國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚(yáng)州供電分公司 林 毅 馬嘉樹(shù) 周照宇

1 引言

高壓電氣設(shè)備運(yùn)行情況直接影響到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。當(dāng)前，針對(duì)高壓電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)診斷方法有兩種，包括在線式和離線式[1]。其中，在線式診斷方式應(yīng)當(dāng)對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全面收集，使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)判斷，不會(huì)受到診斷時(shí)間、運(yùn)行環(huán)境等限制，這種方法操作簡(jiǎn)單，但是缺乏抗干擾能力，技術(shù)還不夠完善，測(cè)試數(shù)據(jù)需要全面分析；離線式診斷方式更多從電氣設(shè)備構(gòu)造部分和使用原理出發(fā)，對(duì)電氣設(shè)備核心參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，這種方法得到測(cè)試結(jié)果精確，也有國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)測(cè)試環(huán)境有著非常高的要求[2]。

本文對(duì)于某變電站高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)中存在的異常情況，分析了介質(zhì)損耗因數(shù)不大，甚至為負(fù)數(shù)的情況，提出科學(xué)合理的解決措施，以此保障供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 系統(tǒng)情況

本文在研究中，選取了某個(gè)鐵路牽引供電系統(tǒng)作為研究對(duì)象，并且其由牽引變電站和接觸網(wǎng)兩個(gè)部分組成。其中，牽引變電站主要發(fā)揮出電能配置的功能，是整個(gè)供電系統(tǒng)的核心部分；接觸網(wǎng)主要發(fā)揮輸送電能的功能，為其他用電設(shè)備提供電能。并且，機(jī)車(chē)也是從接觸網(wǎng)中獲取電能。為確保機(jī)車(chē)運(yùn)行安全，全部電氣設(shè)備都需要在正常參數(shù)下運(yùn)行，這就需要對(duì)各類(lèi)電氣設(shè)備檢測(cè)和維護(hù)。為保障鐵路運(yùn)行有序運(yùn)行，檢測(cè)和維護(hù)都應(yīng)當(dāng)在使用間隔時(shí)間開(kāi)展，一般情況下稱(chēng)為天窗期。在該時(shí)期中，整個(gè)電氣設(shè)備運(yùn)行環(huán)境非常復(fù)雜，往往可以提供給檢測(cè)和維護(hù)的時(shí)間很短，且避免影響程度增強(qiáng)，電氣設(shè)備檢修都需要按照“最小限制”原則落實(shí)。

3 異常情況

高壓電氣設(shè)備在檢修和試驗(yàn)過(guò)程中，二者間不存在什么聯(lián)系，但是卻有相互輔助的作用。檢修更多注重修的環(huán)節(jié)，可以使電氣設(shè)備保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，從而盡可能延長(zhǎng)使用壽命，確保供電過(guò)程安全穩(wěn)定。試驗(yàn)更多注重試驗(yàn)環(huán)節(jié)，使用專(zhuān)業(yè)性檢測(cè)儀器，對(duì)高壓電氣設(shè)備各類(lèi)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，明確其后續(xù)變化情況，對(duì)使用狀態(tài)評(píng)價(jià)，以此為檢修工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

一般情況下，高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)內(nèi)容是非常多的，主要是對(duì)絕緣情況和基本物理屬性進(jìn)行檢測(cè)[3]。絕緣情況分析，應(yīng)當(dāng)從耐受電壓水平、絕緣數(shù)值、tanδ 變化趨勢(shì)等；基本物理屬性分析，應(yīng)當(dāng)從斷路器接觸電阻、分合閘效率、電流互感器等。tanδ 是按照國(guó)家現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施檢測(cè)，這是35kV 以上高壓電氣設(shè)備的必測(cè)內(nèi)容。

試驗(yàn)人員通過(guò)對(duì)部分變電站電氣設(shè)備試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)某個(gè)高壓電氣設(shè)備tanδ 和以往數(shù)據(jù)資料差異很大，甚至產(chǎn)生了負(fù)值。電氣設(shè)備tanδ 數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。

表1 電氣設(shè)備tanδ 數(shù)據(jù)

一般情況下，介質(zhì)損耗產(chǎn)生是介質(zhì)導(dǎo)電特性和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，從而出現(xiàn)了部分能量損耗。但是，整個(gè)變電站所使用的電氣設(shè)備種類(lèi)繁雜，不同設(shè)備的使用環(huán)境和參數(shù)指標(biāo)不同，往往監(jiān)測(cè)過(guò)程得到的介質(zhì)損耗是無(wú)法對(duì)高壓設(shè)備運(yùn)行情況判斷，這就需要使用tanδ。tanδ 是通過(guò)對(duì)需要試驗(yàn)的電氣設(shè)備增強(qiáng)電壓后，其有功功率和無(wú)功功率間的比值[4]。這種比值大小與高壓電氣設(shè)備構(gòu)成材料的物理特點(diǎn)有著直接關(guān)系，從而能夠?qū)Σ煌N類(lèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷。tanδ 相量如圖1所示，圖中δ1和δ2屬于介質(zhì)損耗形成tan，也是電流和電壓的功率因素角。另外，δ2是受到外界影響形成的負(fù)角度，本身不具有任何價(jià)值。

