的组分以及增长率进行计算，最后，通过故障诊断专家系统，对变压器故障发生情况进行总结和分析。

3.2 MGA2000-6H色谱在线监测系统应用及结果

某变电站共安装12台MGA2000-6H色谱在线监测系统，配备1套数据服务器，通过应用RS485总线，能够实现数据通信，监测系统设备安装情况如图2所示。

通过应用MGA2000-6H系统，能够及时采集监测数据，通过数据处理服务器，能够将神经网络的故障诊断技术与三比值法进行有效结合，同时，还可以根据色谱数据对变压器故障发生情况进行分析。根据时间研究发现，这一故障监测方法的故障分

图2 MGA2000-66H型变压器色谱在线监测系统结构

析准确率较高。在该变电站投入运行后，通过现场检查发现，2#主变A相、4#电抗器A相、5#电抗器B相均出现了不同程度的C2H2以及H2超标情况，具体数据如图3所示。通过对图3数据以及离线数据进行比较分析发现，在该系统投入运行半年时间内，系统运行稳定性比较高，根据对故障进行监测，并对线、离线数据以及5#电抗器加强监督管理，有利于以此为依据，提出相应的故障防范对策。另外，通过对该变电站2#主变A相、4#电抗器A相、5#电抗器B相进行监测分析发现，C2H2以及H2超标严重，并且达到一级报警水平，通过对系统进行诊断分析发现，设备内部存在低能量放电现象，符合新投运设备运行特征，目前烃类气体组分含量基本稳定。

图3 监测数据

4 结语

电力系统运行过程中，电气设备状态监测以及故障诊断至关重要，只有保证电气设备的正常运行，才能够保障电力系统正常供电。对此，本文主要对变压器、电容性设备以及高压配电柜的状态监测以及故障诊断技术进行了分析，并且以变压器为研究对象，对设备状态监测和故障诊断技术的应用方式进行详细探究。根据本文分析课件，通过加强电气设备状态检修，有利于及时发现故障问题，并采取有效的治理措施，保障电力系统安全稳定的运行。

［1］陈雪峰，李继猛，程航，等.风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展［J］.机械工程学报，2011，47（9）：45-52.

［2］包波.设备状态监测技术在单螺杆泵故障诊断中的应用［J］.内蒙古石油化工，2013，13（1）：104-106.

［3］蔡骥然，郑永康，周振宇，等.智能变电站二次设备状态监测研究综述［J］.电力系统保护与控制，2016，44（6）：148-154.

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〔编辑 凌 瑞〕