變電一次設備故障預測及檢修方法分析

崔迎春

（國網吉林省電力有限公司白城供電公司）

0 引言

在輸變電系統當中，一次設備主要指的是主回路內部直接處理輸電電能的相關設備，其運行過程通常具有高電壓、大電流的特征，其中包括變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、電容器等等。技術人員應當明確一次設備運行故障的預測與檢修方法，從而及時對設備故障進行處理，減少設備故障造成的損失，保障電力系統運行的安全穩定。

1 變電一次設備故障的主要影響

受到接地設計、保養維護、運行時間等相關因素的影響，導致變電一次設備往往會出現運行故障，進而對輸供電的質量造成一定影響，嚴重的甚至會引發故障電弧、火災等安全事故。隨著時代的不斷發展，變電一次設備的運行荷載不斷提升，給故障預測與檢修工作的開展也帶來了一定的挑戰。

2 變電一次設備故障預測方法

2.1 設備數據整合

在針對變電一次設備運行故障進行預測之前，為了保障故障預測準確性與針對性，需要針對設備的運行狀態數據進行全面整合與分析。目前常見的整合分析載體主要有以下幾種。

2.1.1 輔助儀表

在以變壓器、斷路器、隔離開關等設備為代表的變電一次設備當中，往往配備了相應的輔助儀表對其運行狀態進行反饋與檢測，因此輔助儀表當中的信息能夠成為設備運行故障辨識與判斷的重要途徑。相關技術人員在進行一次設備數據整合的同時，應當積極關注壓力表、密度繼電器、油溫表等輔助性設備的參數指標，同時針對異常數據進行及時記錄與反饋，使一次設備故障預測工作的開展能夠獲取到更加準確的數據參考。

2.1.2 在線監測裝置

隨著時代的不斷發展以及傳感器技術的不斷進步，依托傳感器網絡能夠對變電一次設備的運行情況進行實時在線監測，使一次設備的運行參數得到及時整合與管理，提升故障預測針對性［1］。在變電一次設備在線監測裝置當中，主要包括監控傳感器、計算機中樞以及數據庫服務器等幾部分，技術團隊可針對變電一次設備運行過程當中的重點部位與環節進行傳感器裝置的布設，使其能夠實時獲取設備運行信息并將其傳輸至計算機中樞當中，從而確保監測的時效性與準確性（如圖所示）。

圖 變電一次設備故障在線監測裝置

2.1.3 紅外監測技術

一般來說，變電一次設備往往需要承受高電壓、大電流的運行工況，因此當出現運行異?；蜻\行故障時，其內部線路與設備元件往往會出現發熱狀態，通過紅外技術能夠較為直觀地針對變電一次設備運行過程當中的溫度變化情況進行實時監控，同時將其與設備的運行狀態相掛鉤，進而實現對設備運行信息的實時整合以及故障的有效預測，減少設備故障給整個輸變電線路造成的影響。在目前電力系統的管理工作當中，往往針對變電一次設備的運行溫度進行了閾值標定，因此在基于紅外監測技術進行溫度監測的同時，應當按照行業規范以及國家標準進行測定，從而確保數據監控的準確可靠。

2.2 設備故障預測

由于變電一次設備的運行故障往往具有不確定性，因此在針對故障進行預測的過程當中，也應當引進不確定性理論，使上述整合方法所獲取到的設備運行數據得到有效直觀的分析。為了保障設備故障預測的準確及時，現針對變電一次設備運行過程當中隸屬度與健康指數兩項關聯參數進行分別設定，其中設備運行隸屬度為X，設備健康指數為Y。與此同時，基于變配電系統內部一次設備的運行壽命、運行周期、日常檢修狀態以及運行環境情況等相關信息對設備的故障進行綜合判斷，使故障預測的目標得到有效落實。具體公式為：

式中，u（xj）為變電一次設備在當前輸配電系統當中運行隸屬度與一次設備運行健康指數之間的關聯程度；XM0為設備運行過程當中出現故障時的統計平均值；xj為一次設備運行隸屬度，其中j＞1。通過上述計算和分析，能夠初步掌握變電一次設備運行故障與其運行壽命、運行環境以及保養狀態等關鍵性指標之間的關聯性，進而為后續的設備運行故障預測提供支持和助力。

待參數關聯性得到明確后，需要按照不確定性原理對變電一次設備運行過程當中的故障預測模型進行建構，使技術團隊能夠按照模型運行特征以及一次設備運行過程中所呈現的各項信息數據對其運行故障進行有效預測，具體公式為：

式中，u（pj）為當前運行環境下變電一次設備運行過程當中所展現出的健康狀態；p為一次設備運行隸屬度；pj為故障狀態下變電一次設備的運行隸屬度，pmax為故障狀態下一次設備運行隸屬度的最高值。通過上述計算，能夠基于一次設備的健康指數及其在特定運行工況下的隸屬度針對運行故障出現的可能性進行充分評估，從而實現對設備故障的預測與分析。

經過對上述預測算法進行實踐檢驗后，其預測結果具備一定的可靠性，驗證數據見下表。

表 故障預測精度統計

3 變電一次設備故障檢修策略

除故障預測外，還需要按照一次設備運行故障的實際情況對其開展檢修工作，使設備故障得到及時有效地處理，避免其給輸變電線路的正常運行造成更加嚴重的威脅和影響。

3.1 隔離開關故障

隔離開關是變電一次設備當中的重要組成部分，主要具備隔離電源、倒閘操作以及連通與切斷小電流電路等功能，按照其故障成因主要包括接觸不良、接地故障、機械故障、絕緣故障以及開關過熱等類別。為了使隔離開關故障得到及時定位診斷與處置，相關技術團隊應當做好以下幾方面工作［2］。

