探讨变电设备的常见故障及在线监测技术应用

郑召兴

【摘 要】在我国的电力系统自动化发展迅猛的背景下，人们日益关注供电可靠性，关注电力变压器电力系统中的重要电气设备的运行安全性，为此，我们要大力研究和分析智能化的变电设备的在线监测方法和技术，延长变电设备的安全使用寿命，提升变电设备的利用率，更好地增强变电站一次设备的安全可靠性，满足电力系统可持续发展的要求。

【关键词】变电设备；在线监测技术；常见故障；可靠性

1 变压器设备的在线监测技术与应用

1.1 变压器设备的常见故障分析

電力变压器设备是“龙头”，对于电能的安全可靠传输起着重要的枢纽作用，电力变压器设备的常见故障主要包括有：（1）绕组故障。这是主变的重大故障，表现为绕组变形、位移、短路等，出现这种故障会导致变压器油温上升，体积膨胀，严重时还会引起主变爆炸。（2）铁芯故障。当铁芯接地不良且处于悬浮电位时，会产生对地放电现象。另外，还会出现铁芯多点接地形成闭合回路的现象，导致电流过热。（3）分接开关故障。主要表现有过渡电阻在切换时击穿、烧断、拉弧等故障。（4）引线套管故障。主要表现为短路、接触电阻增大、断路、套管位移等故障。（5）绝缘或密封不良。过电压会导致绝缘击穿，过电流则会使绝缘老化加快。密封不良则会造成漏油现象。

1.2 变压器在线监测技术

（1）变压器铁芯多点接地在线监测技术

通常来说，变压器铁芯正常运行是一点接地且电流很小，而当其出现多点接地时则会形成闭环回路，并与周边的磁通或非正常接地点的性质相关联。在对变压器铁芯多点接地在线监测中，当铁芯接地电流到达报警值时，电流继电器动作会出现预警；当超过限定的额定值时，可以自动或手动投入限流电阻，实现对铁芯接地电流的限制。铁芯在线监测装置在电流传感器的作用下，将接地电流转换为电压信号，放大、滤波、A/D转换，再由通信接口将信号数据传输到无线传输模块之中，实现在线监测。

（2）变压器油色谱在线监测技术（DGA）。它是基于油色谱离线检测技术发展而来，重点对绝缘油中溶解的CH4、CO2、C2H2、C2H4等气体的含量，进行重点检测，该技术具有良好的数据通信功能，可以实时监测变压器内的油气状态，响应速度快，可以较好地消除检测过程中的误差。

（3）变压器热点温度在线监测技术。这主要是采用红外成像技术及紫外成像技术，在不接触和运行的前提下，灵敏而准确地发现电流致热性及电压致热性缺陷，从而及时发现主变运行时内部温度分布不均匀的现象，避免绝缘局部老化、击穿和损坏现象。

（4）变压器绕组变形在线监测。这是通过振动信号分析的方法，对绕组及铁芯运行状态时所产生的振动信号进行测量，一旦绕组及铁芯运行出现变形或位移现象，则其振动信号的幅值、频谱图会出现极为明显的变化，由此可以作为判定设备变形的依据。

2 断路器在线监测技术分析及应用

2.1 断路器常见故障分析

高压断路器包括有灭弧元件，是开断电网电流的关键设备，它的常见故障主要包括有：（1）密封件失效。（2）动作失灵。这是指断路器的拒动和误动故障。（3）绝缘件损坏。（4）灭弧件故障。

2.2 断路器在线监测技术分析

（1）电寿命监测。由于断路器是采用分合闸电磁铁进行操作，为此，要采用分合闸线圈电流监测传感器，对电流的波形进行同步对比，及时发现和诊断误动、拒动故障。

（2）机械系统监测。这主要是在线监测线圈分合闸波形及速度状态，通过将旋转光栅安装于断路器的主轴之上，利用光电断路器及光栅的相对运动，使速度行程信号转换为电信号，采集行程、开距等位移量。

