不同电压等级下变电站设备故障记录系统的开发

赵星云 李奕欣 冉明皓

（1 国网天津市电力公司高压分公司 天津 300000 2 国网天津市电力公司城东供电分公司 天津 300000 3 广西大学电气工程学院 广西南宁 530004）

0 引言

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的电气设施。在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点［1］。可以按照在电力系统的地位和作用、布置方式或电压等级等分成多种变电站，如图1 所示。随着电力系统的发展，变电站设备也更为复杂，出现故障第一时间往往较难掌握问题的关键，因此变电站的故障数据库也应进行进一步的完善，需要建立一个故障情况的记录系统，以便于工作人员的使用和维修［2］。

图1 变电站类型

针对变电站的故障情况，目前已有一些文章对设备的故障种类、原因等方面做出了详细的分类和整理，我们也对这方面做出过相关的研究，如文献［2］和文献［3］，已有较为完整的体系，本文将不再进行赘述。但是我们发现这些文章往往只针对某一电压等级进行分析，缺少对不同电压等级下的对比研究。本文针对不同电压等级下的一次设备故障，以110 kV 与220 kV 变电站为例，重点从故障的种类、原因和处理措施等方面入手，将两种电压等级下的故障情况做有效化整合，找出设备面对相似故障情况下的异同点，并以此为基础开发出一款基于不同电压等级的变电站故障记录系统，用于工作人员对变电站不同电压等级下的故障情况工作记录，便于其对设备故障做分析整理的工作，提高变电站设备安全运行寿命。

1 110 kV 变电站设备故障与防范措施

110 kV 的变电站主要由主变压器、110 kV 设备区、35 kV设备区、10 kV 高压室和主控楼等部分组成［4］。目前110 kV 变电站上电源广泛采用三电源，即：出自于某1 座220 kV 变电站的110 kV 不同母线给站内“两边母线”供电；以及出自于另1 座220 kV 变电站的110 kV 母线给站内“中间母线”供电。针对110 kV 变电站的故障情况我们也做了简单的分析，如表1所示。

表1 110 kV 变电站故障情况与防范措施

1.1 母线绝缘击穿

某变电站出现了一起母线全停事故，经现场检查后发现是由于某10 kV 系统频发接地故障而产生的谐振过电压导致一号母线电压互感器的三相保险熔断。本次事故应警惕所辖部门和运检部门，在发生系统频接地信号后，应及时做出处理，避免对站内设备产生进一步的短路冲击。对频发接地故障的线路可增设小电流保护，及时指示出单相接地故障的线路。

除此之外，在拉开断路器切除接地故障时，由于系统参数会突变，有可能激发铁磁谐振，使得电压互感器出现励磁涌流，从而发生绝缘击穿。如果在停送电操作过程中发现铁磁谐振，可将1～2 条有负荷的配电线路投入运行，以破坏铁磁谐振发生条件，防止铁磁谐振持续产生［5］。

1.2 主变差动保护

变压器的差动保护是变压器的主保护之一，按循环电流原理装设的。主要用来保护变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，一般为速断，也可以根据要求设置延时或报警［6］。某110 kV 变电站出现主变开关跳闸事件，检查后发现由于主变高压侧闸刀对地放电使变压器差动保护动作。为防范此次事故再次发生，变电站工作人员应加强设备的监测工作，使用超声波在线监测、暂态地电压监测等技术对设备进行排障，防止类似故障再次出现。

1.3 电缆接头故障

某变电站出现零序过流保护动作，经现场检查发现在某段电缆的中间接头处出现击穿现象。中间接头是一节用于各种电压等级的交联电缆，作用是为了保证接头处的绝缘等级。中间接头外观无异常，按照图2 所示顺序进行解刨操作，解刨后发现故障点是电缆阻水缓冲层的断口位置。

图2 解刨操作流程

分析击穿的原因认为是在安装处理中间接头的阻水缓冲层时，使用美工刀对其进行了轻微的划伤，且在检查过程中不仔细，没有环绕检查中间接头是否完好，使其带缺陷运行。

1.4 GIS 气室气体泄漏

变电站GIS 设备，即封闭式气体绝缘组合电器是将多种变电设备，如断路器、互感器等统一封闭在充SF6 气体的金属体中。某110 kV 的变电站GIS 设备出现了SF6 泄漏的情况，这次事故是因为气室与母线伸缩节的法兰连接处出现了泄漏。经现场检查发现，在初始安装紧固螺栓时未压紧，出现了间隙，导致后续法兰安装时轴心高度不一致，对接后的密封圈出现了挤压变形，影响了密封效果。

2 220 kV 变电站设备故障与防范措施

220 kV 的变电站主要设备有主控室、变压器、220 kV 设备区、110 kV 设备区，还有防雷装置等。在变电站中，生产电能的如发电机和电动机、变换电能的如变压器、接通和开断的开关电器以及各类限制保护过电流的电抗器和避雷器等装置均为一次设备。一次设备的安全运行是保证整个电力系统正常运转的必要条件，但往往很难保障其在长期运行状态下依旧不发生故障情况，所以如何及时对判别故障类型和及时维修是本文着重探讨的重点。针对220 kV 的变电站故障情况，我们做了表2 进行讨论，并针对每种事故的现场检查进行说明，以便于工作人员在管理系统中记录大致情况。

