摘要：电网规模不断扩大,电网资产数量增加,使得大量的旧设备、新设备同时运行在电网之中,随之进行的状态评估和危险点预防工作也显得至关重要。
关键词：变压器运行,危险点,预控
变压器运行工作逐渐受到电力企业的高度重视,通过对设备状态分析的深入研究,探讨电气、机械等因素对于设备使用寿命的影响,预测设备在现有的电网环境下可能出现的各类问题。变压器运行过程必然伴随着各类故障或故障产生的征兆,能否及时发现存在的问题并探讨故障发展趋势也成为当前工作的主要目标之一。
1 当前变压器运行预控方法
综合分析法。采用归纳思路,对大量的故障数据和危险情况进行统计,了解设备产生故障的原因和发生故障的概率情况,推断出单个设备在发生故障时的某些可能性。这一方法比较重视变压器的设备在运行过程中是否产生缺陷,以个案分析为基础形成分析意见和故障处理措施,对危险点进行预处理。按照风险性质进行分类后,可有针对性地采取不同的预防措施。但该方法的缺陷是在信息处理和传递的过程中可能产生信息量损失,且数据获得过多依赖经验。
技术预控方法。重视不同状态检测技术的应用,以合理有效的灵敏检测方法来获取设备的不同状态信息,更加深入地了解设备的使用状况。不过该方法的缺点在于设备危险点的概率分析依赖于技术应用,技术手段可以鉴别设备的状态但无法对设备的使用寿命展开评估。如果需要一次性评估,则该方法的实用性更高。
模糊打分。模拟了专家思维,采用神经网络算法等高级数据工具,让一些看似不准确的数据和规则能够得到应用。数据信息来自于设备设计、运行环境等多个方面,综合考虑了变压器等设备在运行过程中的某些风险点与相关对策,是一种更加先进的评价方法。
2 变压器运行过程中的影响因素与预控
确定变压器在运行过程中的危险点,能够选取变压器运行状态的先决条件,从内部层级结构入手,准确表示出各种设备故障因果关系的模型。以当前电压等级110～500kV的电力变压器为例,其危险点可从六个角度分析。
2.1 变压器声音故障
变压器故障类型包括变压器本体故障和变压器附件故障,本体故障中包括铁芯、金属件故障、绕组引线故障等;而附件故障中则包括有载开关故障、冷却系统故障等。其中变压器音响是在正常运行和巡视过程中需要重点关注的问题,以声音为侧面体现出变压器的运行状况。在变压器运行的过程中铁芯和绕组产生振动发出声音时,正常声音是均匀且轻快的。一旦出现故障声响必然出现异常,此时说明变压器在运行中可能存在危险点和故障。
2.2 油位油色
油位随着气温和负荷变化面所变化,正常的油位在油位计的1/4～3/4之间,且无渗漏情况,套管保持清洁。一旦出现断线、脱焊、裂纹或其它放电现象,则要考虑高低压熔断丝是否出现问题。目前广泛使用的大型电力变压器油浸式变压器为主,利用变压器油进行绝缘和散热工作。在正常运行状态下,变压器油中的主要溶解气体包括氧气和氮气,但在某些故障情况下变压器绝缘油和固体绝缘材料中会分解出其他气体。绝缘油作为一种混合物,在变压器故障较为严重时可能会形成游离的气体,且不同危险问题产生的气体含量也是不同的。在固体绝缘材料分子中所包含的化学键热稳定性比变压器油中的C-H键更弱,可以在较低的温度下实现化合,生成某些气体。
绝缘油一方面起到绝缘作用,另一方面起到散热作用,变压器的铁芯和绕组产生的热量可以传递至冷却装置展开冷却。在变压器运行过程中需要保障一定水平的电气绝缘强度,因为变压器油可能吸收了空气当中的一些杂质、水分等。一旦温度升高,油与空气接触产生了氧化反应,电气绝缘强度下降,给变压器运行带来了很大的风险。为了确保电力变压器运行时的安全水平,控制老化发展的速率,需要定期地展开油样试验,一方面可以掌握变压器油质状态,另一方面可以控制稳定的散热效果。
2.3 运行环境危险点
