運行變壓器的絕緣監(jiān)測探討

李富貴

摘 要:對運行電壓下的變壓器進行定期的絕緣監(jiān)測能有效保障供電的可靠性。分析了監(jiān)測數據的采集,并詳細研究了絕緣監(jiān)測的測試內容及其原理,提高了供電可靠性。

關鍵詞:絕緣監(jiān)測;運行電壓;變壓器

中圖分類號:TM4文獻標識碼:A文章編號:1672-3198(2009)16-0313-01

1 概述

電力變壓器是電力系統最主要最昂貴的設備之一,其安全護運行對保證供電可靠性有重要意義。電力變壓器的高故障率不僅極大地影響電力系統的安全遠行,同時也會給電力企業(yè)及電力用戶造成很大的經濟損失。為了提高電力系統運行的可靠性,減少故障及事故引起的經濟損失,要定期對變壓器進行絕緣預防性試驗監(jiān)測。

絕緣的劣化、缺陷的發(fā)展,雖然具有統計性,發(fā)展速度也有快有慢,但大多數都有一定的發(fā)展期。在這期間,絕緣會發(fā)出反映絕緣狀況變化的各種物理化學信息。理論上,只要捕捉到這些哪怕是很微弱的信息,進而經過對這些數據的處理和綜合分析,就可以對設備絕緣的可靠性作出判斷和對絕緣壽命作出預測,這就是絕緣監(jiān)測的理論基礎。

2 監(jiān)測數據的采集

(1)多路轉換單元。

用以對多臺設備和某設備的多路信號(均來自傳感器)進行選擇或作巡回監(jiān)視、一般可用繼電器或程控模擬開關對信號進行選通。

(2)預處理單元。

其功能主要是對輸入信號的電平作必要的調整,以滿足模數轉換器對輸入模擬信號電平的要求,同時要采取一些措施抑制干擾以提高信噪比。故該單元又可分為兩部分:一部分是放大倍數可調整的程控放大器;另一部分是抗干擾設施,例如設置濾波器、差動平衡系統等。

要強調指出的是預處理單元的位置一般應安排在數據采集之前,甚至有時它與傳感器安排在一起,即采取就地處理的方式,這樣可大大削弱信號傳輸過程中受到的干擾影響。其原因如圖1所示:

從傳感器S輸出信號Us,經預處理P放大K倍,若在信號KUs傳輸過程中加入干擾信號UI,那么數據處理單元A得到的信噪比SNR1=KUs/ UI;若將P放在A處,則其信噪比為SNR2=Us/ UI,減少為就地預處理的K分之一。

(3)數據采集單元。

它包括采樣保持和模數轉換器ADC。前者由采樣保持放大器(放大倍數為1)、電子開關、保持電容器等元器件組成,其功能是在模數轉換周期內存儲信號的各個輸入量,并把數值大小不變的信號送入模數轉換器。它縮短了模數轉換的采樣時間,從而提高了系統的運行速度。ADC是數據采集系統的核心,需要滿足轉換速度和準確度兩方面的要求。轉換速度(采樣速度或稱采樣率)視信號采集的要求而定,若要采集信號波形則需較高的采樣率:若只需采集信號峰值,則可選擇較低采樣率。一般采樣率可在50 khz—10 Mhz間選擇。

3 絕緣監(jiān)測的測試內容及原理

3.1 變壓器套管的監(jiān)測

(1)監(jiān)測內容。

變壓器套管為電容型設備,監(jiān)測內容如下:介質損耗tg 、泄露電流I0、電容量變化率△c/c、不平衡電壓Uo。

(2)介質損耗tg 的測量原理。

介質損耗測量對設備絕緣的劣化的故障有較高的靈敏度,在絕緣預防性試驗中是必不可少的測量項目。同時高壓設備的介質損耗一般都很小,所以對測量的精度要求很高,而且在現場測量時易受各種形式的干擾,因此要精確而穩(wěn)定地在線監(jiān)測設備的介質損耗難度較大。本系統在測量時,采用電容取樣信號和微機自動控制頭半平衡電橋的測量原理,具有取樣信號大、抗干擾性強和測量數據穩(wěn)定的特點。

