变电设备在线监测检修技术及状态评价

刘玉奎 刘 悦

（国网吉林省电力有限公司通化供电公司，吉林 通化 134000）

由于变电设备种类多样且分布零散，以往采取的定期检修模式存在诸多弊端，例如无法实时掌握变电设备的状态、不能准确判断故障位置等，给检修作业增加了难度。基于传感器技术、通信技术和计算机技术的在线监测检修系统，以同步获取各台变电设备运行参数为基础，根据数据分析结果对变电设备状态进行评价，有助于找准养护、维修的重点，提高检修效率，保障运行安全。

1 常用变电设备在线监测检修技术

1.1 变压器在线监测技术

变压器常见故障有绕组短路、铁芯对地放电、引线套管开裂等。以铁芯多点接地故障为例，在线监测技术原理为：正常情况下，铁芯为一点接地，此时流经铁芯的电流较小，不会出现发热和放电情况。但是铁芯因为振动、老化等原因，发生位移进而出现多点接地后，会在铁芯与绕组之间形成环流，导致电流持续增加，达到一定值后发生对地放电现象。利用由电流互感器、A/D 转换器、限流电阻、通信接口等组成的铁芯在线监测装置，与铁芯并联，可以实时采集流经铁芯的电流信号。经过放大、滤波后，由A/D 模块转化成数字信号。在计算机的处理下，数字信号在显示器上呈现出来，从而实现了对变压器铁芯电流值、温度值的在线监测。若温度和电流超过标准值后，进行报警。

1.2 避雷器在线监测技术

氧化锌避雷器（MOA）常见故障有密封失效、热击穿、阀片处局部放电等。其在线监测技术有两种，分别是基于全电流的在线监测和基于阻性电流的在线监测。前者是将万用表与避雷器并联，实时采集避雷器两端的全电流。若实测电流超过额定电流的两倍以上，则认为是达到了安全警戒值，即进行报警。但是MOA 具有非线性特性，受到高次谐波电流的影响，导致全电流监测结果经常失准。因此基于阻性电流的在线监测实用性更好。其监测原理为：在每个MOA 下方安装一台监测器，实施采集阻性电流。将电信号经A/D 转换器处理后，以数字信号输出并进入到计算机中。经过计算机的后台处理，在显示主机上展示结果。MOA的在线监测原理如图1 所示。

图1 MOA 在线监测原理图

某变电站使用避雷器在线监测装置，发现B 相阻性基波电流最大达到了0.14mA，而A 相和C 相仅为0.05mA；同时监测数据显示B 相的相位角为79.4°，已经小于80°的安全临界值，故发出警报。检修人员在接收警报后，根据发出警报的位置，快速锁定故障源。使用红外测温仪分别对A、B、C 三相测温。发现B 相温度在29.6-30.7 之间波动，高于另外两相。断电之后，进行直流高压泄漏试验，发现在电压升高至80kV 时，避雷器B 相出现击穿。拆解避雷器后，发现内部阀片绝缘失效，重新更换后再次试验并测温，各项数值恢复正常，问题得以修复。

1.3 容性设备在线监测技术

电容型设备常见故障有绝缘层开裂、油液含水率超标、异物放电等。其在线监测系统由两部分组成，即电流电压信号采集部分、变电设备状态监测部分，监测装置是基于“相对值比较法”实现异常报警。以油液含水率的在线监测为例，前端监测装置安装在油箱内的浮动阀上，可实时测量油液中的微量水分。将实时采集数据与容性设备正常工况下的标准数据进行对比，若实测数据超出了标准范围，则进行报警。在容性设备的电流、电压监测方面，对精度也有特殊要求，如表1 所示。

表1 容性设备电压、电流在线监测精度要求

2 变电设备状态评价方法

对变电设备运行状态进行评价，需要尽可能获取设备运行的详细数据。数据的获取与分析工作量极大，无法依靠人工来完成，必须要引进基于大数据、云计算的信息系统。在此基础上，按照状态评价流程（如图2）得出最终的评价结果，帮助检修人员更加客观地了解变电设备的状态。

图2 变电设备状态评价流程图

2.1 变电设备状态量的选择

根据变电设备的运行特点和基本功能，将状态量分为两类，即直接反应变电设备核心功能的主状态量，以及间接表示变电设备基本功能的辅助状态量。以变压器为例，主状态量包括绕组电阻、顶层油温、套管介损等；辅助状态量则包括绕组绝缘电阻、油液水含量、油箱温度等。对于SF6 断路器，主状态量包括开断短路电流次数、套管外绝缘、SF6 气体泄漏等；辅助状态量包括压力表、金属件等。

2.2 状态量评价分值

在明确了每一类变电设备的状态量后，还要采用赋值法，确定每一项状态量允许的最大扣分值。该值表示在不影响变电设备正常运行的情况下，可以允许的最差状态。以SF6 断路器为例，各项状态量允许的最大扣分值如表2 所示。

表2 状态量评价指标及分值

在最大扣分值以内，决定实际扣分值的因素是状态量实测值与设备标准工况下正常值的差距。两者差距越大，则扣分值越高。由于状态量的表现形式存在差异，其扣分规则又可分成定量状态量和定性状态量两种类型。其中，定量状态量又包括了区间型、损耗型等若干类型。

2.3 部件的状态评价

在变电设备中，存在若干具有独立功能的零件，例如变压器中的绕组、铁芯、油箱等，分别具有输送电流、电磁耦合、绝缘和散热的功能。在变电设备实际运行中，这些关键部件出现故障后，也会直接影响设备整体的运行。因此，在状态评价时也要着重关注这些重要部件的状态量。同样的，每个部件的状态量可分为若干项，以变压器绕组为例，主状态量包括了电阻、介质损耗因数等；辅助状态量包括了温度、纸绝缘聚合度等。主状态量最大扣分值设定为60 分，辅助状态量最大扣分值设定为15分。部件评分公式为：

式（1）中，P 表示被评价的部件，n 表示部件的数量。

2.4 变电设备的状态评价

不同部件因为所处位置、自身性能、使用数量等原因，对变电设备整体状态的影响有高有低。为保证状态评价结果更加精确，还应引入部件权重的概念。部件功能越重要，对变电设备整体运行影响越大，则权重越高。若某个部件出现故障进而导致设备无法维持标准状态运行时，可选择"短板效应"的处理方式，设备整体的状态评价参照评价结果最差的部件。如果所有部件状态均为正常，则整体的状态评价公式为：

式（2）中，Kp 表示权重系数，取值范围[0,1]；其他同上。

如果各个部件中，存在任意一个或多个的评价分值达不到正常状态，则参照得分最低的部件，整体的状态评价公式为：

3 结论

变电运行管理中，推广在线监测检修技术实现对各类变电设备状态参数的实时、动态收集，然后将获取的海量数据进行统计、对比，完成设备状态分析。根据分析结果，能够及时发现异常状态，在报警的同时，还能提供故障原因、故障位置等基本信息，方便检修人员快速查明导致异常工况的原因，进而提高了故障维修效率，使变电设备尽快恢复正常运行。