关于110kV变电站AIS设备安装故障处理分析

关于110kV变电站AIS设备安装故障处理分析

王延明

(中咨工程有限公司湖北省大悟县432818)

摘要：风机、箱变、集电线路、送出线路、变电站等设备构成了风力发电系统，也是工程施工的重要环节。AIS是变电站是电力网络中的重要组成部分，保证其质量、安全、运行对于整个电力网络的施工和正常运行具有较大的影响。AIS高压配电装置，具有灭弧性能良好、绝缘性能好的性能，还具有占地面积小的优点，AIS设备还具有防雨、防尘装置，这使得其在实际应用中具有非常好的应用性能。但是AIS设备在施工和运行过程中受到各种因素的影响，安装质量和稳定运行很重要。结合AIS设备的运行特点，对其安装和故障处理方式予以简单分析研究。

关键词：110kV变电站；AIS设备；安装工艺；故障处理方式。

1、AIS设备概述

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。我国风能资源丰富，现在十分重视、利用风力来发电，开发新能源。

风机、箱变、集电线路、送出线路、变电站等设备构成了风力发电系统，也是工程施工的重要环节。变电站设备包括：主变、AIS、无功补偿、开关柜、接地变、蓄电池、直流屏、计量、继电保护、通信、监控等等。AIS是变电站重要的高压电气设备，称气体绝缘敞开式开关设备，施工质量和稳定运行十分重要。

AIS设备包括：110KV断路器、110KV电流互感器、110KV电容式电压互感器、110KV隔离开关、110KV避雷器等。目前大坡顶AIS设备的结构如图1所示。

图1

图1中，A是LW30-126高压断路器，是AIS设备的核心元件，其主要由导电回路、绝缘结构、开断装置、操作机构等组成，其在实施开断的过程中，会产生电弧，产生的电弧会被设备内部所充的SF6气体迅速熄灭；B是LB6-110电流互感器，是对主回路中的电流予以计量、测量、保护；C是GW4-126IID高压隔离开关，它的作用是保证高压电器及装置在检修工作时的安全，它不能用与切断、投入负荷电流和开断短路电流，它不具有灭弧功能，高压隔离开关是发电厂和变电站电气系统中重要的开关电器，需与高压断路器配套使用；D是TYD-110KV电容式电压互感器，作用是将一次电压变成小电压，实现测量、计量、保护等；E是Y10W1-108/281高压避雷器，作用是把闪电从保护电气上引向自己并安全地通过自己泄入大地，它是引雷和泄流至关重要的元件；F是铁管架构；G是配电箱。

AIS敞开式的配电装置具有诸多的优点，主要表现为：设备运输方便、设备安装施工方便、设备维护方便、占地面积小等特点，在110KV变电站中，其占地面积只有常规设备面积的三分之一左右；另一方面，AIS设备中的主要带电元件即相互连接又具有独立性，具有抗震性能强、外界环境影响小的特点，并且其加工精密、技术先进、设备选材优良，具有安装灵活、故障率低、整体噪声小、能耗损失小、维修方便的优点。

2、风力发电系统电气设备的安装：

各电气工程的安装在土建工程验收合格后进行。接地电阻隐蔽施工、测试、试验合格。各电气设备按照《电气装置安装工程电气设备交接试验标准GB50150-2006》要求做了试验并合格。电缆直埋线路的隐蔽工程，必须在隐蔽验收合格后方可施工。风力发电机组吊装、电气连接、箱变安装、电缆直埋线路、导线架空线路、开关柜、主变、AIS、无功补偿、开关柜、接地变、蓄电池、直流屏、计量、继电保护、通信、监控等等的安装，严格按照设计图纸、规范标准、施工方案、作业流程施工，做好转序交接验收工作，各工序、各质量控制点严格验收制度，对验收不合格或没有验收的工序，严禁进入下道工序施工和安装，确保电气设备工程的施工质量、人员、设备安全，为稳定运行打好坚实的基础。

AIS设备安装中，断路器分合位置指示正确，弹簧储能机构应储能正常，指示正确；隔离开关接头、接点接触良好，动作灵活不犯卡；电流、电压互感器瓷套无裂纹、无破损、无放电痕迹，油位符合要求，无异常摆动，指示正常；避雷器无裂纹、无破损、无放电痕迹，放电计数器等电气设备安装牢固。

3、110kV变电站AIS设备常见故障

3.1、110kV变电站AIS设备中的常见故障

由于运行过程中受到各种因素的影响，导致AIS设备运行过程中出现各种各样的故障是难以完全避免的。对其运行过程中的各种故障进行分类，主要可以划分为常见故障与特有故障两种类型。有统计研究显示，AIS设备的故障率大致为常规设备的五分之一到五分之二左右，并且常出现于设备投产运行的第一年中。AIS设备的操作机构主要由电动弹簧操作机构、电动操作机构、断流器操作机构等共同组成，该部分常见的故障有：因电动合闸失灵或者是跳闸之后分闸不到位导致的大面积停电等。

