變壓器安全在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

張守義

【摘 要】電網(wǎng)管理模式正在發(fā)生質(zhì)的變化，設(shè)備狀態(tài)檢修、變電站無人值守等理念，使我們擁有一種更效率、更安全、更經(jīng)濟(jì)的電網(wǎng)經(jīng)營模式。對(duì)變壓器實(shí)施安全在線監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視變壓器的運(yùn)行情況，及時(shí)地采集故障前兆信息，通過故障診斷技術(shù)，判斷變壓器可能會(huì)發(fā)生的故障，為檢修人員判斷故障性質(zhì)、調(diào)度采應(yīng)對(duì)取措施、運(yùn)行人員操作贏得時(shí)間，避免重大事故的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】狀態(tài)檢修；無人值守；變壓器安全在線監(jiān)測(cè)

近年來變壓器由于內(nèi)部故障引發(fā)的事故較多，其中過熱和繞組局部放電性故障約占70%，是影響變壓器安全運(yùn)行的最大因素。對(duì)油中氣體含量分析，是檢測(cè)變壓器內(nèi)部故障的有效方法。常規(guī)的油中氣體分析為離線監(jiān)測(cè)，取樣周期一般在3個(gè)月至1年，這樣的間斷檢測(cè)，對(duì)于變壓器繞組內(nèi)部的匝層間和圍屏的局部放電性故障，很難及時(shí)監(jiān)測(cè)。鑒于變壓器安全在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的緊迫性，我國有關(guān)部門在80年代就組織編寫《在線監(jiān)測(cè)管理導(dǎo)則》，有力地推動(dòng)了我國絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究和開展，為設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供法規(guī)依據(jù)。

1.變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置的原理

變壓器安全在線監(jiān)測(cè)是運(yùn)用傳感技術(shù)、信息技術(shù)、光電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)的手段，進(jìn)行變壓器在線監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)做出評(píng)估和預(yù)測(cè)，確定變壓器的運(yùn)行是否正常。主要包括變壓器局部放電（PD）在線監(jiān)測(cè)和變壓器油中溶解氣體（DGA）在線監(jiān)測(cè)。

1.1變壓器局部放電（PD）在線監(jiān)測(cè)

變壓器故障的主要原因是絕緣損壞，在故障前有局部放電產(chǎn)生，且伴隨下列信號(hào)—電流脈沖，電波、超聲波，光信號(hào)，超高頻電磁波。變壓器局部放電（PD）在線監(jiān)測(cè)就是通過對(duì)上述五種信號(hào)中的主要信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，綜合判斷，確定變壓器內(nèi)部局部放電的嚴(yán)重程度。

1.2變壓器油中溶解氣體（DGA）在線監(jiān)測(cè)

原油浸電力變壓器中主要絕緣材料是變壓器油和絕緣油紙，這兩種材料在放電和熱作用下，能分解產(chǎn)生C2H2，C2H4，C2H6，CH4，H2，CO和CO2等氣體。變壓器內(nèi)部不同故障，所產(chǎn)生的氣體種類、油中溶解氣體的濃度、比例關(guān)系也不相同。因此，對(duì)油中溶解的氣體進(jìn)行氣相色譜分析便可發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的發(fā)熱和放電性故障。

除以上兩種在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，在變壓器強(qiáng)油循環(huán)部位或自備循環(huán)油泵回路上加裝濕度傳感器，是一種有益的補(bǔ)充，通過監(jiān)測(cè)變壓器油中水分含量，不僅可以防止變壓器油絕緣強(qiáng)度降低到危險(xiǎn)水平，而且還可對(duì)變壓器整體的絕緣狀況進(jìn)行評(píng)估。

2.變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)用狀況

目前變壓器在線監(jiān)測(cè)主要是油中氣體和水分在線監(jiān)測(cè)。由于這類裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、可免維護(hù)和使用壽命長等特點(diǎn)，在國內(nèi)電力企業(yè)很快得到了推廣和應(yīng)用。在同類產(chǎn)品中，加拿大SYPRTEC公司生產(chǎn)的HYDRAN系列模擬型H201R和數(shù)字智能型H201i System變壓器早期故障監(jiān)測(cè)裝置占主導(dǎo)地位，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用于各地大型變壓器上的這類裝置在1000臺(tái)以上。

