川气东送变电运行常见故障分析与处理

中石化河南石油勘探局有限公司水电厂 郭士平

1 川气东送变电设备运行中的常见故障

1.1 大功率设备引发负载短路

由于压气站采用的是大功率工业压缩机，配套的电气设备有隔离变压器、工业变频器等。如果出现负载短路的情况，那么在短时间内，巨大的电流会直接冲击隔离变压器，甚至烧毁继电器，威胁到主变器，造成变压器绕组短路，使变压器无法正常工作，停电会造成压缩机停机，严重影响正常供气[1]。另外，由于站内设备多，大量采用绝缘电缆铺设，一旦发生接地故障查找起来非常麻烦，其他绝缘老化导致的短路故障如果不及时处理，长期带故障运行，频繁跳闸会导致空压机、压缩机、隔离变、变频器等大型设备的损坏，甚至影响正常的生产运行。

1.2 系统过电压和主变过负载

川气东送西起四川达州普光气田，跨越四川、重庆等6省2市，管道总长2170千米。线路经过地区多，气候多变，发生极端天气的概率较大，避雷设备的作用有所减弱。如果避雷器被击穿，变压器就会因为雷击等因素瞬间接受超高压，导致变压器烧毁，内部的结构发生不可逆转的损坏。此外，由于川气东送变电运行多采用的是双回路供电，经常需要倒负荷，容易发生误操作，一旦保护失灵，轻则烧毁设备，严重的则会影响整个电网安全运行。用气高峰时期，压缩机全开，加上站内辅助设备的运行，用电量超过主变容量，变压器长期过载运行也是引发电网不稳定的重要因素之一[2]。

1.3 环网运行容易造成电源故障

变电设备的正常运行需要稳定的供电电源，川气东送110kV变电所，上一级电源直接来至地方电网220kV变电所，在实际的工作中，电源虽然不容易出现问题，但是由于各地区电网运行标准存在差异，电源一旦出现问题，有可能危及供电系统，所以应该加强和地方电网的沟通，强化供电电源监控和管理，规范操作流程，特别是在合环操作时一定要谨慎。

1.4 开关跳闸现象较为常见，严重影响正常运行

川气东送变电设备故障中开关跳闸现象较为常见，由于站内设备繁杂，采用了多个不同厂家，不同型号的设备，导致设备兼容性差，开关误动情况也时有发生。排除开关误动现象常见的跳闸故障一般可分为四类：一是误操作导致站内在运行设备跳闸；二是误操作导致越级跳闸；三是中压10kV母线跳闸；四是高压110kV母线跳闸。虽然引发跳闸的原因较多，只要认真进行具体的检查或者开展相应的表征分析，就能发现产生故障的原因及解决办法。

2 产生故障的原因分析

2.1 电力运行监控存在缺陷

川气东送重要的变电运行设备都配有远程的监控装置和保护模块，及时把CT（电流互感器）和PT（电压互感器）采样信息反馈到测量与保护模块，发生故障时保护的控制装置会及时动作，快速切断短路电流，保护运行设备。变电所大部分数据汇集到监主控机，实现了对110kV、10kV母线及各支路电压、电流、有功、无功、功率因数等运行参数的在线监测与控制，其目的是使值班人员能够随时掌握设备的运行信息，以便在电气设备出现故障时能够及时发现，及时处理。然而，就目前的运行方式而言，对其监测的设备仍然不够全面，故障录波仅对110kV母线及设备有效。而110kV以上电网及主要设备的生产调度权属于所在地区电力调度部门，处理故障需要层层上报，存在沟通不畅，命令下达不及时，处理滞后的情况。

2.2 设备检修不及时，维护技术不到位

随着社会经济的发展，天然气用量的逐年增加导致供电负荷增大，在运行电气设备已经不能满足现有用电需求。压缩机经常满负荷工作，导致主变长期超负荷运行，以至于问题频出。由于公司出于成本因素考虑，检修不及时，维护保养跟不上，致使电气设备和线路长期带缺陷运行。其次，变电运行设备维护观念和技术落后，运行人员对于一些新型设备的维护技术了解甚少，厂家服务不到位等[3]。当变电运行设备出现问题以后，不能及时拿出对策，导致部分电气设备长期处于停滞状态，严重影响正常供气，给当地的居民生活和工业生产造成了较大影响。

