［摘 要］ 变电一次设备是变电站设备的核心，其运行状况对电网的安全运行至关重要，因此其故障的预测及检测是非常关键的。文章主要介绍变电站中断路器、变压器及金属氧化物避雷器等一次设备的故障预测及检测方法，以及红外检测技术。
［关键词］ 变电一次设备；故障预测；检测方法
［作者简介］ 马永杰，广东电网公司阳江供电局工程师，研究方向：变电检修、高压试验及管理，广东 阳江，529500
在高压电网的运行中，由于过负荷、过电压、制造工艺不良、绝缘老化受潮、维护不到位、误操作等各种原因都可能引起变电一次设备出现各种各样的缺陷和故障，影响电网的安全、稳定运行。尤其是近年来，变电设备越来越趋于大容量、高电压，且用户对供电可靠性的要求不断提高，这就使得变电站的停电作业受到了一定限制。同时，随着变电设备密封化、小型化、智能化的逐步实现，进行现场的解体检查也变得越来越困难。因此对于变电一次设备的运行和维护而言，要掌握设备在运行状态下或者即使让设备退出运行也不需要解体设备的故障预测及检测方法，这样才能保证电网的安全、稳定、经济运行。
一、变电一次设备故障的预测和检测方法
变电一次设备常用的故障预测和检测方法如下：
1.利用现有的检测仪器定期开展预防性试验来检测设备有无异常。
2.利用带电测量及在线监测装置来检查判断设备有无异常。
3.应用红外诊断技术快速、准备测量出变电一次设备的接触不良、绝缘劣化或磁路故障等各种类型的发热故障。
目前断路器、变压器等变电一次设备主要配备有压力表、密度继电器、油温表等辅助仪表，利用这些辅助仪表来预测、判断设备的缺陷故障还是远远不够的。因此，预测、检测变电一次设备的故障还主要依靠的是定期试验、带电测量及在线监测等方法。
二、断路器故障的预测和检测
断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备，其主要任务是根据电网运行的需要把电力设备或线路投入或退出运行，或者将发生故障的电力设备或线路从电网中快速切除，以保证电网中无故障部分的正常运行。因此，它的工作好坏直接影响电力系统的安全、稳定运行。
断路器在长期使用过程中，造成其发生故障的原因主要包括以下几个方面：（1）绝缘降低或老化；（2）电气控制及辅助回路故障；（3）操动机构和传动系统故障；（4）绝缘材料及器件选择不当；（5）触头接触不良引起触头过热、烧熔甚至造成短路。在断路器的各种故障中，绝缘类故障占36.7%，拒分占22.52%，外力及其他故障占10.8%，开断与关合故障占10.3%,误动占7.3%，载流故障占6.58%，拒合占5.8%。
为了保证断路器的可靠运行，减少故障造成的损失，主要通过以下几种方法来预测和检测断路器的各种故障:
1.定期测量分、合闸电磁铁或合闸接触器端子上的最低动作电压，其值应在操作电压额定值的30%~65%之间，以此来判断操作机构是否异常。
2.分闸、合闸时间及三相不同期测量。因为操作机构的各部分摩擦增大、弹簧质量不佳或控制回路接触不良等，使分闸、合闸时间出现变化。此外，由于三相尺寸调正不当、或者操作动力传递不平衡等，都会产生三相不同期，所以要进行定期测试。
3.测试主回路导电电阻，以检测触头的磨损、腐蚀程度和接触情况。
4.对真空断路器而言，可通过进行分合闸耐压试验来检测灭弧室的真空度。
5.对于SF6断路器，定期监测并记录SF6密度继电器的值，以监测气体是否存在泄漏；定期测量SF6气体微量水含量，判断SF6气体中含水量是否超标。
6.通过开展局部放电监测来判断高压开关柜内部导电连接部分和绝缘部分的缺陷或劣化以及触头接触不良等。
三、变压器故障的预测和检测
变压器是变电站最主要的设备，其故障的预测和检测一直受到国内外学术界以及工程界专家的广泛重视。变压器的故障通常分为内部故障和外部故障两种。内部故障为变压器油箱内发生的各种故障，其主要类型有：各相绕组之间发生的相间短路、绕组的线匝之间发生的匝间短路、绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有：绝缘套管闪络或破碎而发生的接地短路，引出线之间发生相间故障等而引起变压器内部故障或绕组变形等。变压器的内部故障从性质上一般又分为热故障和电故障两大类。热故障通常为变压器内部局部过热、温度升高。根据其严重程度，热故障常被分为轻度过热(一般低于150℃)、低温过热(150～300℃)、中温过热(300～700℃)、高温过热(一般高于700℃)四种故障类型。电故障通常指变压器内部在高电场强度的作用下，造成绝缘性能下降或劣化的故障，常被分为局部放电、火花放电和高能电弧放电三种故障类型。
变压器的故障预测和诊断方法通常有以下几种：
1.利用人的感观，判断是否有异常气味、异常声音、过热、振动等或是通过油位表、温度表、瓦斯继电器等仪表来诊断。
2.通过绝缘电阻、绕组直流电阻、变比、交流耐压和介质损耗等各种电气试验方法来判断变压器是否存在故障。
3.利用绝缘油的油中溶解气体色谱分析及早发现变压器内部存在的潜伏性故障。
4.监测变压器油中微水含量，防止变压器油绝缘强度降低。
5.变压器发生出口短路时通过测量绕组变形检测变压器绕组是否发生位移、扭曲、鼓包或匝间短路等不可逆的变化。
