談談安全管理中變壓器早期故障在線監(jiān)測

黃芳萍

摘要：通過對變壓器內(nèi)部故障發(fā)展過程的分析，提出油中氫氣水分在線監(jiān)測早期檢出局部放電性故障的必要性和可靠性，并論述了油中氣體在線監(jiān)測裝置應具備的基本功能。

關鍵詞：變壓器；局部放電；早期監(jiān)測；油中氫氣水分；在線監(jiān)測裝置

1 前言

變壓器是電力系統(tǒng)的重要設備，其狀態(tài)好壞，直接影響電網(wǎng)的安全進行。由于變壓器在設計、制造、安裝和進行維護等方面原因使絕緣存在缺陷，抗短路能力降低，因此近年來主變的事故較多，其中威脅安全最嚴重的為繞組局部放電性故障。根據(jù)國家電力公司對2001年全國110kv及以上主變事故的調(diào)查，得知繞組的事故占總事故臺數(shù)的74.6%（福建省網(wǎng)為80%）。因此，提高變壓器安全運行的最主要任務是早期檢出繞組內(nèi)部的局部放電性缺陷。

目前變壓器在線監(jiān)測項目可分為油中氣體、水分和絕緣兩大類。絕緣監(jiān)測項目主要有介損、泄漏電流和局部放電，其中介損和泄漏電流只能反映總體絕緣狀態(tài)，難以檢出局部缺陷；而局部放電在線監(jiān)測的抗干擾技術尚未得到解決，因此，目前變壓器在線監(jiān)測在很大程度上是油中氣體和水分在線監(jiān)測。近年來，傳感器技術、微機技術和油氣分離技術得到迅速的發(fā)展，為變壓器在線監(jiān)測的實施創(chuàng)造了條件。

2 變壓器內(nèi)部局部放電的特點

眾所周知，任何事故都有一個產(chǎn)生、發(fā)展的過程，也就是從量變到質(zhì)變的過程。變壓器內(nèi)部局部放電，也有一個從電暈發(fā)展到爬電、火花放電，最后形成電弧放電的過程。其發(fā)展速度取決于故障部位和故障能量的大小。筆者分析了十幾年來發(fā)生的主變事故，發(fā)現(xiàn)有相當數(shù)量的事故有幾個小時的發(fā)展過程，如1987年1月福建三明后山1號主變（220Kv,90MVA）因高壓B相屏樹枝狀放電引起的事故，2000年7月31日廈門嵩嶼電廠2號主變（220Kv,370MVA）因低壓角接線水平木支架絕緣缺陷引起的事故，以及2002年3月22日廣東大亞灣核電站2號主變C相低壓角接線的短路事故等，都有數(shù)小時的發(fā)展過程。如果選用對故障氣體響應快的監(jiān)測裝置，使其在火花放電階段被檢出，則就有可能防止惡性事故的發(fā)生。

3油中氫氣在線監(jiān)測局部放電性故障的必要性和可能性

變壓器內(nèi)部的絕緣油、紙、布、漆和木頭等絕緣材料都為碳氫化合物或碳水化合物，在分子結(jié)構中碳氫鍵（C-H）最多，其鍵能最低，因此在分解時最容易斷裂；而氫氣的生成熱最小，因此在碳氫鍵斷裂后氫氣最容易生成，又因為氫氣的分子半徑最小，在油中的溶解度也最小，使氫氣最容易從油中析出后滲透過高分子模，使其以最快的速度集聚到檢測室。因此，選擇氫氣為監(jiān)測的對象應是局部放電性故障早期檢出最理想的氣體

有的人提出乙炔（C2H2）是放電性故障最具代表的特征氣體。這確實如此，但C2H2分子中有CC鍵，生成時必須吸收較大的能量，在局部放電的初期不可能產(chǎn)生，只有在火花放電后期才會有少量C2H2，但此時距電弧放電很近，惡性事故很快就會發(fā)生，即使這時被檢出，也沒有時間來采取防患措施，避免事故的發(fā)生了。