变压器在产生故障时,无论是内部故障还是外部故障,异常现象都会通过不同形式表现出来。而变压器的运行状态与使用周期与运行环境之间存在着密切联系。例如变电站区域的地理环境、空气湿度等。一般情况下变压器运行时的环境温度要求为最高气温40℃、最低气温-25℃,因为温度过高会影响到正常的散热,给运行带来极大风险;而湿度太高又会影响到金属的耐腐蚀性。特别是户外变电站在运行过程中受到环境因素的影响比户内变电站更大,特别是在环境污染严重的情况下,变压器的运行需要展开特殊的巡视和检查,并根据实际情况缩短变压器的检修和管理周期。
2.4 运行周期危险点
设备运行有一个周期阈值,与设备故障发展之间存在着必然联系。对设备故障规律的分析研究有利于制定更加合理的设备维修方案,以此为基础建立科学有效的设备维修体制。例如在使用过程中,设备本身的状态和性能会随着时间推移逐渐呈现出下降趋势,进而从潜在故障转变为某些功能性故障。故障转变时间间隔的长短主要取决于设备在使用过程中能否按照要求来进行。如果可以进行定期检修和认为控制,那么设备故障在发展至一定程度后就能得到处理,减少后续功能性故障产生的可能性。在制定设备的维修计划过程中,可以按照时间间隔内提供的信息来制定科学合理的检修计划,将危险点进行控制[1]。
通常来说设备出现早期故障的可能性较高,但在设备运行一段时间后故障率会明显降低。出现此类问题的因素在于设备刚刚开始运行时,某些设计和制造方面的缺陷开始产生影响。这也说明变压器等电力设备在使用之前需要投入试运行来减少故障几率,也可以在故障产生后快速定位并处理,经过试验筛选将一些不合格的设备全部去除。在设备使用一段时间后,尽管故障率较低但仍然会出现偶然故障。设备整体运行比较稳定,产生的随机故障并不会对整个设备性能产生非常严重的干扰。之后的周期为磨损故障期,设备产生故障的几率会伴随着时间的推移急速增加,且主要以设备疲劳、零部件损耗为主,设备故障率不断增加,如进行大规模修理并更换某些零部件,又可以将故障率降低至合理范围内。
变压器的典型寿命规律伴随着障碍产生、障碍事故、无障碍事故、设备老化的变化趋势进行,但某些外部应力的影响也会加速设备的损坏趋势,产生其它风险因素。例如变压器的绝缘材料正常老化时虽然会影响到绝缘强度,但产生大型危险事件的可能性并不高。如果在潮湿环境或是漏电基础上,那么变压器的老化速度会显着加剧。
2.5 运行历史与检修工作的危险点
设备检修人员会根据设备的运行状况来定期进行维修保养,例如观察变压器油温度指示情况、油箱箱体是否存在渗漏、部件是否会有腐蚀状况等。通过将已经收得的数据和历史资料就可以作出分析判断。主要检查的项目包括变压器一二次线路连接、外壳接地、变压器油状况、压力释放阀、控制保护接线完好程度等。在检查过程中如果出现异常情况,那么必然影响到设备的正常运行,这些内容也应该成为评估体系中的重要组成部分[2]。
2.6 电气试验
电气试验的目的是为了保障电力变压器运行过程中的稳定性和安全程度。因为在变压器的制造过程中就会进行非常严格的试验,在投入运行后也会进行变压器的在线监测。电气试验是一种危险点预控手段,可以掌握变压器的性能,以在线检查或在线监测的方式判断变压器能否在后续工作中继续地投入运行[3]。变压器遇到水分、温度、磁场的影响时都会导致绝缘劣化现象,且劣化的速率处于动态变化之中。变压器的运行状态参数可以作为判断劣化速率和状态的参考依据,以不同的特征量来表示不同的程度。这一类特征量可以被分为两种类型:一种是直接地反应变压器的使用寿命或性能问题,如机械强度、耐电强度等,都可以直观清晰地判断变压器能否继续应用;另一种则是间接地反应绝缘状况的特征量,如绝缘电阻等。破坏性试验和非破坏性试验分别对应直接特征量和间接特征量。