國產(chǎn)變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置近年發(fā)展也很快，變壓器在線檢測(cè)技術(shù)，能連續(xù)監(jiān)測(cè)運(yùn)行變壓器油中的氣體成分含量，對(duì)運(yùn)行變壓器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和早期故障診斷。這種裝置可實(shí)時(shí)或連續(xù)監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行狀況，自動(dòng)打印和存儲(chǔ)分析數(shù)據(jù)及色譜圖，自動(dòng)檢測(cè)油色譜在線裝置各部件的性能，遙控遙測(cè)部分可以和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，完成程序控制、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和故障診斷；通過遠(yuǎn)方遙控在線裝置進(jìn)行啟動(dòng)和周期設(shè)定，故障診斷后，遠(yuǎn)傳并聲光報(bào)警，通過變壓器故障診斷專家系統(tǒng)判斷故障類型；具有備用進(jìn)油口，現(xiàn)場(chǎng)可以做其他設(shè)備的色譜分析，達(dá)到一機(jī)多用。該裝置具有用油量少、速度快、脫氣率高等特點(diǎn)。采一次油樣分析，時(shí)間僅40分鐘，油樣消耗僅50毫升而且這個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能、可移動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)化。

3.變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用探討

采取變壓器實(shí)施安全在線監(jiān)測(cè)，建立變壓器故障監(jiān)測(cè)前哨， 可以為檢修人員判斷故障性質(zhì)、調(diào)度采應(yīng)對(duì)取措施、運(yùn)行人員操作贏得時(shí)間，從而提高電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.1采用變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置，是安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。變壓器內(nèi)部故障分為過熱和放電兩大類。過熱性故障發(fā)展較緩慢，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)釀成事故。而局部放電性故障，尤其是匝、層間和圍屏的局部放電，性質(zhì)非常嚴(yán)重。因?yàn)楫?dāng)這些部位的絕緣受損后，其沿面放電電壓將降低，在受到內(nèi)部或外部過電壓的沖擊后，絕緣性能迅速下降，引起局部放電及至發(fā)展成電弧放電而燒毀。

有些人認(rèn)為放電性故障發(fā)展速度快，是突發(fā)性的，油中氣體無法早期檢出。實(shí)際上任何事故都有一個(gè)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)部局部放電有一個(gè)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，一般都有數(shù)小時(shí)的發(fā)展過程。如果選用對(duì)故障氣體響應(yīng)快的監(jiān)測(cè)裝置，在火花放電階段就會(huì)被檢出，能有效防止惡性事故的發(fā)生。無人值守變電所，受定期檢測(cè)和巡回檢查周期限制，十分需要這樣的補(bǔ)充監(jiān)測(cè)手段。

3.2采用變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置，是變電科技不斷發(fā)展的需要。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步和傳感器技術(shù)、光纖技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)等先進(jìn)的科技成果的發(fā)展應(yīng)用，電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)正逐步走向?qū)嵱没A段。#2、#3主變2008年就采用了油氣線監(jiān)測(cè)裝置，已經(jīng)為油田電網(wǎng)積累了運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，所以在無人值守變電站推廣，將會(huì)是一種有益的嘗試。

3.3采用變壓器在線監(jiān)測(cè)裝置，是建立先進(jìn)設(shè)備管理模式的需要。對(duì)變壓器等主要設(shè)備實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，可以有力的推動(dòng)設(shè)備狀態(tài)檢修管理模式。對(duì)油田電網(wǎng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性意義重大，特別是廠網(wǎng)分開后，檢修周期縮短，工作量增大，只有建立了有效的在線監(jiān)測(cè)手段，才能通過有效掌握設(shè)備狀態(tài)，制定出科學(xué)、靈活的理檢修規(guī)劃。

油中氣體在線監(jiān)測(cè)的最主要目的是對(duì)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(cè)裝置的準(zhǔn)確"報(bào)警"后，應(yīng)立即采取果斷有效措施，避免惡性事故的發(fā)生。近年來，某些國內(nèi)電力科研單位研制的油色譜在線檢測(cè)裝置，克服了人工取樣、送樣、檢測(cè)、分析、判斷過程中的離散情況，在檢測(cè)周期、檢測(cè)精度、及時(shí)性等方面遠(yuǎn)優(yōu)于離線檢測(cè)，經(jīng)智能化專家系統(tǒng)診斷，能迅速判斷故障類型并發(fā)出警示，為采取消除故障的措施而贏得時(shí)間。筆者認(rèn)為，該項(xiàng)技術(shù)的引進(jìn)，將有助于提升目前變電所的科技含量，對(duì)安全運(yùn)行，有很大幫助。