高压变电站状态评估健康指标的确定

2022-07-20 06:18
江西电力 2022年6期
关键词:目视间隔断路器

吴 鹏

(中国电建集团江西省电力设计院有限公司,江西 南昌 330096)

0 引言

高压变电站是输配电网络中的重要组成部分。这用于控制电流以及根据负载的需要进行升高或降低电压。高压变电站中通常有多种设备协同工作,如断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等。投资相对较高。在过去的十年中,虽然新建高压变电站是满足日益增长的电力需求的关键,但由于电力需求增长缓慢等诸多问题,其建设速度有所放缓[1]。因此,保持现有电力基础设施处于良好状态或及时适当更换老化设备是现在首要关注的问题。变电站运行的健康状况直接关系到电力系统的安全稳定经济可靠运行[2-3]。变电站聚集了许多设备,包括一次以及二次设备,每一个设备都包含多项性能指标,如何了解各个设备的健康状况,对于电力系统运行管理部门及时发现潜在问题、迅速安排设备检修维护、尽快恢复失效功能等工作至关重要[3-4]。此外,变电站或其任何设备的故障可能导致大面积停电以及操作和维护人员的安全。因此,迫切需要从预防性或基于时间的维护过渡到基于状态的维护。

文中介绍了高压变电站及其设备的状态评估。设备状况通过目视检查和电气测试进行评估并采用加权评分法。在整个健康指数计算过程中,采用层次分析法(AHP)计算各指标的权重。每个测试的条件分数及其相关的权重被用来计算加权平均数。然后,通过目测、设备维修完整性和设备故障率调整得到的加权平均分。将所有设备调整后的平均得分纳入变电站间隔层健康指数,并根据变电站间隔层的年龄和运营压力进行调整。最后可确定变电站健康指标。如图1所示。所开发的程序在MS Excel程序中实现,用于技术数据的收集和设备及变电站性能的评价。

图1 工作过程图

1 数据结构和评估状况

1.1 变电站主要设备

在评估变电站状态之前,需要对主要设备进行分类。主要设备由断路器(CB)、断开开关(DS)组成。电流互感器(CT)、电压互感器(VT)、避雷器(SA)。

1.2 技术数据和测试数据

了解变电站主要设备后,收集技术数据,建立正式数据库。上述设备的技术数据包括序列号、设备编号、生产厂家、型号/类型、生产年份及其技术等级[5]。然后开发检测和试验结果数据库,并在数据库中收集数据,具体如表1所示。例如,对断路器进行了目测、主接触时间、主接触电阻、绝缘电阻、SF6气密性和气体质量等测试。最后,将所有设备的故障记录收集到第三个数据库中,获取表2所列的故障模式、故障后果和所采取的纠正措施。

表1 每台设备的测试数据

表2 故障记录的数据列表

2 方法论

该节用几台设备进行七种不同的测试,包括目视检查、主接触电阻测试、绝缘电阻测试、绝缘功率因数测试、SF6气密性和气体质量、油介电强度测试和匝比试验。每个测试和评价标准的详细说明如下。

2.1 目视检查

目视检测是利用人的感官和简单的工具对设备进行检测的一种常用方法。主要检查包括功能测试、清洗、润滑驱动机构、终端检查和所有紧固检查[6]。这些标准见表3。

表3 目视检查标准

2.2 主接触电阻测试

主接触电阻通常是由生锈、松动或连接不良引起的,产生热量和功率损失。为了减少阻力,需要适当的润滑和清洁。主接触电阻试验标准见表4。

表4 主接触电阻试验标准

2.3 绝缘电阻测试

绝缘电阻是指绝缘体承受外加电压的能力。绝缘电阻越低,说明绝缘性能越不好,绝缘电阻测试标准见表5。

表5 绝缘电阻测试标准

2.4 绝缘功率因数或瓦特损耗

通常,功率因数是反映电介质在电气设备中保持其绝缘性能效率的数字。当绝缘材料清洁、干燥且无空隙时,它可以很好发挥绝缘作用。当绝缘被污染到一定程度时,电阻电流增加,从而导致功率损耗和绝缘功率因数增加。绝缘损耗测试标准见表6。

表6 绝缘损耗测试标准

2.5 SF6气密性和气体质量

断路器开断采用SF6气体作为绝缘和灭弧剂。为了保持SF6处于良好状态,气体压力、SF6百分比和露点必须符合表7中的标准[7]。

表7 SF6气密性和气体质量标准

2.6 油介电强度测试

油是电流互感器和电压互感器的绝缘材料。被污染或油况不佳会导致击穿电压降低。油介电强度测试标准见表8。

表8 油介电强度测试标准

2.7 匝数比测试

匝数比的测量可以反映绕组绝缘匝数的情况。匝数比试验标准见表9。

表9 匝数比测试标准

3 健康指数计算

从前面提到的测试中,分数将来自每个测试的标准。每个标准的权重是通过层次分析法(AHP)得到的。利用各判据的权重和评分计算加权平均数(Saverage),再通过添加设备模型目视检查结果、维修完成度和故障率的调整因子,计算调整平均分(ASi)。然后,利用ASi计算变电站间隔层健康指数(%HIbay),最后加上设备年龄和工作时操作的调整因子,得到变电站间隔层的平均数(%HIbay,average)和最差健康指数[8](%HIbay,worst)。