表2 220 kV 变电站故障情况与防范措施

2.1 主变压器跳闸

某变电站出现变压器跳闸，经初步调查确定事故原因为小动物误入主变压器，刀闸C 相对其放电，造成单相接地故障，随后另外A、B 两相电压升高，A 相绝缘薄弱点发生击穿，最终导致相间短路。此次事故应该注意到变电站对小动物的防范措施不到位，应该开展专项活动重点加强一次设备的防小动物措施，做好各类屏柜的封堵防治。除此之外，还要进行老旧设备的及时更换和重点防控，避免因外界因素导致线路绝缘薄弱点被击穿这种类似情况的出现，并且应用红外诊断、非接触式测温等手段实时监控系统，便于及时发现问题，避免事故的进一步恶化。

2.2 断路器故障

常见的断路器故障分为拒动、误动、运行声音异常、异常跳闸等。某220 kV 变电站出现此次事故主要是由于雷雨季节下，雷击较多，电压互感器柜内的金属氧化物避雷器在长期处于过电压的情况下，绝缘发生击穿，导致母线失压。这次断路器故障提示我们在特殊天气下，应加强对电力系统的巡视，重点对避雷器外套、泄露电流表、接地装置进行检查和维护。此外，针对避雷器的选择是否合理，在环境干扰下是否需要对其进行升级改造。

2.3 GIS 设备气体泄漏

某220 kV 变电站发生GIS 设备泄漏后，工作人员进行了解体检查，发现绝缘子开裂。为准确判断原因，进行了如图3的系列检查，最终确定事故泄漏的原因是由于厂家生产制作的盆式绝缘子采用了新型的防雨帽技术取代了之前的工艺，但是忽略了一些特殊位置的密封问题，导致绝缘子积水。且装配过程中记录不完整，可能未严格按照技术要求执行，最终导致GIS 设备的气体泄露。

图3 GIS 设备解体检查流程图

这次事故说明工作人员对设备元件的采购监管不到位，由于产品本身的质量问题导致出现气体泄漏。首先应安排厂家对厂内其他设备进行排查，把不合格的设备进行更换或升级，同时注意完善器件装配过程的记录。必要时，额外对关键部位进行厂内打胶等防水措施。

3 软件开发

该故障记录系统是基于VB6.0 的开发环境，旨在设计一款可以帮助工作人员记录不同电压等级下的变电站一次设备故障情况。该系统主要有故障工作记录和查询的功能，不仅可以便于工作人员日常执勤工作，及时做出正确的切除行动，还能增加其对以往故障的处理经验，加强后续对变电站设备的管理和维护。

打开该系统，弹出界面如图4 所示，点击登录后，输入预设好的用户名和密码即可进入该系统，如图5 所示。

图4 系统初始界面

图5 登录界面

进入系统后界面如图6 所示，系统界面分为左右两部分。当工作人员需要记录某次设备的故障情况时，只需点击“新建工作记录”，按照提示窗口，依次填入日期、类别、故障内容、原因等。除此之外，工作人员还可添加现场图片到该系统中，以完善对该次故障的记录。

图6 工作记录管理界面

本系统也具有查询故障的功能，无论是对以往故障情况的修改或是查询当时的处理情况，都可通过该查询功能实现。只需输入日期或者其他关键词进行模糊查询，在右侧的工作记录就会出现相关的工作记录。双击该工作记录，可以详细查看之前记录的工作内容，进行后续的修改，如图7 所示。

图7 工作情况记录界面

当工作人员发现变电站出现故障时，可以先使用该系统进行类似故障的查询。若存在类似故障的记录，通过对之前记录故障的判断和学习，可以减少维修的工作量。其次，由于该系统分别记录了110 kV 与220 kV 变电站的故障情况，工作人员亦可使用该系统进行设备故障的更深入的学习和认识。通过对比分析两种电压等级下的故障内容，判断出同种故障类型，设备故障现象、故障原因以及处理措施有何异同点。

假设变电站目前发生了1 起GIS 设备的气体泄漏事故，通过查询系统故障，分别查询到如图8 和图9 所示的故障记录情况。

图8 110 kV 变电站GIS 设备故障记录

图9 220 kV 变电站GIS 设备故障记录

两次故障均为GIS 设备气体泄漏，两起事故的相同点都是由于设备自身或安装时出现了问题，导致装置密封性出现了问题。其中110 kV 变电站的GIS 设备是由于安装时工艺流程未按要求操作，导致出现错位，最终发生了事故，而220 kV变电站则是由于绝缘子安装孔积水问题造成事故发生。

通过该系统对故障内容的描述，工作人员可立即确定故障的类型，这也是在进行查询时主要的查询关键词。而故障原因和位置则重点阐述了该次故障的具体起因，也是对同一故障种类下不同故障原因的具体区分。通过大类判别再进行具体的故障学习，有助于工作人员掌握同类故障处理的方法。关于处理措施的描述不仅包含对该次故障的维修方法，而且给出了一些未来设备运行的建议，帮助工作人员完成设备检修后及时对同类故障做出防范措施，避免类似情况的再次发生。

总而言之，该系统通过分别记录两种电压等级的故障，对故障内容进行分类查询，工作人员在学习时，有助于其对相同故障对照分类学习，加深印象，并且对后续设备保养问题也做出了一定的指导建议，学习过程较为完善，可帮助工作人员形成完整的知识体系。

4 结论

本文分析了110 kV 及220 kV 下变电站的一次设备故障，通过使用VB6.0 软件开发了一款变电站故障记录的软件系统，可脱离于原开发环境，直接在Windows 环境中使用，方便工作人员的操作。该系统将各类故障情况进行了归纳和总结，对比分析了不同电压等级下各类设备故障的原因和现象，并给出了维修方法和处理措施等。该软件有助于工作人员对变电站实际故障的检修和维护，更可直接利用于变电站工作人员的工作记录，增加工作人员对故障检修的经验，还可查询之前记录的故障检修情况以更好的处理突发的设备故障。