电力系统故障诊断与维护技术指导手册

电力系统故障诊断与维护技术指导手册引言电力系统作为能源输送的核心枢纽，其安全稳定运行直接关系到国民经济发展与社会民生保障。故障的突发不仅会造成供电中断、设备损毁，更可能引发连锁事故，威胁电网韧性。构建科学的故障诊断体系、落实精准的维护策略，是提升电力系统可靠性的关键路径。本文结合电力工程实践经验，系统梳理故障类型、诊断技术与维护方法，为运维人员提供兼具理论支撑与实操价值的技术指引。二、电力系统常见故障类型及成因电力系统故障按表现形式可分为短路、开路及设备本体故障三类，其成因与电网拓扑、环境因素及设备状态密切相关。（一）短路故障短路是最常见的故障类型，包括相间短路（如三相短路、两相短路）与单相接地短路。相间短路多由线路绝缘击穿、异物搭接引发，故障瞬间短路电流可达额定电流的数倍，易造成母线、断路器等设备烧损；单相接地短路则常因雷击、绝缘子污闪导致，在中性点不接地系统中，故障点会产生弧光过电压，威胁非故障相绝缘。（二）开路故障线路断线、母线分裂等开路故障会造成负荷供电中断。成因包括导线覆冰断裂、施工误操作、设备机械结构损坏等。开路故障初期可能伴随弧光放电，若未及时隔离，易引发后续设备过载或保护误动。（三）设备本体故障变压器、断路器、GIS（气体绝缘组合电器）等核心设备的故障直接影响电网安全。变压器故障多表现为绕组匝间短路、铁芯多点接地，与绝缘老化、油质劣化相关；断路器故障常因操动机构卡涩、灭弧室漏气导致拒动，影响故障隔离效率；GIS设备则可能因内部局放、密封失效引发绝缘击穿。（四）故障成因分析故障的诱因可归纳为三类：自然因素（雷击、暴雨、覆冰）、人为因素（误操作、施工破坏、异物入侵）、设备老化（绝缘劣化、机械磨损、材料疲劳）。例如，沿海地区盐雾环境会加速绝缘子腐蚀，增加接地故障概率；老旧线路的导线接头氧化则可能引发开路或过热故障。三、故障诊断技术体系故障诊断需结合“信号采集-特征分析-定位处置”的全流程逻辑，传统技术与现代智能手段的融合应用，可大幅提升诊断效率与准确性。（一）传统诊断方法1.继电保护系统：通过过流、差动、距离保护等装置，实时监测电气量（电流、电压、功率）突变，实现故障的快速识别与隔离。例如，变压器差动保护可在绕组短路时10ms内动作，切断故障回路。2.人工巡视与试验：运维人员通过红外测温、局部放电检测（如超声波检测GIS局放）、油色谱分析（变压器油中溶解气体检测）等手段，排查设备潜在缺陷。例如，油色谱分析中，乙炔含量超标通常指示变压器绕组放电故障。（二）现代智能诊断技术1.人工智能算法：基于神经网络、随机森林等算法，对历史故障数据、实时监测数据进行学习，实现故障类型的智能识别。例如，利用LSTM（长短期记忆网络）分析变压器油温、油色谱数据，预测故障发生概率。2.大数据与物联网：通过部署物联网传感器（如光纤测温、微震传感器），构建设备状态监测网络，结合边缘计算实时分析数据。例如，输电线路的覆冰传感器可通过张力、倾角数据，预判覆冰厚度，提前启动融冰措施。3.数字孪生技术：构建电网设备的数字模型，模拟故障工况下的电气、机械特性，辅助定位故障点。例如，在GIS设备故障时，通过数字孪生模型复现局放信号传播路径，快速定位缺陷位置。（三）诊断流程与方法1.信号采集：通过SCADA（数据采集与监视控制系统）、在线监测装置获取电压、电流、温度、局放等信号，确保数据的实时性与完整性。2.