3.2、110kV变电站AIS设备中的特有故障

AIS设备LW30-126高压断路器的SF6气体压力一般为0.5-0.6MPa，报警压力0.43MPa，闭锁压力0.40MPa。AIS设备中含有SF6气体，对该气体的化学性质进行简单分析发现，其化学性质非常的稳定，并且具有不燃、无色无味的特点，一旦压力值达到0.29Mpa，其灭弧性能与绝缘性能非常的强，能够达到空气的一百倍。但是该气体也具有自身的缺点，就是在受到电弧、火花及局部放电的影响时，其会分解成为对人体有毒害作用的气体，如氟化氢、二氧化硫、四氟化碳等，这些气体，对于人体健康具有交大的影响，对于人体的粘膜、皮肤及眼睛都很容易产生刺激作用，甚至会导致出现头晕、窒息甚至是死亡等严重症状。

SF6泄露之后，气体中的水分含量会上升明显，容易出现由于气体水分含量过大导致绝缘件或者是绝缘子的闪络故障。由于内部粉尘、绝缘件的质量较差或者是运输碰撞等也会导致AIS内出现局部放电故障，出现这种故障容易引起内部电场的变化，最终引发绝缘故障；还有一种故障为接地/隔离开关、母线、互感器、断路器等内部元件出现故障损坏，调查统计数据表明，AIS设备中最容易出现故障的元件是隔离开关与盆型绝缘子，该类故障占到了所有内部元件故障发生率的一半以上，所以在施工中和设备检查及维护工作中，应该重视这两个元件的检测。

闪络与破裂是盆型绝缘子中常见的故障，在隔离开关中最常见的故障就是机械结构的失灵，如分闸不到位、锈蚀等，另一方面，由于开关触头弹簧接触不良等原因很容易导致导电回路中出现开裂、发热异常或者是松动。互感器的故障主要表现为电流互感器故障与电压互感器故障，绝缘烧坏、去磁作用消失等二次开路等问题是电流互感器中常见的故障；熔断器熔断、辅助接点接触不良、二次接线松动等是电压互感器中的常见故障。

4、故障原因分析

对110KV变电站AIS设备常见故障的产生原因进行简单分析，依据其出现的顺序，主要表现为这样几个方面：设计、制造、安装及运行。在其设计阶段中，导致故障产生的最主要的原因是元件的绝缘裕度选择及结构设计的不合理，例如：如果一些容易出现故障的绝缘子的使用场强参数的控制不合理，就很容易导致出现相应的故障。相关的实践表明，应该将环氧树脂浇注绝缘子的场强控制在6KV/mm以内，如果其设计参数超出该值，在使用初期可能不会出现闪络及局部放电现象，但是对着使用时间的增大，就很容易出现击穿故障。其次，AIS设备的生产制造阶段属于故障控制及产生的关键阶段，在实际的设备制造过程中，一定要选择能够满足质量要求的原材料，并要严格按照相关的工艺流程实施操作，在设备的装配过程中，如果进行违规操作就很有可能导致出现零件的漏装、错装以及配合不到位的现象，这就会直接影响到设备的运行质量，容易导致各种故障的出现，另一方面，在设备的装配过程中，一定要注意保持车间的清洁以及出厂之前的内部清理工作，防止有金属微粒、粉末以及其他的杂物遗留于AIS设备中，引发设备故障；最后，是在设备的安装、运行过程中，安装质量、工艺、雷击、污秽、违规操作等，这很有可能导致接地开关的损坏及外壳的闪络等。

5、故障处理方式

对于电压互感器回路中出现的断线故障，首先应该依据相关规定退出继电保护或者是自动装置，防止其出现误动作，如果发现熔断器熔断，应该立即进行更换，并查明其熔断原因，并要检查切换回路中是否存在接触不良及所有接头是否存在松动、断头现象。

有研究表明，盆型绝缘子的故障率与其耐压时间长短有密切的联系，长时间的耐压试验能够及时发现盆型绝缘子中是否存在缺陷或者是故障，所以制造厂在设备出厂前，应该对每个盆型绝缘子实施额定电压下的局部放电试验，并且试验时长应该保持在一万小时以上，在其安装的过程中，应该注意保证其垂直；对于设备中的隔离开关，首先应该保证其结构设计的合理性，并要做好其温度检测及定期检修工作。

AIS设备出现故障最为频繁的时期为：加电试运行和投入运行的第一年，把好安装施工质量关，做好投入运行的第一年的检测、日常护理及维修管理工作非常的必要，要对设备中关键元件的位置指示灯、触头接触、闭锁位置等予以严格调试、严密监测，保证其安装质量合格，运行中能够正常工作，这对于相关故障的预防具有积极的作用。

6、结束语

AIS设备是110kV变电站中的重要组成部分，也是风力发电系统中重要组成部分，本文就主要结合风电系统中重要的AIS设备的结构、性能特点，对其中工程安装、常见故障、故障产生原因及故障处理方式继续做了简单分析，对于实际的AIS设备安装、运行、维护具有一定的参考作用。

参考文献：

[1]刘燕.110kV变电站户外AIS与GIS布置方案对比分析[J].自然科学(文摘版).2015

[2]黄欢,肖新华.国家电网公司输变电工程通用设计——110kV变电站户外AIS与GIS布置方案对比分析[J].科技信息.2013