有的人提出，只監(jiān)測氫氣、水分不能進行綜合判斷，而應該監(jiān)測多組分才能作出診斷，這種想法也是很正常的，但是，我們應該認識到，在線監(jiān)測是運行設備，要停運不可能只靠油中氣體含量的診斷來決定設備立即停電！就是目前試驗室的色譜分析，盡管所檢測的組分很多，判斷的方法很多，也很成熟，但當檢出油中氣體含量異常后，也不可能立即下令停電！在線監(jiān)測的目的主要是對變壓器內(nèi)部故障起“哨兵”的作用，即在準確檢出初期故障發(fā)出報警。為此，在線監(jiān)測裝置不僅要求連續(xù)在線，而且要求對故障氣體的響應速度要快。若檢測多組分只能通過二個方法來實現(xiàn)：一為色譜法，這將帶來取樣、進樣和色譜柱分離等過程，使檢測變成間斷進行；二為用多個傳感器分別監(jiān)測各組分，因目前傳感器質(zhì)量不過關，近年內(nèi)無法實現(xiàn)。通過上述分析，得知選擇連續(xù)監(jiān)測油中氫氣才是檢出早期局部放電故障的最佳方法。

4 油中水分在線監(jiān)測

變壓器油是內(nèi)部的主要絕緣材料，水是影響絕緣性能最主要的因素。當油中水分含量增加到一定值勤后，將引起絕緣性能的急劇下降，及至引起事故。因此，通過監(jiān)測變壓器油中水分含量，不僅可以防止變壓器油絕緣強度降低到危險水平，而且還可對變壓器整體的絕緣狀況進行評估。

5 油中氣體在線監(jiān)測裝置應具備的功能

由于油中氣體在線監(jiān)測的目的是為了早期檢出局部放電性故障，因此，該裝置應具備的最重要功能可歸納為準、快、簡三個方面。

所謂準，就是選擇的監(jiān)測對象應該是局部放電初期主要的特征氣體，前面已述油中氫氣是各種故障時最先產(chǎn)生的特征氣體，更是局部放電性故障的主要特征氣。然而值得說明的是，目前的離線色譜檢測，在取樣、貯運、脫氣、進樣等操作環(huán)節(jié)中，氫氣極易損失，使分析結(jié)果往往出現(xiàn)較大的分散性，因而曾引起一些人懷疑氫氣監(jiān)測的有效性的。

所謂快，就是對故障氣體的反應速度要盡量快！因為局部放電性故障的發(fā)展速度快，因此要求監(jiān)測裝置在故障氣體產(chǎn)生20分鐘后，就發(fā)出報警，運行人員立即向有關部門匯報，進行綜合分析后，采取有效果斷的措施，以便于防止惡性事故的發(fā)生。這不僅要求采樣、檢測單元安裝在強油循環(huán)回路上或本身備有循環(huán)油泵，而且油氣分離的透膜要大，以便氣體快速進入檢測室。

所謂簡，就是要求裝置系統(tǒng)簡單、安裝方便、運行維護少乃至免維護。

因此，在線監(jiān)測裝置只有具備了“準”、“快”，才能對內(nèi)部故障起到“哨兵”的作用；只有做到“簡”，給用戶帶來了方便，經(jīng)濟，才能得到推廣。

結(jié)束語

油中氣體在線監(jiān)測的最主要目的是對變壓器內(nèi)部局部放電性故障起“哨兵”的作用，而非綜合分析；生產(chǎn)主管部門在得知在線監(jiān)測裝置的準確“報警”后，應立即采取果斷有效措施，以便減少損失，避免惡性事故的發(fā)生。

氫氣是變壓器內(nèi)部局部放電性故障最早產(chǎn)生的主要特征氣體，選用性能穩(wěn)定，對故障氣體響應快的油中氫氣在線監(jiān)測裝置，可望對變壓器內(nèi)部局部放電發(fā)展較慢的缺陷，在火花放電階段檢測出來，從而減少損失，避免惡性事故的發(fā)生。

我們在選擇油中氣體在線監(jiān)測裝置時，必須走出用色譜法檢測多組分的誤區(qū)，而要從“準”、“快”、“簡”入手，對其功能作綜合評價，安裝上對安全經(jīng)濟具有實效的裝置。