特征提取：对采集信号进行滤波、降噪处理，提取故障特征量（如短路电流的谐波分量、局放信号的脉冲特征）。3.故障定位：结合拓扑分析与特征匹配，定位故障区域。例如，利用行波测距技术，可在20ms内定位输电线路故障点，误差小于1km。四、针对性维护策略维护工作需遵循“预防为主、快速修复、持续优化”的原则，结合故障类型与设备状态，制定分层级的维护方案。（一）预防性维护1.状态监测与评估：建立设备健康档案，通过在线监测（如变压器油色谱、断路器机械特性监测）与离线试验（如绝缘电阻测试、介损测试），评估设备剩余寿命。例如，采用“状态评价导则”对变压器进行评分，确定维护优先级。2.寿命预测与检修计划：基于设备运行年限、负荷率、环境因素，利用可靠性模型（如威布尔分布）预测故障概率，制定周期性检修计划。例如，对运行超过20年的电缆线路，每5年开展一次局部放电检测。（二）故障后修复1.故障隔离与供电恢复：利用断路器、隔离开关快速隔离故障区域，通过转供、备自投等方式恢复非故障区供电。例如，配电网故障时，通过馈线自动化开关实现“秒级隔离、分钟级恢复”。2.设备修复与更换：对故障设备进行解体检查，明确故障原因后实施修复或更换。例如，断路器操动机构卡涩可通过更换弹簧、清洁传动部件解决；变压器绕组烧毁则需整体更换绕组。3.故障复盘与改进：分析故障根因，优化保护定值、运维流程或设备选型。例如，某区域雷击故障频发，可通过加装线路避雷器、优化接地网设计降低故障概率。（三）维护工具与装备1.试验检测装备：兆欧表（绝缘测试）、红外热像仪（温度检测）、局部放电检测仪（局放定位）等，需定期校准以保证精度。2.抢修作业装备：带电作业车、应急发电车、电缆故障定位仪等，确保故障现场快速处置。3.智能运维平台：整合监测数据、工单管理、知识库系统，实现维护流程的数字化管控。五、典型故障诊断与维护案例（一）案例1：变电站变压器过热故障故障现象：某110kV变电站主变油温持续升高，超过85℃报警阈值，负荷率未超限。诊断过程：1.油色谱分析显示，油中乙炔含量0.15μL/L（正常值<0.1μL/L），总烃含量超标，初步判断绕组存在放电故障；2.红外热像仪检测发现高压绕组区域温度达110℃，结合绕组直流电阻测试（不平衡率2.5%，超标），确诊为绕组匝间短路。维护措施：立即停运变压器，吊罩检修，更换短路绕组，重新浸油干燥；投运后加装在线油色谱监测装置，每小时上传数据，纳入状态评价体系。（二）案例2：输电线路单相接地故障故障现象：10kV配网线路A相接地，零序电流保护动作，重合闸失败。诊断过程：1.利用故障指示器定位故障区段，缩小至3#-5#杆塔间；2.人工巡视发现3#杆塔绝缘子因鸟害击穿，导线与杆塔放电。维护措施：更换击穿绝缘子，加装防鸟刺；优化线路防雷接地，在该区域加装线路避雷器，降低后续故障概率。六、技术发展与未来趋势（一）数字化转型1.数字孪生电网：构建全域电网的数字镜像，实时映射设备状态，支持故障模拟与预演。例如，在新线路投运前，通过数字孪生验证保护配置的有效性。2.区块链技术：用于运维数据存证（如试验报告、故障记录），确保数据不可篡改，提升故障分析的可信度。（二）智能化升级1.自主诊断与自愈：结合AI与边缘计算，实现故障的“自识别、自隔离、自恢复”。例如，配电网故障时，智能终端可自主决策转供路径，无需人工干预。（三）绿色化维护推广环保型绝缘材料（如硅橡胶绝缘子）、无油化设备（如干式变压器），减少故障后污染物处理成本，提升维护的环境友好性。