6.通过变压器局部放电监测技术来诊断变压器内部存在的局部缺陷。
7.利用有载调压变压器分接开关在线检测装置来检测有载分接开关（On-load Tap Chaner，OLTC）的电气性能及机械性能是否存在异常。
绝缘油的油中溶解气体色谱分析技术作为检测变压器内部绝缘潜伏性故障的方法已得到了广泛的应用。与其他现有的测试项目相比，它是发现变压器及充油设备内部早期故障最为有效的方法，一般情况下色谱分析往往最早提出疑问，为了回答故障是否存在和变压器是否能继续运行的问题，需要跟踪分析并配合相应的电气试验来综合判断。具体做法是从变压器中抽取油样，分析油中气体，再按照气体组成以及含量等就可判断内部是否异常以及其故障类别和程度。其具体情况为：变压器固体绝缘在正常运行老化过程中，产生的气体主要是CO和CO2；在油纸绝缘中存在局部放电时，油裂解产生的气体主要是H■和CH■；当故障温度高于正常温度时，产生的气体主要是CH■；随着故障温度的升高，C■H■和C■H■逐渐增多，在温度高于1000℃时，如果在电弧弧道温度（3000℃以上）的作用下，油裂解产生的气体中含有较多的C2H2；如果故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多的CO和CO2，不同故障类型产生的气体组分归纳如下表1所示：
四、金属氧化物避雷器故障的预测和检测
避雷器是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一，主要作用是限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压。金属氧化物避雷器自问世以来由于其具有优良的非线性特性而在电力系统中得到了广泛应用。
虽然金属氧化物避雷器与碳化硅避雷器相比具有许多优点，但在使用中也存在各种各样的故障，主要包括：
1.阀片老化、受潮等引起避雷器热击穿甚至爆炸。
2.瓷套、端子和基座由于设计工艺不良，大气腐蚀等原因受机械力的作用可能会出现避雷器开裂、倾倒等故障。
3.支持绝缘套管在长期电压的作用下，绝缘性能不良或受潮等引起泄漏电流增加，最终造成绝缘击穿或爆炸。
4.受雨、雪、尘埃等的污染，会由于避雷器内外电位分布不同而导致径向局部放电现象发生，从而损坏整支避雷器。
为了降低金属氧化物避雷器的运行故障，主要的预测及检测方法有以下几种：
（1） 绝缘电阻测试，初步了解其内部是否受潮；
（2）测量直流1mA电压U1mA及0.75U1mA下的泄漏电流，检查其阀片是否受潮；
（3）测量运行电压下交流泄漏电流，正常运行情况下，流过避雷器的主要是容性电流，阻性电流只占很小一部分，约为10%~20%，当阀片老化时，避雷器受潮、内部绝缘部件受损及表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流大大增加；
（4）通过在线监测装置监测金属氧化物避雷器的运行状况。
五、红外检测技术
红外检测是一种非接触性的检测技术，它的特点是安全性强、检测准确，它能检测出0.1℃，甚至
0.01℃的温差，也能在数毫米大小的目标上检测其温度场的分布。加之操作便捷，因此它作为一次设备的状态监测与故障诊断重要组成部分，广泛应用于电力系统，为开展设备状态检修创造了条件，提高了设备运行的可靠性。
根据正常状态下设备的发热规律及其表面温度场的分布和温升状况，结合设备结构及传热途径，进一步分析设备在各种故障状态下的热像及温升，再结合其他检测结果，就能较好地诊断出设备有何故障及故障点和类型。电气设备的热故障一般可概括为：（1）导体连接或接触不良；（2)介质损耗增大；（3）电压分布不均匀或泄漏电流过大；（4）绝缘老化、受潮、缺油等，产生局部放电；（5）磁回路不正常。
对于红外检测一般有以下几方面的要求：
1.被检设备是带电运行设备，应尽量避开视线中的封闭遮挡物，如门和盖板等。
2.待测目标及环境温度不宜低于5℃，环境湿度不大于85%，风速不大于0.5m/s，不宜在雷、雨、雾、雪等天气条件下进行。
3.户外晴天要避开阳光直接照射或反射进入仪器镜头，在室内或晚上检测应避开灯光的直射，宜闭灯检测。
4.检测电流致热型设备，最好在高峰负荷下进行。否则，一般应在不低于30%的额定负荷下进行，同时应充分考虑小负荷电流对测试结果的影响。
5.被检测设备周围应具有均衡的背景辐射，应尽量避开附近热辐射源的干扰，某些设备被检测时还应避开人体热源等的红外辐射。
6.根据电气设备在电力系统中的作用及重要性来定检测周期，同时参照设备的电压等级、负荷电流、投运时间、设备状况等决定。
六、结 语
经过上面的论述分析可知，变电一次设备故障的预测和检测目前还主要是依靠常规预防性试验以及实践积累的经验来进行的。另外，随着电子、计算机、光电、信号处理和各种传感技术的发展，电力设备在线状态监测装置的不断推广和应用，能更早地发现电力设备的潜伏性故障，必要时可提供预警或规定的操作，从而确保电网的安全、可靠运行。
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