3.2 信號的抽取

(1)作為參考信號的PT二次電壓信號的抽取。

PT二次電壓信號是作為測量參考信號引入的。由于PT二次電壓信號同時還作為繼電保護的電源用,絕對不允許短路,所以我們在引入此信號時采用了如下措施:

固定安裝位置;固定安裝在端子排上;在信號輸入回路中串快速熔斷器,回路中有兩處串快速熔斷器,分別在端子排和信號選線箱內;將輸入信號與測量回路通過精密的隔離電壓互感器可靠隔離。隔離后有兩點好處:第一,防止測量回路故障對PT信號的直接短路。第二,由于未屏信號經電容探頭取樣后,地線無法與設備接地線斷開,經過對PT二次信號隔離后,還可消除地電位的干擾影響。

(2)套管未屏信號的抽取。

變壓器套管的信號抽取方法采用在未屏對地之間串標準電容器組的方法。標準電容器組上還并聯有放電管、短路刀閘及保護間隙,可確保高壓設備的安全運行。另外,合上短路刀閘還可安全方便地更換標準電容器組。這些元件安裝在一個封閉的鋁合金箱內,每個鋁合金箱內安裝一組(A,B,C三相)變壓器套管。

3.3 油中氫氣的監(jiān)測

本文研究的測氫控頭采用高分子膜滲透油中氫氣,直接從油中分離出氫氣進行在線監(jiān)測,彌補了氣象色譜法周期性限制和誤差大的缺陷,并根據氫氣含量的變化情況,預知設備的早期故障,是目前較為理想的手段。

油中氫氣含量的測量采用活化的鉑絲作為氫敏元件,當氫氣在加熱到恒定高溫的鉑絲上燃燒時,引起鉑絲電阻值的變化,這種變化在一定范圍內與氫氣濃度成函數關系。對氫敏元件獲得的信號進行采集處理,即可得到氫氣濃度。有穩(wěn)定可靠及壽命長的優(yōu)點,是國外采用燃料電池作為氫敏元件所不能匹及的。

3.4 絕緣監(jiān)測的測量原理

測氫探頭采用高分子膜滲透油中氫氣,直接從油中分離出氫氣,采用活化的鉑絲作為氫敏元件,通過氫氣在鉑絲上燃燒,引起鉑絲電阻值的變化,來測量氫氣含量的。

當電力變壓器在正常運行時,繞組周圍存在電場,而鐵芯和夾件等金屬構件處于該電場中,且場強各異。若鐵芯不可靠接地,則將產生懸浮電位、引起絕緣放電。因此鐵芯必須可靠接地。但是,由于各種原因使鐵芯產生多點接地后,一方面造成鐵芯局部短路,質鏈部分磁通產生感應電勢,形成環(huán)流,這種環(huán)流有時高達數百安培,產生局部過熱,引起油分解;另一方面,由于鐵芯的正常接地線產生環(huán)流,引起變壓器局部過熱,也可能產生放電性故障。運行經驗表明,鐵芯接地電流正常情況下在幾個到幾十個毫安;當鐵芯多點接地時,該電流可能增大到幾個安培甚至還要高。 (1)上層油溫的監(jiān)測。

變壓器上層油溫的異常變化,可以反映出變壓器的過熱性故障。本系統用PT100溫度傳感器對上層油溫進行監(jiān)測。測量的原理框圖如圖2所示:

(2)母線過電壓的監(jiān)測。

對變電站母線過電壓進行在線監(jiān)測,可以了解變電站內高壓設備遭受雷電過電壓和操作過電壓的頻率和強度,了解避雷器的動作狀況和保護作用,為設備事故分析提供第一手資料,同時,通過數據積累,還可以為相應的標準的制定和修改提供參考數據。

(3)氣象條件監(jiān)測。

氣象條件的監(jiān)測采用專用測量溫度、濕度的探頭,對環(huán)境氣象條件進行監(jiān)測。傳感器置于標準氣象箱內。

4 結語

變壓器的絕緣監(jiān)測技術是電力系統最具有潛力的技術之一,定義集中、高智能化、高精確度為發(fā)展方向。它的硬件技術發(fā)展與傳感器技術、電子技術、光纖技術的發(fā)展密切相關,這個領域的每一項突破性成就都有可能給檢測帶來發(fā)展機遇。

參考文獻

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