基于超高压变电设备缺陷特征的状态检修提升策略

汪 鑫,王紫鉴,魏 阳

(1.国网四川省电力公司检修公司，四川 成都 610031；2.国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

随着四川电网规模的扩展和藏电外送工程的建设，相当大比例的输电线路和变电站建在了地质条件恶劣的地区。长期的重载运行、频发的地质灾害、恶劣的气候环境以及相对分散的站址给输变电设备的运维和检修工作带来巨大压力。受电网运行方式、生产效益、人员结构、气候环境和设备工况等多因素制约，四川电网状态检修发展不充分，停电相对难、运行时间增长、气候环境影响、不良工况使故障频发。

状态评价体系在实践中仍存在几方面问题：一是部分基础数据更新不及时、不齐全，导致生产管理系统台账和业务数据录入与实际有偏差；二是评价仍依赖于人工处理，但人员素质结构性差异明显；三是对运行状态下状态量采集不足，会出现“事后评价”，状态评价准确性有待提高；四是带电检测数据未能有效对接评价体系，设备缺陷数据尚未有效利用[3-8]。

为寻求新策略从源头提升状态检修质效，在一定程度上降低设备故障率，基于四川500 kV变电站的带电检测工作成果，总结带电检测发现的缺陷与海拔高度、负荷分布、雷击分布、运行年限、设备类型等变量因素的特征关系，提出状态检修质效提升策略。从系统数据的应用、变电站设计环节、设备运行维护、设备检测检修方面提出建议[1-2]。

1 缺陷的区域影响规律

四川500 kV及以上变电站地域分布广泛，面临环境各异，因此变电站在设计类型、负荷分布、运行环境方面存在较大差异。下面将从地形、地貌、负荷分布、雷击分布、海拔、气候等特点进行缺陷的区域性规律阐述。

1.1 地形分布特性的影响

将带电检测发现的缺陷与所处海拔建立联系,缺陷的分布有以下特征，如表1所示。

表1 缺陷与变电站海拔关系

缺陷数量随海拔升高而递减，但因变电站数量也有锐减趋势，仅从数量上不能完全说明二者关系，因此通过站均缺陷数量来分析二者关系，如图1。

图1 缺陷与海拔趋势关系

缺陷发生的数量随着海拔上升而呈现递减趋势。分析认为在站均缺陷数量随着海拔上升而递减的趋势背后，高海拔变电站站均缺陷率低与设备类型有一定关系。变电站在规划设计阶段由于充分考虑了地形因素，AIS变电站主要应用于四川中部和东部地区，HGIS和GIS应用于川西等高原地区。因此高海拔变电站主要采用的是GIS和HGIS设备，避免了其他复杂因素的影响，一定程度降低了缺陷数量。

1.2 负荷分布特性的影响

四川水电资源集中在四川西部和南部地区，而负荷集中在盆地中部的成都平原地区，如图2所示。

缺陷统计显示，负荷集中区域缺陷占比65%，水电集中区域缺陷占比35%。对于以水电送出为主的变电站，负荷率较重的时间区段集中在丰水期；对于以负荷供电为主的变电站，则负荷率较重的时间段集中在夏季高温和冬季低温时。因此在制定带电检测计划时，需在丰水期前对西部变电站实施带电检测，在高峰负荷来临前进行中东部变电站带电检测工作。

1.3 雷击分布特性的影响

线路遭受雷击时会产生雷击过电压，可能导致开关动作。这将对站内设备造成冲击，当设备状态不好时，会造成设备击穿。因此须考虑雷击对设备造成的影响，针对雷击跳闸频繁的变电站，尽量保证在雷雨季节到来之前开展带电检测工作。

四川电网雷害严重程度在电力系统中排名前三，凉山州、乐山、宜宾、雅安等地是输电线路雷击灾害高发区域，山区复杂地形及高电阻率土壤给防雷工作造成了很大困难。为避免雷击造成设备损坏，应在雷电季节到来之前，对雷击跳闸高发的变电站进行带电检测，确保设备运行状态良好。

统计四川省超高压线路近4年雷击跳闸次数，如图3所示，雷击跳闸从3月持续到10月，6—8月份最为集中，雷击的地域分布特性如图4所示。因此在制定带电检测策略时，攀西、甘孜等地区变电站的带电检测工作尽量在雷雨季节之前开展，以保证设备的健康状态。

2 设备运行状态的影响规律

2.1 设备的运行年限影响

电力设备长期运行中，缺陷会随着服役时间而增多，这与设备的运行年限有密切联系，各站运行年限统计如表2所示。

表2 500 kV及以变电站运行年限统计

输变电设备的故障分布与设备的运行年限符合“浴盆曲线”规律，如图5，曲线分3个阶段：早期失效期、偶然失效期以及损耗失效期。

图2 四川地形差异及负荷分布

图3 每月累计雷击跳闸次数

图4 近4年雷击跳闸总数

图5 浴盆曲线

新投设备由于设计、材料、部件磨合及安装工艺等原因，运行不稳定、故障的概率相对较高，这一阶段称作为早期失效；设备运行趋于稳定、故障率基本恒定，该阶段为设备的偶然失效期；设备长时间运行带来的老化使其故障率上升，进入损耗失效期。

统计西昌分部、雅安分部17座变电站近3年的所有缺陷数据，其与运行年限的特征如图6所示。整体上变电设备的缺陷率随着变电站运行年限的增长呈上升趋势，运行时间在3年以内的变电站处于早期失效期，缺陷率反而存在较高情况；运行在5—10年间的变电站设备相对稳定，存在缺陷率相对较低的情况；运行在15年以上的变电站，处于设备老化的损耗失效期，此时缺陷率整体较高，潜在故障风险大。