（3）控制回路监测。这是重点监测触点的动作时间。

（4）储能机构监测。这主要是在线监测储能电机的电流波形、工作频次等。

3 容性设备在线监测技术分析与应用

电容性设备主要是指变电站的电压互感器、电流互感器设备，是电容型的绝缘设备，其相关的参数主要有介质损耗、电容值、电流值等，常见的故障类型主要有：绝缘故障、绝缘受潮、异物放电、过电压下击穿、外绝缘放电等。

容性设备的在线监测技术主要包括以下几种：

3.1 容性设备标准电容器的电桥法

它是采用运行电压为外加电压，CN时外接的标准电容器，与停电预试的电桥法原理大体一致，其应用优点在于准确度高，数据精准性强。然而，其监测不足之处在于：高压标准电容器的相对体积较大，并且采用运行电压作为外加电压的安全系数不高，容易导致绝缘击穿造成设备短路。

3.2 容性设备在线监测相对比较法

它是对同一母线上的两台相同型号的容性设备，进行电流的大小及相位的同时在线监测，在系统后台的计算和比较之下，获悉介损的差值及电容量的比值，由此可以判定容性设备的在线运行具体情况，是一种应用较为普遍的检测技术和方法。这种检测方法的优点在于：可以在线获取数据，具有更为准确的测量结果，并且相较于电桥外高压法而言，它无须高压标准电容器。然而，其应用不足之处在于：假若同一母线数据对比的两台设备的缺陷发展趋势及程度一致，则难以检测出缺陷性问题，为此，可以采用同一母线上三组之上的容性在线比较方式，有效地保障检测的结果可靠性。

4 氧化锌避雷器在线监测技术分析及应用

4.1 氧化锌避雷器的常见故障分析

氧化锌避雷器也即MOA，是先进而应用广泛的过电压保护装置，它有良好的非线性特性，承载容量大、结构简单。然而，它也存在常见性的故障：

（1）MOA内部受潮。这是在安装过程中渗入水分或密封件失效而导致水分入侵，致使氧化锌的表现出现放电现象，造成绝缘件的损坏或击穿。

（2）MOA的老化及热击穿故障。当氧化锌避雷器的发热功率大于散热功率时，则会出现击穿现象。并且，如果出现单相接地故障，则会加速氧化锌避雷器的老化。

（3）氧化锌阀片与外瓷套间的局部放电故障。如果外瓷套间受到沾污，其电位分布会发生改变，氧化锌阀片与外瓷套之间的电位差加大，则会出现局部放电现象，损坏氧化锌避雷器。

4.2 氧化锌避雷器（MOA）在线监测技术

（1）全电流在线监测技术。可以将数字万用表安装于氧化锌避雷器的计数器之上，测量避雷器的全电流，有效监测氧化锌避雷器的在线运行状态。

（2）阻性电流在线监测技术。通过阻性电流在线监测技术，可以及时发现和诊断氧化锌避雷器早期的老化现象，它利用LCD-4阻性电流测量仪器，从氧化锌下端提取信号，将其分解成阻性电流，再将电信号转换为光信号，输送到计算机在线监测系统之中，实现在线监测、数据分析和处理。

在进行氧化锌避雷器在线监测技术应用的过程中，要注意在线监测时相间干扰的影响，要注意氧化锌避雷器周边的环境，排除主要干扰源，可以采用角度补偿法进行测试和分析，并做进一步的精准测量，以做出精准的诊断。

5 结论

综上所述，在我国电力系统不断发展的背景下，要重视和关注变电设备的运行状态，要全面分析变电设备中的高压断路器、容性设备、氧化锌避雷器的常见故障，并应用先进的变电设备在线监测技术，了解变电设备在线监测技术的优劣势，把握变电设备在线监测技术应用中的关键点和注意要领，进行全面、准确的分析和处理，在传感器技术和人工智能技术的支撑和依托之下，更好地确保智能变电站的安全可靠运行，促进我国电网系统的安全稳定与可靠性，并为后续的状态检修工作提供依据。

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