油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)在馬馬崖發(fā)電廠的應(yīng)用研究

摘要：筆者作為電廠一名扎根基層的檢修運(yùn)行人員，從電廠現(xiàn)場實(shí)際的運(yùn)行情況出發(fā)，通過對油色譜在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行介紹，使得現(xiàn)場運(yùn)行人員能夠掌握國內(nèi)外油色譜裝置的結(jié)構(gòu)及原理，了解設(shè)備的工作過程。最后采集了馬馬崖發(fā)電廠連續(xù)幾個(gè)月內(nèi)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析各種變壓器故障所對應(yīng)的比值，從而更加有效地保證電廠以及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：主變壓器；油色譜分析；在線監(jiān)測；故障診斷

中圖分類號： TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

馬馬崖一級水電站為北盤江干流（茅口以下）規(guī)劃梯級的第二級，屬二等大型工程，本廠共有3+1臺主變壓器，均由江蘇上能新特變壓器有限公司出品。冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)水冷，其額定工作壓力為0.08MPa～0.3MPa，其原理是變壓器的上層熱油由潛油泵抽出后，經(jīng)冷卻器冷卻，然后再進(jìn)入變壓器油箱的底部，從而使鐵芯和繞組得到冷卻。

1 馬馬崖發(fā)電廠主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用及原理

1.1 馬馬崖發(fā)電廠主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本構(gòu)造

馬馬崖發(fā)電廠應(yīng)用的主變油色譜分析系統(tǒng)是MGA2000-6H變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，MGA2000-6H變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測單元（色譜數(shù)據(jù)采集器MGA2000-6H-01）、主站單元（數(shù)據(jù)處理服務(wù)器MGA2000-6H-02）及監(jiān)控軟件（狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警軟件MGA2000-6H V2.0.3）組成?，F(xiàn)場監(jiān)測單元即色譜數(shù)據(jù)采集器由油樣采集單元、油氣分離單元、氣體檢測單元、數(shù)據(jù)采集單元、現(xiàn)場控制處理單元、通訊控制單元及輔助單元組成。

1.2 馬馬崖發(fā)電廠主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

MGA2000-6H變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)工作時(shí)，采用真空差壓方式將變壓器油吸入到油樣采集單元中，通過油泵進(jìn)行油樣循環(huán)；油氣分離單元快速分離油中溶解氣體至氣室，內(nèi)置的微型氣體采樣泵把分離出來的氣樣輸送到六通閥的定量管內(nèi)并自動(dòng)進(jìn)樣。具體如下圖1.1所示：

圖1.1 MGA2000-6H變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

數(shù)據(jù)采集單元完成AD數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和采集，嵌入式處理單元對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、計(jì)算和分析，并通過RS485/CAN/100M以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器（安裝在主控室），最后由MGA2000-6H V2.0.3狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和故障分析。

2馬馬崖發(fā)電廠主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用情況分析

2.1 MGA2000-6H 系列變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的判比方法

該系統(tǒng)運(yùn)用改良三比值法、大衛(wèi)三角形法、立方圖示法等進(jìn)行診斷.

2.1.1 三比值法

三比值法的原理是：依據(jù)重充油電氣設(shè)備內(nèi)油、絕緣在故障的情況下發(fā)生裂解而產(chǎn)生氣體組分含量的相對濃度與溫度的互相依靠關(guān)系，在五種特征氣體中選取兩種溶解度以及擴(kuò)散系數(shù)相似的氣體組分形成三對比值，用不相同的編碼來標(biāo)示。此法避免了變壓器油體積效應(yīng)的作用，用以判定充油電氣設(shè)備故障類型的常用途徑，而且等夠得到故障狀態(tài)可靠的診斷。

2.1.2大衛(wèi)三角形法和立方體圖示法

運(yùn)用產(chǎn)生油氣的三對比值，立體坐標(biāo)上確立的立體圖即為立方體圖示法，這種方法可以很容易至關(guān)地看出不相同故障類型的變化走向。所謂大衛(wèi)三角形法是利用CH4、C2H2和C2H4的相對含量，在三角形坐標(biāo)圖上來判斷故障類型的方法。

圖2.1 大衛(wèi)三角形圖示法

米歇爾杜烏爾提出來了大衛(wèi)三角形法，它是依據(jù)甲烷、乙烯和乙炔三種氣體進(jìn)行故障類型判斷。將大衛(wèi)三角形法和傳統(tǒng)三比值法進(jìn)行比較，其優(yōu)處就是保存了某些因?yàn)樘幱诠┙o的比值制約以外并且被IEC比值法遺漏的數(shù)據(jù)。在運(yùn)用大衛(wèi)三角形法進(jìn)行判定故障的時(shí)候，比值點(diǎn)處于某個(gè)區(qū)域里所相應(yīng)的故障類型就是這個(gè)比值對應(yīng)的故障類型，故而大衛(wèi)三角形法都可以得到一個(gè)診斷的結(jié)果并且錯(cuò)誤率非常低。

立體圖示法是根據(jù)IEC三比值法，在三維立體空間中，把氣體含量的比值C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6分別作為立體空間的X、Y、Z正交坐標(biāo)軸。將變壓器出現(xiàn)的故障空間分成七大模塊：PD-局部放電；D1-低能放電；D2-高能放電；T0-低溫過熱；T1-低溫過熱；T2-中溫過熱；T3-高溫過熱。