以绕组泄漏电流的试验为例,这是判断变压器运行过程绝缘状况的一项试验,其原理和绝缘电阻基本类似,但区别在于泄漏电流在测量时需要施加更多的直流电压,且绕组泄漏电流值的变化可以随时地进行检测。通过对变压器运行状态的监测后了解到,泄漏电流容易受到绝缘结构与温度等因素的影响,按照《电力设备预防性试验规程》DL/596-1996的相关要求中也并没有明确提到泄漏电流的具体数值。因此这些测量的数据只能作为参考性内容,如果要分析变压器的绝缘状态,还需要结合其它的状态参量进行综合评估。
3 危险点预控管理体系
技术水平的发展让危险点预控与状态检修工作得到了电力企业的高度重视。预控手段与定期检修相比,维修成本更低、停电时间更短,可以对设备状态展开深入分析,了解不同因素对使用寿命的不同影响。危险点预控管理体系是在设备产生故障的基础上以安全管理的方式综合分析设备故障带来的后果(包括电网使用的性能、修复产生的消耗、对环境造成的不利影响等),在此基础建立相关的管理体系。在确定电网中的变压器设备故障可能引发的问题后,就需要评估事故产生的可能性,分析由事故引起的不同后果[4]。通过管理体系的构建也能为今后的工作提供技术改进方案,确定最佳电力运行管理措施。
电网性能。在电网性能的计算过程中,变压器设备的使用分为高风险期和低风险期,不同的设备故障等级对应风险期的持续时间,从而用于设定故障损失电量的概率因子。不同类型的小故障所引起的故障属于计划停运范畴,且小故障并不会导致高风险期问题的产生。随着故障问题的不断扩大,某些故障会引起强制停运,而重大故障几乎会导致全部的强制停运。在初始阶段可通过人为管理的方式来稳定电网和变压器的运行状态,在经历高风险期之后,电网可以过渡至另一个稳态运行状态,即便此时设备仍然处于故障状态,也能够让设备快速地过渡到低风险期。
人身安全管理。变压器危险点预控过程中,人身安全风险比较低,在不同故障等级下造成的结果也会有所差距。但体系建设的最终目标是按照要求来合理地制定方案,从而得到变压器运行过程中的总故障率和总危险值,判定在使用状态下的维护和更新方案,包括电网设备在未来可能采取的更新、维护方案及其能够达到的预期效果。如果一台变压器出现危险故障,所产生的事故引起人身伤亡的概率对于所有变压器来说是相同的。
修复成本管理。修复成本考虑到的是在变压器出现故障后进行故障处理需要消耗的成本。成本中既包含了设备维修需要消耗的人工费、材料费,同时还要根据不同的故障等级来评估成本之间的差异。修复成本的不同与设备的配件质量等因素密切相关。
环境影响评估。这一体系中对于环境影响的评估主要是基于设备产生故障后带来的环境问题。以变压器为例,变压器故障后产生的污染类型包括绝缘油泄漏、火灾、固体垃圾和其它社会影响,不同故障等级下污染对应着不同的故障概率,也可根据实际情况为每一台变压器设定不同的重要级别,确定哪些设备在运行时要得到严格控制。
结语
随着电网规模不断扩大,未来的变压器等设备在运行过程中也要综合考虑到性能、技术水平等多个方面。建立变压器运行时的危险点分析与风险预控机组,并对变压器进行状态评价,有助于全面准确地反映出变压器的工作性能,并从实际运行过程中不断地对管理方案作出调整,直至最终结果可以反映出变压器的真实运行情况。未来的工作中还应该以预防性试验、日常维护检修等工作结果为基础,让评价结果更加清晰直观。
参考文献
[1]杜娟.变压器运行中异常现象的处理和维护初探[J].科技风,2019(36):174.
[2]范玉洁.大型变压器设备运行状态监测与故障诊断[J].设备管理与维修,2019(24):151-153.
[3]张京敢.油浸电力变压器运行中高温报警的原因分析与处理[J].电工技术,2019(21):134-135.
[4]莫海科.变电站运行中危险点预控技术的应用[J].应用科技.2015(01):75.