式中N为设备试验方法数,WTi为每个测试方法权重ASi为主要设备调整后平均得分、WEi为变电站间隔层设备的权重,SMAX和SMIN分别为测试的最大评分值和最小评分值[9]。

健康指数将分为3个级别:红色、黄色和绿色,分别表示差、较差和好。%HIbay的范围[10]见表10。

表10 变电站健康指数的颜色编码

4 结果与讨论

该节以3个变电站的健康指数计算为例。每个变电站由5个相同的间隔组成。第一个变电站是新的,第二个变电站中度老化,最后一个变电站老化严重且状况不佳。健康指数计算解释如下。

步骤1:计算各主要设备的健康指数

举例说明了第一个变电站间隔主要设备的计算。它从断路器开始,然后是其他设备。通过使用公式Waverage等于1.00。

新变电站各主要设备的平均权重见表11。

由于第一个变电站是新的,并且状态良好,所有测试方法的条件分数都等于1。设备型号的目视检查结果、维修完备程度、故障率均可忽略不计,所有主要设备的等于1.00。在第二个变电站中,断路器所有测试数据的条件分数也等于1。目视检查发现一些有缺陷的部件,由于临界负载和设备型号故障率低,延长了维修周期。目视检查、维修完整性、故障率的调整因子分别为0.5、0.03和0.06。那么断路器的等于1.536。因此,第二个变电站其他主要设备的分别为1.56、1.47、1.32和1.76。对于第三个变电所,其断路器在主接触电阻测试中失效导致测试失败了。因此断路器的自动等于3。那么就没有必要再增加调整因素了。第三个变电站其他主要设备的值分别为2.10、2.23、2.17、2.50。

步骤2:计算各主要设备的后,可使用公式2计算。分别等于主要设备的40%、20%、15%、15%和10%。最大和最小条件分值分别为3和1。则等于0%、25.02%和76.50%,分别为第一、第二、第三样位。变电站间隔层健康指数计算如表12所示。

表12 变电站间隔层健康指数计算

步骤3:变电站间隔层评估的调整因素包括年龄和操作压力。对于第一个变电站,有5个新间隔,但他们服务的设备额定几乎满负荷。由于该变电站是新建的,且在全运行应力下运行,故对老化和运行应力的调整系数分别为0%和20%。这些设备间隔层的%HIbay,final最终等于80%。第二个变电站,有5个中等老化的变电站间隔层。它们在正常负荷下工作。年龄和操作应力的调节因子分别为5%和5%,则这些设备间隔层的%H Ibay,final为64.98%。第三个变电站,该变电站由5个老化的变电站间隔层组成。这个变电站服务于轻负荷。年龄和操作应力分别为10%和0%。那么这些设备间隔层的%H Ibay,final等于13.50%。

步骤4:计算出变电站各个变电站间隔层的%H Ibay,final后,计算平均变电站间隔层健康指数(%H Iaverage,bay)和最差变电站间隔层健康指数(%H Iworst,bay)。对于三个示例变电站,%HIaverage,bay分别 等 于80%、64.98%和13.50%,因为其5个变电站间隔层健康指数相似。因为最坏的变电站间隔层健康指数可以表明迫切需要修复有缺陷的设备或更新老化和高压力作业的设备。然后,从变电站间隔层健康指数的最小值或%HIworst,bay中选择%H Isubstation。该变电站健康指数分别显示了变电站的整体状况为良好、中等和较差。

用上述方法计算出十五个变电站的健康指数,如表13所示。

表13 15个变电站的健康指数

结果显示,良好、中等、较差变电站分别有1座、10座、4座。对于状态良好的变电站,应保证其正常运行并进行例行维护。对于中等状态,需要进行适当的维护计划。对于情况较差的,需要紧急修理或更换。

5 结语

对由断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器五大设备组成的高压变电站及其设备,考虑目视检查和电气试验进行状态评估。采用加权评分法计算主要装备的加权平均数。然后,通过目测、设备维修完整性和故障率调整加权平均数。将变电站各设备调整后的平均得分综合作为变电站健康指数,再根据变电站间隔层的年龄和运行应力进行调整。最后,成功地确定了变电站的健康指标。将所开发的程序应用于MS Excel软件中,对15个变电站的健康指标进行了测定。这个开发的工具及其信息对有效的维修和翻新计划是很大的帮助。

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