圖2.2 立方體圖示法

2.2 正常運(yùn)行下主變壓器油中溶解的氣體

當(dāng)變壓器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況時(shí)，其里面的絕緣油以及有機(jī)絕緣材料在熱和電的影響下會(huì)逐步老化和分解，出現(xiàn)微量的多種低分子烴類氣體以及CO和CO2等氣體。熱故障以及電故障條件時(shí)同樣將出現(xiàn)上述氣體，一氧化碳以及二氧化碳的出現(xiàn)在技術(shù)還不能夠區(qū)別，并且在數(shù)值上還未有明顯界線。當(dāng)運(yùn)行中變壓器油內(nèi)部氣體高于變壓器和套管油中溶解氣體含量的注意值時(shí)，就應(yīng)該高度關(guān)注。

2.3 在線數(shù)據(jù)與檢驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

根據(jù)電力監(jiān)督部門管理規(guī)定，假如通過對主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果和第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)-貴州電力試驗(yàn)研究所結(jié)果一致，技術(shù)監(jiān)督部門認(rèn)為主變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

經(jīng)過形成各組分柱狀圖進(jìn)行研究，油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)和電力試驗(yàn)研究院所測得的數(shù)值大致相同，表明主變該系統(tǒng)所測量得到的1#主變壓器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確正常。

2.4 油色譜在線監(jiān)測裝置故障數(shù)據(jù)案例分析

采集的數(shù)據(jù)是2015年3月份通過油色譜例行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)總烴值比以前采集的數(shù)樣相比有大幅增長，并且高于注意值，這種狀況引起了馬馬崖發(fā)電廠運(yùn)行部門的高度關(guān)注，在接下來的試驗(yàn)數(shù)據(jù)有漸漸上升的趨向。參照《導(dǎo)則》可以知道，運(yùn)行中變壓器油中總烴的含量注意值為150uL/L，從采集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)馬馬崖發(fā)電廠1#主變總烴值在2月份由以前的正常值17.41uL/L陡增至155.41uL/L，以2015年3月3號至2015年3月19號半個(gè)月的運(yùn)行其計(jì)算，總烴產(chǎn)氣速率達(dá)45%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了總烴相對產(chǎn)氣速率高于10%時(shí)本該得到注意值得規(guī)定。這種不正常情況則意味了變壓器中很大程度上已經(jīng)出現(xiàn)某種故障。

從采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以知道，油中故障氣體的主要是甲烷和乙烯，次要?dú)怏w的組分是氫氣和乙烷，根據(jù)特征氣體法判斷該變壓器內(nèi)部存在著過熱故障。

應(yīng)用改良的三比值法對該故障現(xiàn)象分析判斷，需要計(jì)算出三對氣體比值C2H2/C2H4、CH4/H2以及C2H4/C2H6的比值，算得結(jié)果以及參照三比值法得到編碼組合，當(dāng)比值形成的編碼組合是000是表示的是變壓器運(yùn)行正常；當(dāng)比值形成編碼組合是022時(shí)對應(yīng)故障類型是超過700oC的高溫過熱；當(dāng)比值形成編碼的組合是021是對應(yīng)故障300～700oC的中溫過熱。用該種方法判斷的故障結(jié)果與特征氣體法的判斷結(jié)果以及主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)檢測的結(jié)果一致。

在2015年3月23號，馬馬崖發(fā)電廠組織專門的運(yùn)行維修小組進(jìn)行停電檢查。當(dāng)查驗(yàn)到鐵芯時(shí)，斷開鐵芯外引接地線后，采取兆歐表測定鐵芯的絕緣電阻，測量得到鐵芯絕緣電阻等于零，更換萬用表測量時(shí)，絕緣電阻變成300歐，進(jìn)而確認(rèn)變壓器內(nèi)部故障應(yīng)該是鐵芯多點(diǎn)接地故障。

結(jié)合該變壓器的實(shí)際情況分析，認(rèn)為可能是由于某種金屬異物在鐵芯與地之間構(gòu)成了短路，從而引起鐵芯出現(xiàn)另外的接地點(diǎn)。隨即采取電容沖擊法進(jìn)行處理，采取直流對0.5uF電容器先充電，接著采用這個(gè)電容器對鐵芯放電，采取高壓電荷來沖掉構(gòu)成鐵芯接地點(diǎn)的金屬異物。通過反復(fù)放電沖擊，又檢測鐵芯絕緣電阻值，觀察出絕緣電阻值上升至450兆歐，便表明這個(gè)接地點(diǎn)故障被清除。

為了消除油中故障氣體，其后對有進(jìn)行過真空過濾的脫氣處理。在之后的運(yùn)行，對這個(gè)主變壓器再次做很多次跟蹤試驗(yàn)，結(jié)果表明油中氣體含量比較穩(wěn)定且正常，即可表明鐵芯多點(diǎn)接地故障早已清除。

3 結(jié)論與展望

本文經(jīng)過對MGA2000-6H主變油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)在馬馬崖發(fā)電廠的應(yīng)用情況分析，從現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，經(jīng)過主變油色譜在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)、功能和分析，得到了主要結(jié)論有以下兩點(diǎn)：

3.1針對在2015年3月份馬馬崖發(fā)電廠1#主變出現(xiàn)的故障，油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的故障診斷結(jié)果與理論分析所得到的結(jié)果一致，當(dāng)故障解除后，監(jiān)測的數(shù)據(jù)在在穩(wěn)定的范圍內(nèi)波動(dòng)。表明該系統(tǒng)的運(yùn)用為電廠的安全可靠運(yùn)行提供了有效監(jiān)測作用，從而電廠的安全運(yùn)行提供了保障。

3.2根據(jù)化學(xué)技術(shù)監(jiān)督手冊，馬馬崖發(fā)電廠每季度都要對主變油樣抽取化驗(yàn)，通過油樣結(jié)果分析主變性能、指標(biāo)，以確保主變安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，使得馬馬崖電廠可以節(jié)約大量技術(shù)監(jiān)督費(fèi)用，同時(shí)也避免在主變?nèi)∮蜆訒r(shí)主變事故停運(yùn)。

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