2.3 人为因素也是导致事故频发的重要原因

据统计，变电运行过程中有半数以上的事故都是人为造成的，电力行业需要具有极高责任心的专业技术人员和操作人员。然而在实际工作当中，由于管网公司削减运行费用，导致承包方专业技术人员和运行人员配备不足。员工长期超时工作，致使有些人员的工作态度不积极，在巡检的过程流于形式。同时，人员的频繁更换，新人对电气设备操作与使用不熟练，不能很快适应新的工作环境，对事故的预判断能力以及故障处理能力有限。

3 变电运行设备故障处理及防控措施

天然气集输属于高危行业，对电力的安全运行要求极高。针对川气东送跨越地区多、站多、线路长的特点，提出以下几点防控措施。

3.1 要强化组织措施，落实制度和人员管理

首先要有完善的组织措施和规章制度，为变电运行设备的安全与可靠提供保障。一是由部门牵头定期开展预案分析与应急演练，并对效果进行评估，不断改进预案，达到目的为止。二是严格落实电力行业的“两票一单”制度，倒闸操作前根据操作票先进行模拟操作，操作过程中做到一人操作一人监护，严格按照上级调度命令及操作票进行，发现疑问立即停止操作，及时沟通，杜绝误操作。三是工作票制度落实到位，对进入变电场所的工作人员及时进行安全告知，凭票施工，全程监护。四是加强对工作票签发人、负责人、许可人培训和管理，提高人员素质，责任落实到位。五是组织全体从业人员定期开展电力运维知识的学习与经验交流，提升操作人员技术水平；专业技术人员自己也要多学习、多实践、多积累经验，提升自己的综合素质与组织管理能力，以便更好地开展变电设备技术维护工作。

3.2 严格落实安全操作规程，强化技术措施

在运行的电气设备需要停电作业的，必须遵守电力行业安全操作规程，严格按照停电、验电、装设接地线、悬挂标识牌、设置遮拦的步骤进行。装设接地线之前，要对所有被检修的电气设备全部进行验电，准确判断电气设备是否带电，有效预防触电事故的发生，保护人身安全。验电时，人体应与被验电设备必须保持足够的安全距离，并指定专人监护。操作人员首先查看验电器的生产日期在有效期内，检查伸缩杆伸缩良好，蜂鸣器声音正常，检查验电器规格型号满足被测电压等级。验电前还要先在带电设备上进行测试以验明验电器良好，最后使用符合电压等级的验电器对所有检修的电气设备进行逐一验电，要分级、分层、分开进行，避免多人同时进行验电。工作期间严格劳保穿戴，操作人员必须配戴绝缘手套和护目镜、穿静电防护服及绝缘鞋，特殊工作场所验电时还要铺设绝缘板等。

川气东送变电设备的日常维护中，10kV高压室开关柜接地刀闸操作次数最多，检修需要合地刀时，手车应在试验位置，确保设备处于停电状态。如果不能合地刀应该安装一组地线是，是为了避免检修过程中突然来电或是变电设备里带有静电的情况，防止出现安全事故。地线的安装过程需要有两名工作人员同时操作，落实相应安全防护措施。在安装与拆卸地线的时候，要严格依照顺序进行。安装地线的时候要先安装接地端，再接导体端，拆除地线的时候顺序刚好相反，必须要严格按照操作规程规定顺序进行操作。另外，在规定的点悬挂“严禁止合闸，有人工作”的警告牌，避免突然合闸导致的安全事故。停电检修期间，在被检修的设备与带电设备间设置安全隔离带或遮拦，这些都是预防安全事故发生的有效手段。