圖1 tanδ 相量

在試驗(yàn)過(guò)程中，采用介質(zhì)損耗儀對(duì)tan 測(cè)試。在測(cè)試儀器使用中，可以選擇正接法、CVT 法等開(kāi)展測(cè)試工作。正接法從具體層面分析，需要對(duì)電氣設(shè)備接地情況進(jìn)行判斷，如果接地可以取下，就可以使用該方法，一旦無(wú)法取下，應(yīng)當(dāng)使用反接法。

反接法很容易受到回路電流干擾，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性不如正接法。CVT 法主要針對(duì)電壓互感器進(jìn)行測(cè)試，可以有效得到tanδ 數(shù)值。通過(guò)對(duì)預(yù)防性試驗(yàn)和交接性試驗(yàn)分析后，二者所需要的試驗(yàn)環(huán)境是相同的，所不同的是前者不會(huì)對(duì)高壓電氣設(shè)備的連接線路拆除，后者需要將所有電氣設(shè)備處于獨(dú)立運(yùn)行環(huán)境下。在具體試驗(yàn)中，通過(guò)采取預(yù)防性試驗(yàn)方法，對(duì)牽引變壓器進(jìn)行介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試，斷路器和變壓器都處于檢測(cè)回路中；針對(duì)電流互感器介質(zhì)損耗因素測(cè)試中，斷路器和隔離開(kāi)關(guān)處于檢測(cè)回路上；針對(duì)電壓互感器介質(zhì)損耗因素測(cè)試中，隔離開(kāi)關(guān)、避雷器處于檢測(cè)回路上。

4 原因分析和計(jì)算

如果高壓電氣設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)中，絕緣性能會(huì)逐步降低，tanδ 數(shù)值會(huì)逐步上升。在后續(xù)預(yù)防性試驗(yàn)中，tanδ 數(shù)值也會(huì)出現(xiàn)反復(fù)波動(dòng)，產(chǎn)生了負(fù)數(shù)或者持續(xù)下降的情況，如果不對(duì)運(yùn)行環(huán)境考慮，應(yīng)當(dāng)是外界干擾因素造成的。

4.1 所測(cè)tanδ 數(shù)值偏小

依托某個(gè)牽引變壓器高壓電氣設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)為研究對(duì)象，其中引線部分都不會(huì)拆除，設(shè)備都是處于連接狀態(tài)。結(jié)合tanδ 數(shù)值計(jì)算得到：

因tanδ 數(shù)值并不會(huì)超過(guò)1，得到：

式中：P 為高壓電氣設(shè)備的有功功率；Q 為高壓電氣設(shè)備的無(wú)功功率；C 為試驗(yàn)過(guò)程中，電路產(chǎn)生的總電容；R 為試驗(yàn)過(guò)程中，電路中存在的總電阻；U 為試驗(yàn)過(guò)程中，增加的電壓大??；C1為高壓電氣設(shè)備中的電容；C2為高壓電氣設(shè)備的干擾電容。

在不考慮其他外部因素的干擾下，只對(duì)高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)，沒(méi)有對(duì)其他電氣設(shè)備的連接線路拆除的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)回路產(chǎn)生干擾回路后，結(jié)合上述兩個(gè)公式可以得到，整個(gè)試驗(yàn)中，高壓電氣設(shè)備的電容量持續(xù)增大，tanδ 數(shù)值降低。此外，如果在電氣設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜化中，往往絕緣裝置會(huì)產(chǎn)生等效雜散電容，導(dǎo)致與并聯(lián)設(shè)備產(chǎn)生相同的數(shù)值。

4.2 所測(cè)tanδ 數(shù)值為負(fù)值

從高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)過(guò)程分析，tanδ 負(fù)值產(chǎn)生的原因是三個(gè)方面因素形成的。

一是測(cè)試接地存在問(wèn)題。如果在試驗(yàn)中，測(cè)試設(shè)備沒(méi)有有效接地，很容易出現(xiàn)過(guò)流電阻，并且會(huì)與高壓電氣設(shè)備中得到電容實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，從而存在于整個(gè)測(cè)試回路中。基于這種過(guò)流電阻的出現(xiàn)，導(dǎo)致介質(zhì)損耗因素?cái)?shù)值比實(shí)際情況小。如果過(guò)流電阻持續(xù)增大，δ角度也會(huì)增大，如果δ 沒(méi)有超過(guò)0°，tanδ 是小于零，這時(shí)就會(huì)形成負(fù)值。

二是電容器介質(zhì)損耗不符合測(cè)試要求。這是測(cè)試設(shè)備自身所出現(xiàn)的問(wèn)題，造成整個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)產(chǎn)生負(fù)值。

