电力工业是国民经济的基础产业,也为工业和国民经济其它部门提供基本动力,因此安全供电既是国民经济建设的需要,又是社会稳定和国家公共安全的必要保障。在国民经济高速发展和人民生活高度依赖电力的现代社会中,电力系统发生大面积停电造成的突发性灾害事故,不仅会给国民经济发展带来重大影响,还会直接导致诸多社会不稳定因素出现,造成公共秩序和民众正常生活秩序混乱。为此,世界各国的电力专家都在基于本国国情和电网建设现状对电网安全进行研讨,而政府都把提高电网运行安全的科学研究作为保证国家公共安全的任务之一,予以重点支持。
对于电网而言,变电站是其中的重要环节,负责电能的输送和调度分配,其安全直接影响整个电网的可靠运行。近年来中国电力发展迅速,大量高电压等级、智能化的变电站和电气设备投入运行,提高了电网的供电质量,有效缓解了供电紧张,但这也为变电站安全带来了新的考验。从长远来看,实现自动化和智能化是建设智能电网的基本要求,因此变电站无人或少人值守是未来的发展趋势,这就对变电站运行情况的掌握提出了更高的要求,另外,由于数字化电气设备的大量采用,非电气因素(例如温度、湿度和季节更替)造成的事故比例趋于增加,并且这些因素对电气设备的影响具有隐蔽性和突发性。因此,为了确保电网安全,有必要对变电站的运行状况和安全水平进行全面有效的监控。
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变压器油管爆裂
为了降低电气设备的故障发生率,除不断提升电气设备尤其是高压设备的制造质量外,还应大力提高电气设备运行状态监测水平。长期以来,我国电力行业采用绝缘预防性试验和定期维修制度来保障电气设备安全,即按事先制定的检修周期对电气设备进行停电检修,该检修方法被称为计划维修制(TBM),它对保障变电站乃至整个电力系统的安全和稳定运行起到了有效的作用,同时通过长期实施也积累了相当多的经验。然而实践发现,定期停电的离线试验在防止电气设备事故方面也有其局限性和不足。电气设备的绝缘受电、热、机械力等综合因素的作用,在整个服役期内故障大体分为四个阶段:初期(1年左右)是因制造、安装、调试、操作、维护等导致的意外故障;稳定期(5-10年)、劣化期(10-20年)、危险老化期(20年以上)内,绝缘的潜伏性和突发性故障往往是并存的,但出现的几率不同。就检测方法而言,为了能有效检测电气设备存在的绝缘缺陷,要求该检测方法能够发现电气设备的潜伏性故障和突发性故障并为故障处理提供指导。由于预防性试验的试验条件和运行条件有差别,离线试验不能完全反映设备在运行条件下的绝缘状况,并且绝缘故障是一个发生、发展的过程,与运行条件、绝缘状况等有关,不能确保在定期的预防性试验中被准确发现。近年来国内电气设备故障统计表明,突发性故障在超高压电气设备事故中占相当大的比重。例如,据不完全统计,1985年至1990年间全国有80%的变压器事故是在预防性试验合格的情况下发生的。另外,预防性试验和定期维修均需停电离线进行,试验时间长,工作量大,并造成大量的经济损失和可能的设备损伤,尤其在当前电网规模不断扩大,电压等级提高、设备容量增大的基础上,检修的成本更是大幅度上升,同时,在电力供应比较紧张的局面下实施计划停电也会对社会经济发展造成一定影响。鉴于定期维修方式存在以上问题,电气设备的状态检修(CBM)越来越受到人们的重视,它的优点在于可及时发现故障的早期征兆,使运行维护人员排除处于萌芽状态的故障,起到对电气设备故障进行早期预警的作用,避免恶性事故的发生,提高维修质量和效率,节约大量的人力物力。随着传感器技术、信号处理技术和计算机技术的发展与应用,作为状态检修基础的电气设备在线监测技术得到了飞速发展,成为电气设备运行状况和安全水平检测中的一个重要组成部分,在很多方面弥补了仅靠定期停电预防性试验的不足。
变压器是变电站中的关键设备,起到枢纽作用,另外气体绝缘组合开关设备(GIS)在变电站中也是重要的电气设备,它们的工作状况直接关系到变电站能否安全稳定运行,为此国内外进行了大量变压器和GIS安全状况监测的研究,提高了设备的安全保障水平。2004年,我国220kV及以上变电站中,除变压器1.7%的停运率外,断路器和电抗器也有较高的停运率,分别达到2.1%和0.8%,另外电缆线路、母线、架空线路和隔离开关停运率也在0.2%以上,这些设备在变电站乃至整个电力系统中都有着举足轻重的地位,一旦停运将对电力系统安全供电造成直接威胁。因此,除了对变压器和GIS等重要电力设备的安全状况进行监控外,其它高压设备如敞开式变电站中断路器、电容器、电抗器、电流互感器和电压互感器等,电气设备附件如绝缘子和套管等的安全状况也应该进行监控,只有这样变电站的整体安全才能得到可靠保障。