3.3 尽量避免不必要的环网操作

倒负荷操作时要改变运行方式，由分列运行转为并列运行，以保证站内设备不停电。有时操作人员为了省事，就直接进行合环操作，如果负荷大时会对上级电网造成巨大冲击，甚至造成超级跳闸，尽量避免类似操作。研究如何在不合理的情况下倒负荷，比如对设备进行升级改造，在高低母联上加装备自投，实现主要电气回路间自动切换，尽量减少人为操作，这是一个较好的解决方案。

3.4 开展跳闸故障的分析，及时恢复送电

如果是线路跳闸故障，首先要判断引起跳闸的原因。接地故障引起的开关跳闸最为常见，川气东送110kV进线采用的是中性点直接接地方式，单相接地故障占到了80%。在处理该故障时，首先要汇报电力调度部门，申请线路停电，并转换运行方式，先将故障线路停电，查看故障录波距离保护所报的数据，然后结合地区调度所给数据，对数据区域的故障线路重点排查，发现故障点后快速切除，及时恢复送电。

引起站内开关跳闸的短路接地故障，可分为交流接地和直流接地两种，交流接地故障较为常见，比较容易处理。直流系统发生接地故障危害较大，处理起来非常麻烦，因此运行人员平时加强对直流屏、蓄电池组、逆变器、直流控制系统的检查与巡视，发现问题及时报告及时处理。主变低压侧开关跳闸通常包括母线故障、越级跳闸、开关误动等三种情况。具体到川气东送变电所情况更复杂，不仅要进一步检查二次侧以及一次侧设备，还要重点检查隔离变压器、变频器、压缩机等重要设备的运行状态，以更准确地确定故障类型。当主变发生低压侧过流保护动作的时，保护装置会自动跳开主变高、低侧断路器，一般不会引起越级跳闸。参与故障巡检人员必须详细、全面、认真做好记录，检查二次设备的同时还应检查保护压板投切是否正确，最后还要重点检查主变高后备保护与低后备保护动作情况等。

川气东送变电站主变多采用的是大型油侵式自冷变压器，主保护采用了差动和瓦斯两种，跳闸故障发生后应重点检查主保护装置是否动作。

一是如果仅是瓦斯保护动作，并不能完全断定是变压器内部发生故障或者二次回路故障。要正确区分是重瓦斯保护还是轻瓦丝保护动作，一般只有发生重瓦丝保护动作才会造成主变内部故障，此时运行人员应该立刻转移负荷，将故障变压器退出运行，同时汇报电力调度门等待进一步处理。故障处理前按照巡检内容重点检查主变是否发生喷油、着火、异常声响等严重情况。同时，还应该做油分析化验和气体色谱分析，来进一步判断故障性质，故障未消除前不得投运。如是轻瓦丝动作，运行人员做好巡检，如没有发现异常，应该先停止音响信号，及时汇报值班调度，恢复瓦丝保护回路，加强对主变的巡查与监视，不必退出运行。

二是如果主变发生差动保护动作，一次设备的检查范围为主变高低压CT间及两侧开关位置。差动保护能反映主变内部线圈匝间、相间短路，常伴有轻瓦丝动作。因此，当主变差动保护动作后，应对主变做细致检查，经全面检查无异常后，报请电力调度同意。如切除负荷后，试送跳闸要等待专业人员进一步处理。

三是保护动作后还应重点检查110kV进线开关、刀闸的状态与位置是否异常。如果进线开关状态位置正确，声、光、电信显示正常，可确定为站内故障，须停电检修。如果进线开关跳闸，运行人员应及时向电力调度部门及站控值班负责人汇报，等待进一步处理，同时启动全站失电应急预案，投入备用电源，确保站内主要设备正常运转。

变电设备正常运行和维护对于整个川气东送系统的正常运转至关重要，加强变电运行设备的维护确保电网正常运行意义重大。用气高峰期站内在运行高低压设备负荷大，导致变电运行设备故障增多，运维人员增加巡检次数。为确保川气东送正常输气，电力运行维护人员应该加强专业知识学习，每日开展岗位练兵，增强自己解决日常故障的能力，提高维护技术水平，确保变电设备设施的正常运行。