三是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾因素?；诟邏弘姎庠O(shè)備試驗(yàn)過(guò)程周?chē)h(huán)境因素的作用下，會(huì)形成一定的干擾電流，一旦干擾電流和電壓相量保持相同方向，δ就會(huì)增大，tanδ 也會(huì)增大；如果二者呈現(xiàn)出反方向，δ 減少，tanδ 也會(huì)降低，逐步產(chǎn)生負(fù)值。

5 措施和建議

為確保高壓電氣設(shè)備介質(zhì)損耗試驗(yàn)的有效性，應(yīng)當(dāng)從四個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

一是在試驗(yàn)中，應(yīng)該嚴(yán)格落實(shí)測(cè)試環(huán)境要求，特別是特殊環(huán)境中，更要對(duì)運(yùn)行環(huán)境對(duì)電容產(chǎn)生的影響，從而對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行合理修正。一般情況下，測(cè)試人員需要對(duì)得到的測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，判斷二者產(chǎn)生的差異性，并且結(jié)合當(dāng)前高壓電氣設(shè)備使用環(huán)境和功能性等因素，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，確保其滿足測(cè)試條件的要求，以此得到科學(xué)合理的結(jié)果。

二是一般情況下，高壓電氣設(shè)備處于使用狀態(tài)時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行介質(zhì)損耗測(cè)試，應(yīng)當(dāng)對(duì)需要測(cè)試的高壓電氣設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立。如果沒(méi)有辦法進(jìn)行獨(dú)立，應(yīng)當(dāng)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析，并且給予適當(dāng)修正。從具體層面來(lái)說(shuō)，大部分測(cè)試過(guò)程都是需要高壓電氣設(shè)備沒(méi)有和外部設(shè)備連接狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試，在這種測(cè)試環(huán)境中，不容易受到外部因素的干擾，能夠?qū)⒏蓴_因素控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，也可以進(jìn)一步提升測(cè)試結(jié)果的精確性，如果沒(méi)有將其與其他設(shè)備分開(kāi)，很大程度上得到的測(cè)試結(jié)果是存在問(wèn)題的，這就需要在得到測(cè)試結(jié)果后，應(yīng)當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，判讀其產(chǎn)生的差異系數(shù)大小，從而將其合理調(diào)整，以此增強(qiáng)測(cè)試結(jié)果的合理性。

三是在試驗(yàn)前，應(yīng)當(dāng)對(duì)需要測(cè)試的高壓電氣設(shè)備進(jìn)行全面檢查，使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的運(yùn)行參數(shù)對(duì)使用狀態(tài)進(jìn)行分析，確保設(shè)備內(nèi)部各個(gè)部件的穩(wěn)定性。從具體測(cè)試過(guò)程而言，往往需要測(cè)試的高壓電氣設(shè)備都是經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間使用的，這類(lèi)高壓電氣設(shè)備或多或少在使用性能是存在問(wèn)題的，也有部分設(shè)備本身是存在故障的，這對(duì)測(cè)試過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很大影響，就需要先對(duì)高壓電氣設(shè)備使用情況進(jìn)行全面判斷，確保設(shè)備維持在正常運(yùn)行狀態(tài)下，才能開(kāi)展測(cè)試作業(yè)。

四是在試驗(yàn)中，測(cè)試設(shè)備接地方式需要合理設(shè)置，逐步將過(guò)渡電阻降低到合理范圍，避免對(duì)測(cè)試過(guò)程產(chǎn)生干擾。從高壓電氣設(shè)備使用過(guò)程而言，都是需要進(jìn)行接地的，才能有效避免雷電天氣、過(guò)載電壓及電流等影響，這在測(cè)試過(guò)程也是需要進(jìn)行高度關(guān)注的，如果接地沒(méi)有進(jìn)行合理設(shè)置，基本測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性不高，直接影響到整個(gè)測(cè)試作業(yè)的合理性，甚至造成資源浪費(fèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

電能是我國(guó)諸多能源中應(yīng)用最為普遍的，很多行業(yè)都需要電能供應(yīng)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而高壓電是電能供應(yīng)強(qiáng)度最高，也是保障高壓電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。高壓電氣設(shè)備在使用過(guò)程中，很容易出現(xiàn)介質(zhì)損耗因數(shù)偏大的問(wèn)題，導(dǎo)致其無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至使用壽命下降。為保障高壓電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)發(fā)揮出介質(zhì)損耗因素試驗(yàn)的作用，才能對(duì)設(shè)備的使用情況進(jìn)行有效檢測(cè)，也可以判斷出設(shè)備運(yùn)行中存在的問(wèn)題，為電氣設(shè)備檢測(cè)和維護(hù)提供準(zhǔn)確性的數(shù)據(jù)資料，以此實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)穩(wěn)定，更好滿足各行業(yè)的用電需求。