近两次极寒天气下变电站电气设备运行情况浅析

引言

近几年迎峰度冬期间,全省气温较低,其中,2020年12月28日至31日、2021年1月5日至8日全省范围内出现过两次极寒天气,其间江苏电网负荷创历年冬季负荷新高及年内新高。本文对两次极寒天气及高负荷双重影响下变电站电气设备运行情况进行总结分析,以设备异常信号和发生的缺陷为数据源,挖掘可能存在的设备质量问题和管理薄弱环节,总结应对经验,分析不足之处。

1全省天气及负荷情况

1.1降雪及气温骤降

两次极寒天气期间全省气温骤降,第一次极寒天气期间省内各地区均出现降雪情况,第二次极寒天气期间省内局部降雪。全省最低气温下降10~12C,最低气温点为1月7日晚间至8日早晨,其中,淮北地区一13℃一12℃,江淮之间一10~一9℃,苏南地区一7℃,全省冰冻。全省各地区每日最高气温平均值为15℃,最低气温平均值为一8℃。

1.2电网负荷再创新高

2021一01一07T19:15,江苏电网实时负荷再创新高,瞬时输送功率达117016Mw,超过2020年迎峰度夏期间最高负荷115211Mw。2020年12月28日至2021年1月8日期间全省调度用电曲线如图1所示,省内直流输送功率曲线如图2所示,直流输送功率在1月7日20:00达到峰值18493Mw。

主变重载台数增多。两次极寒天气期间主变累计重载共计160台次(每日算一次),重载主变在1月7日达到41台次。

2两次极寒天气期间电气设备告警及缺陷概况

经对全部告警数据的分析及比较发现,极寒天气期间公司所辖变电设备异常告警主要为sF6压力低、油泵打压异常、油位异常、N2泄漏、主变冷却系统异常及加热器故障告警信号。该六类信号在极寒天气期间总计发出2326次,涉及83台设备。与极寒天气前比较,极寒天气期间sF6气压低相关信号增加近13倍,油位异常信号增加近61倍,油泵打压相关信号增加近22倍,N2泄漏相关信号增加近10倍,主变冷却系统信号增加600多条,加热器故障相关信号增加100多条。

近两次极寒天气期间,公司所辖变电设备共计发现因寒潮引起的缺陷11起,其中漏油(气)缺陷6起,低抗油位异常2起,支柱绝缘子断裂2起,避雷器倾斜1起。

3电气设备主要告警、缺陷分析

3.1SF2压力告警分析

极寒天气期间,瓷柱式设备共发生sF6压力告警信号287次,其中瓷柱式开关中西门子(杭州)生产35kV开关sF6压力低告警最多。由设备投运年限来看,投运11年以上的设备占比88%。投运时间长的设备,其法兰、密封圈均存在不同程度的老化现象。发生sF6低气压报警,主要原因为密封圈在极寒天气下会产生收缩,造成密封不良,导致漏气现象的发生。

案例1:泰×变发3号主变3530开关sF6气压低告警,11min后发开关sF6气压低分合闸闭锁、开关第一组/第二组控制回路断线等信号。现场检查开关B相气室压力为0.55MPa(额定值0.7MPa,告警值0.62MPa,闭锁值0.6MPa),A、C相压力均为0.72MPa。使用红外精确检漏仪检测发现开关B相灭弧室下部法兰密封处存在漏气点,对开关解体检查发现B相灭弧室下部法兰与密封圈压接处存在裂纹导致漏气。

sF6表计问题也会导致误报警。双金属补偿式sF6气体密度继电器的双层金属温度补偿能力存在一定的线性变化范围,当在低温情况下温度超过线性变化范围时,会出现补偿能力不足的情况,导致sF6密度表读数有误差,严重时将造成开关误发sF6压力低告警或闭锁信号。

3.2油位异常相关信号

油位异常相关信号主要包括"××低抗/主变/站用变油位异常告警",包括主变、低抗、站用变等,两次极寒天气期间共有22台设备告警发信55条。其中,北京电力设备总厂的BKsJ-60000/35型号电抗器发信次数最多,为14次。经分析,主要原因为该型号低抗产品油枕尺寸偏小,为小800×2500,额定有效容量占总油体积的6.4%,不满足10%的设计要求,导致在严寒天气下产生低油位告警,补油后高温天气下又容易产生高油位告警。

案例2:秦×变1号主变2号低抗油位异常,现场检查油枕油位低于告警值。1号主变2号低抗无明显渗漏油,判断为北京电力设备总厂该型油枕容量较小(不满足10%的设计要求),极寒天气下负荷增长,低抗从满载状态退出运行,环境温度骤降,低抗本体及油枕内绝缘油收缩,达到油位低非电量保护定值告警阈值,发油位低告警信号。

3.3开关机构告警信号

开关机构告警信号共计263条,均为液压机构信号,其中油泵打压超时信号228条,N2泄漏告警信号34条,油位低告警1条。其中,西门子的开关机构发信次数最多。液压机构开关在气温骤降情况下易发生油压及N2压力变化,从而导致异常情况发生。