图6 设备运行年限与缺陷率关系

可根据运行年限和缺陷的特征关系，针对性地开展维护和检修工作。状态检修含A、B、C、D 4种类别，其中C类检修是设备的常规性检查、维护和试验；D类检修是不停电状态下的带电测试、外观检查和维修。应加大C、D类检修力度，同时根据变电站年限规律深化D类检修工作。

2.2 设备的类型影响

从对各缺陷的处理及原因分析角度观察，以GIS类局部放电缺陷为例，涉及内部结构设计合理性的缺陷仅有4.4%，剩余缺陷多为生产及安装工艺不良所致。设备厂家的工艺工序成为评价设备质量和性能的重要因素。因此，设备选型上更应结合生产厂家，重点考虑设备质量和性能，尽量选择设备综合性能好、抵御环境风险能力强且适宜于四川地域环境的生产厂家和设备型号。

3 状态检修提升策略

从两个方面提升状态检修策略:一是将主要变电设备带电检测项目补充至现有评价系统，缺陷以视图方式参与到状态评价过程；二是基于分析结果从缺陷管理、检修检测、设计采购、设备运维方面提出状态检修提升建议。

3.1 缺陷数据库的视图化

放电类型、放电幅值、放电图谱是缺陷的诊断依据，发展趋势图谱更是故障诊断的重要参考，因此局部放电类状态量选取要进一步细化。建议将带电检测按试验数据和缺陷视图引入评价系统，其流程如图7所示。

图7 带电检测的评价流程

缺陷数据库的视图化:一是将缺陷的状态量特征图谱与设备准确关联;二是将时间和状态量结合形成趋势图谱数据库，在评价过程中对数据和图谱同时调用。带电检测模块的评价流程更大程度实现了设备台账信息、缺陷记录、检修记录等评价数据的深度整合，更有利于对设备状态做出准确判断及合理安排检修时间，为识别投运设备故障的识别参数提供数据支撑。

3.2 检修检测方面提升策略

基于设备运行年限与缺陷特征间的关系，对不同变电站检测周期可以做相应调整，如表3所示。

带电检测计划编制时考虑以下几点：

1)在周期内按运行年限分批次地对变电站绝缘子进行检测、划分，结合“保电”“迎峰度夏”“迎峰度冬”合理安排检测的变电站顺序、区分检测项目周期。

2)优先平原地区，将变电站检测安排在对应的高负荷期间。

3)加大红外精确测温力度、GIS局部放电检测频次。重点关注GIS局部放电检测、红外精确测温及紫外检测；高频局部放电检测可适当减少或不做，高频受外界干扰影响大效果不好。变压器电抗器以油色谱在线监测及红外测温为主，高频局部放电为辅；周期内按运行年限分批次对绝缘子进行检测。

检修方面，要重点关注运行时间在2年以下和15年以上的变电站，加强GIS专业巡视，在对一次设备进行检修时，可重点对表4中项目进行排查和检修。

3.3 设计及采购方面的选择

变电站设计环节包括水文、地质、测量、土建、电力等多方面内容。抛开其他因素，地区的电力输送需求是建站的初衷。在选址设计环节，建议考虑海拔、雷击分布性、负荷分布、设备类型的影响。变电站本身是为了解决电力输送问题，负荷的问题就无法规避，并不能够通过降低负荷来减少设备缺陷数量，且负荷也是动态过程。因此在可选址的片区范围，尽量选择海拔较高位置，避开雷击高发区域，优先采用室内GIS设备，采购成套生产且在运行中故障率、缺陷率较低的产品。

3.4 设备运维方面提升策略

根据变电站运行年限进行层级划分，分别按5年以下、5—15年、15年以上划分3个级别。缺陷率随时间而递增，中间存在相对稳定的运行期，因此要重点巡视5年以下、15年以上变电站设备，加强跟踪缺陷情况及消缺力度。

除按正常巡视规程要求外，应增加或细化充气类设备气体压力、泄漏，瓷瓶类设备外观、充油类设备渗漏、金属接触类设备的发热、变压器类设备的声

表3 变电站检测周期调整

表4 重点关注的几种设备及缺陷位置

级和震动的巡视；加入红外精确测温、紫外电晕检测、声级检测、震动检测等先进手段，及时掌握设备的状态情况，获得更多的评价状态量；利用好油色谱、局部放电的在线监测，竭尽所能覆盖设备各项指标。

将运行维护与试验有效对接，使运行维护过程中带电检测、在线监测的数据与试验数据互通，及时更新设备状态。试验专业做好数据收集、分析、诊断工作，及时将异常反馈给运行维护专业；加强线上带电检测缺陷的闭环管理，包括常规一二次缺陷、带电检测发现缺陷及状态检测案例编制等。从运行维护方面获取更多状态评价参考量，增加带电检测评分权重，将图谱、数据均纳入缺陷管理环节。

4 结 语

1)带电检测发现的缺陷数量随海拔上升而下降，负荷集中区缺陷比例较大，缺陷率随着变电站运行时间增长而升高，但存在中间的稳定运行期，选择厂家设备时技术上应有考虑。

2)将带电检测按试验数据和缺陷视图引入状态评价系统，形成带电检测数据评价流程。

3)检修检测周期根据变电站运行年限调整。针对缺陷位置制定高效的解体处理方案，缩小处理范围。

4)变电站的选址在可选范围内尽量选择海拔较高位置，避开雷击高发区域，优先采用室内GIS设备，采购成套生产且在运行中故障率、缺陷率较低的产品。

5)变电运维方面，将变电站按年限划分为3类，有针对性提出巡视重点，运行维护中引入先进带电巡检手段，增加设备评价状态量及评分权重，将运行维护与试验专业深入结合，使设备状态评价更准确。