首先是針對開關過熱問題進行的檢修工作。一般來說，在變電隔離開關運行的過程當中，其內部熱量與溫度變化往往與散熱空間的大小息息相關，一些變電系統內部隔離開關受到設計因素以及運行環境等限制和制約，導致其散熱空間較為有限，容易在開關的載流接觸面部位出現散熱故障，給隔離開關乃至整個變配電系統的運行帶來了一定威脅。因此在檢修過程當中，技術團隊應著重針對接線座、觸頭等部位的狀態進行檢測，及時采取措施對存在問題的元件進行處理，例如將壓緊彈簧以及緊固螺栓的材質更換為不銹鋼、針對開關載流接觸面進行及時清理、優化元件設計，增加隔離開關運行散熱空間等。此外，檢修人員還應當針對變電系統內部隔離開關的運行溫度情況進行實時監測，針對溫度異?，F象進行及時處置，從而有效規避過熱現象給隔離開關造成的故障。

其次是針對接觸不良故障進行的處理。一些不良工況下運行的隔離開關由于缺乏及時有效地維護和保養，可能會出現表面銹蝕現象，影響觸點的正常接觸，部分傳動軸部位也可能會受到銹點影響出現滯澀，給開關的正常運行造成相應故障。技術團隊在進行檢修工作的同時，應針對開關重點部位進行防銹處理，并做好傳動潤滑工作，對于不良工況下的開關運行，應對其結構進行改造，從而強化其防銹性能與綜合壽命，保障軸承與關鍵元件的活動順暢。

最后是針對絕緣故障進行的處理，檢修技術團隊應確保絕緣結構的科學可靠，同時重視對絕緣材料的選擇，定期采用無損探傷技術針對隔離開關運行過程中涉及到的絕緣部件狀態進行檢測，當出現質量問題或老化問題時，應及時進行處置，避免絕緣故障所造成的進一步影響。

3.2 變壓器故障

在變電線路當中，變壓器主要起到了改變交流電壓的作用，是變電系統內部的核心，一般可分為電力變壓器、配電變壓器、干式變壓器、非晶合金變壓器以及卷鐵心變壓器等幾種不同類別，一旦變壓器出現故障，會導致變電線路內部電力調整與轉換功能出現失靈，影響電力的正常傳輸與供應。其故障主要包括鐵心故障、套管故障、分接開關故障、繞組故障、溫度異常以及絕緣損壞等幾種。在針對變壓器故障進行檢修之前，技術團隊應通過多種方式針對故障的誘發成因進行分析和定位。首先，應針對變電線路當中變壓器的運行聲音進行辨識與分析，一些變壓器在運行過程中，可能會出現清脆的“叮當”聲，這可能表明變壓器內部出現元件松動現象，而當變壓器運行過程中出現沸水聲，可能表明其繞組出現故障，當變壓器出現低沉的“嗡嗡”聲時，則可將故障定位為超載引起［3］。與此同時，變壓器運行過程當中的表面溫度變化以及元件臟污等表現也同樣能夠為檢修技術團隊提供相應的故障分析依據。此外，在針對變電線路變壓器進行檢修的過程中，技術團隊還可針對性采用超聲探測的技術手段對故障進行定位分析，明確故障表現屬于放電故障、機械故障或解除故障，同時按照分析結論給出相應的處置方案，使變壓器的運行狀態更加穩定可靠。

3.3 斷路器故障

斷路器主要指的是能夠在一定時間當中關合并承載特定回路條件下電流的一種開關裝置，主要分為高壓斷路器以及低壓斷路器兩種。在針對變電系統斷路器故障進行檢修的過程當中，技術人員應分別針對連桿機構狀態、壓緊裝置彈簧、電源電壓情況、斷路器觸頭狀態、脫扣器彈簧拉力、脫扣器延時整定值等相關內容進行梳理與判斷，從而掌握線路內部斷路器運行的基本情況，從而使故障得到有效處置。例如當斷路器觸頭無法閉合時，檢修人員可針對連桿情況進行及時檢查，當發現可拆連桿出現斷裂變形等問題時，可及時進行更換與處理，當斷路器無法閉合時，可針對電源容量以及限位開關的開閉情況進行檢測，同時對出現故障的調整元件與電容器進行及時更換，使其故障得到及時排除。

3.4 互感器故障

變電線路當中，電流與電壓互感器能夠將不同回路的電流與電壓進行及時轉換，使整個變電系統中的輸電量計量更加準確，使保護裝置的運行更加穩定。但受到回路設計、管理操作以及運行環境等因素的影響，導致變電互感器可能會發生過熱、漏油等故障問題，與此同時其輔助儀表顯示參數同樣也可能會出現異常。因此在針對互感器進行檢修的過程中，應針對熔斷器以及繞組的狀態進行及時檢測，避免其在運行過程中出現短路現象，使變電系統的供配電更加可靠［4］。

3.5 避雷器故障

作為影響變電系統運行的另一項關鍵性部件，避雷器能夠減少雷擊對線路產生的作用，降低線路故障的可能性。檢修團隊可采用電阻測量以及在線數據分析等方式針對變電系統避雷器的運行狀態進行監控，當出現問題時，應及時進行更換，使避雷器故障得到更加及時地控制。

4 結束語

綜上所述，在變電系統的運行過程中，加強對一次設備運行狀態的監督與管控，減少故障造成的影響具有重要作用。相關技術團隊應明確一次設備故障檢修要求，并及時進行處置，使電力資源得到合理化配置，提升設備運行水平。