案例3:吴×变2L30开关油位低告警。12月31日,吴×变2L30开关油位低告警,经现场检查发现,开关液压机构油位指示低于下限,后检修专业到场带电补油后,告警复归,缺陷消除。

3.9加热器故障相关信号

加热器故障信号总计发出350条,发信设备共22台。西门子(杭州)高压开关有限公司的3AP3FI-550型号设备发信次数最多,占比43.71%。检查为加热器的动作电流设置过小,经调整动作电流后,信号复归,设备恢复正常运行。

案例4:迥××变迥津线5053开关加热器故障告警,发信153次,检查为加热器的动作电流设置过小。3.5充油设备渗漏油

极寒天气下,充油设备(尤其是35kV电抗器)容易出现渗漏油情况。主要原因为电抗器运行工况比较特殊,严寒天气下投切操作会导致电抗器经受较大幅度的温度变化,频繁冷热交替导致密封件不断热胀冷缩,再加上密封件本身材质、质量参差不齐,运行一段时间后老化变硬,无法满足密封要求,从而导致了渗漏油缺陷。

案例5:三×变220kV堡吴2w74线压变A相渗油。1月18日,专业巡视发现2w74线压变A相电容单元下节上部渗油。解体分析发现下节电容器内部抽真空注油管与连通管有两处渗漏点,管路螺栓处可以看到油珠,螺栓的铜锈也随着油珠滴落至膨胀器顶部。该压变已投运12年,在此前一个月内,设备运行环境较为恶劣,温度极低。

3.6设备倾斜、断裂

极寒天气下,低温、大风等恶劣气象条件容易导致避雷针连接法兰、避雷器底座、电容器支柱绝缘子等出现倾斜、裂缝甚至断裂等缺陷。主要原因有:(1)部分避雷针法兰螺栓未采用双帽双垫结构,增大了螺栓松动的风险:(2)部分避雷器底座采用小直径钢管、角焊缝连接、无加强筋支撑的焊缝结构,该设计导致过渡段抗弯强度偏低,尤其是焊缝熔合线强度薄弱:(3)避雷器底座或构支架由于密封不良或排水孔设置不合理等原因出现积水,在严寒天气下结冰膨胀造成损伤:(4)部分电容器厂家瓷件材质不良,在严寒天气下受冷变脆,且与金属结合部位存在膨胀系数不一致的情况,导致瓷件受冷碎裂。

案例6:三××变220kV东南角避雷针倾斜。经检查发现该避雷针法兰连接处共计6只紧固螺栓,其3只螺栓脱落,剩余的3只螺栓有2只已变形,造成避雷针向西面倾斜。

4应对措施

(1)极寒天气前应开展专业巡视,重点关注瓷柱式断路器、组合电器的压力指示是否在正常范围内。对于已发现存在漏气点的设备,应重点跟踪检查,如接近告警值应考虑提前补气处理[2]。对于新发现的sF6低气压告警设备,应及时进行检漏,存在漏气点的设备应结合停电计划进行修理。

(2)针对北京电力设备总厂低抗储油柜容积偏小问题,厂家已出具更换大容量储油柜的实施方案,后续将陆续完成治理工作。

(3)针对近年来低抗渗漏油故障较多的思源电气股份有限公司进行约谈,明确故障原因为该公司早期(2016年前)使用的丙烯酸酯密封垫存在批次性材质缺陷,无法满足电抗器长期使用要求。极寒天气来临前,公司组织低抗专项巡查,逐台判断是否存在低油位告警以及渗漏油情况。目前已组织思源公司制定低抗渗漏油处理的详细方案,针对2016年以前未更换过密封垫的产品,按照轻重缓急逐步更换箱盖上部所有密封垫。

(4)针对油浸式流变、压变,需做好极端天气下的专业巡视,重点检查在冷热温差较大情况下瓷套、二次接线盒、阀门、法兰、流变头部等部位有无渗漏,发现异常及时处置。

(5)针对构架避雷针倾斜暴露的问题开展专项排查。通过使用望远镜、调阅无人机巡视视频和照片等方式,开展独立避雷针和构架避雷针隐患排查,重点排查避雷针本体是否存在倾斜、开裂,法兰连接部位是否存在锈蚀、变形、开裂、松动,法兰连接螺栓是否采用"双帽双垫",钢管避雷针底部是否设置排水孔等。

(6)针对避雷器底座、电容器支柱绝缘子等出现裂缝甚至断裂等缺陷,一是要做好极寒天气下变电站设备专项巡视,关注电容器支柱绝缘子是否存在裂纹,避雷器底座、构支架锈蚀情况以及对应主设备倾斜情况,发现问题及时处理:二是对避雷器类似无加强筋的小直径过渡底座及时补焊加强筋,增大机械强度:三是结合主设备停电开展构支架顶部钢板状态评估,发现积水问题或钢板裂纹、翘起、变形,及时采取排水、加固等处理措施。

5结语

通过寒潮期间设备运行大数据分析,可以发现特定气候条件下设备运行特点和潜在问题,并据此制定关于做好冬季变电一次设备防寒防冻专项工作的相关管理规定,落实好差异化跟踪管控措施,保证寒潮期间设备安全运行。