對(duì)電力系統(tǒng)變壓器狀態(tài)檢修技術(shù)的認(rèn)識(shí)

劉強(qiáng)

[摘要]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的變壓器數(shù)量日益增加，傳統(tǒng)的周期檢修模式已經(jīng)滿足不了當(dāng)前新的要求，因此，為了保障電力設(shè)備的穩(wěn)定、安全、可靠等性能，從而提出了狀態(tài)檢修的模式。筆者針對(duì)變壓器狀態(tài)檢修技術(shù)談?wù)劻藗€(gè)人的認(rèn)識(shí)與見解。

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng);變壓器;狀態(tài)檢修;技術(shù)分析

一、狀態(tài)檢修的概念

相比較于傳統(tǒng)的定期檢修，狀態(tài)檢修不需要關(guān)停設(shè)備、不需要限定時(shí)間，而是隨時(shí)根據(jù)運(yùn)行人員的巡查和監(jiān)測記錄，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行狀況和技術(shù)人員的分析來科學(xué)評(píng)價(jià)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的一種檢修方式。

二、變壓器狀態(tài)檢修技術(shù)分析

1、油中溶解氣體分析

隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的延長，變壓器可能產(chǎn)生初期故障，油中某些可燃性氣體則是內(nèi)部故障的先兆，這些可燃?xì)怏w可降低變壓器油的閃點(diǎn)，從而引起早期故障。變壓器油和纖維絕緣材料在運(yùn)行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產(chǎn)生的氣體大部分溶于油中，但產(chǎn)生氣體的速率是相當(dāng)緩慢的。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在初期故障或形成新的故障條件時(shí)，其產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量則十分明顯，絕大多數(shù)的初期缺陷都會(huì)出現(xiàn)早期跡象，通過監(jiān)測確定特征氣體，油中溶解氣體分析已被證明對(duì)于發(fā)現(xiàn)油浸變壓器內(nèi)部潛伏性故障相當(dāng)有效和可靠。

（1）變壓器油中的氣體類別氣相色譜法正是對(duì)變壓器油中可燃性氣體進(jìn)行分析的最切實(shí)可行的方法，該方法包括從油中脫氣和測量兩個(gè)過程。礦物油是由大約2871種液態(tài)碳?xì)浠衔锝M成的，通常只鑒別絕緣油中的氫氣（H2）、氧氣（O2）、氮?dú)猓∟2）、甲烷（CH2）、一氧化碳（CO）、乙烷（CH2）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）9 種氣體，將這些氣體從油中脫出并經(jīng)分析，證明它們的存在及含量，即可反映出產(chǎn)生這些氣體的故障類型和嚴(yán)重程度。油在正常老化過程產(chǎn)生的氣體主要是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），油絕緣中存在局部放電時(shí)（如油中氣泡擊穿），油裂解產(chǎn)生的氣體主要是氫氣（H2）和甲烷（CH4）。在故障溫度高于正常運(yùn)行溫度不多時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要是甲烷（CH4），隨故障溫度的升高，乙烯（CH2）和乙烷（C2H6）逐漸成為主要物征氣體;當(dāng)溫度高于1000℃時(shí)（如在電弧弧道溫度300℃以上），油裂解產(chǎn)生的氣體中含有較多的乙炔（C2H2），如果故障涉及到固體絕緣材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。

基于實(shí)驗(yàn)室的油中溶解氣體分析主要是依據(jù)變壓器的類型或運(yùn)行時(shí)間周期性地進(jìn)行。有些發(fā)展期短的故障在兩次定期取樣期間可能檢測不到。安裝油中特征氣體傳感器連續(xù)監(jiān)測，可能檢測到早期的潛伏性故障征兆，從而有助于用戶盡可能采取正確的檢修措施。已有的油中溶解氣體分析技術(shù)能夠確定氣體的類型、濃度、趨勢(shì)及氣體的產(chǎn)生速率。油中溶解氣體的變化速率在決定故障發(fā)展嚴(yán)重性方面很有價(jià)值。

目前國內(nèi)安裝較多的油中氣體在線監(jiān)測裝置是加拿大Syprotec的HY-DRANg0Ii智能型變壓器早期故障在線監(jiān)測系統(tǒng)。美國MM公司的TRUEGA嚴(yán)全組分DGOA在世界各地已有多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但目前在國內(nèi)尚無運(yùn)行實(shí)例，而且價(jià)格較高。國內(nèi)有的將實(shí)驗(yàn)室油中溶解氣體分析裝置經(jīng)簡化后用于現(xiàn)場在線監(jiān)測，但相當(dāng)笨重，也不可能每臺(tái)主變都安裝一套，而且不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。還有類似于TM8的產(chǎn)品在運(yùn)行，但由于時(shí)間較短，其分子膜的耐中毒性及氣體之間的相互干擾程度都有待運(yùn)行考驗(yàn)。

2、紅外測溫技術(shù)

當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)接觸不良、虛焊、負(fù)荷過高及鐵心多點(diǎn)觸地等情況時(shí)，都會(huì)引起回路和鐵心過熱現(xiàn)象，對(duì)過紅外技術(shù)可直觀地將變壓器內(nèi)部的熱量分布情況通過監(jiān)視器顯示出來，進(jìn)而有效評(píng)價(jià)變壓器的狀態(tài)。

3、局部放電檢測

局部放電檢測技術(shù)是電力變壓器絕緣監(jiān)測的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)局部放電檢測信號(hào)頻率通常<1MHz，近年來雖因數(shù)字信號(hào)處理和計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)等新技術(shù)的應(yīng)用得到了較快地發(fā)展，但仍以傳統(tǒng)的檢測理論為基礎(chǔ)而受其技術(shù)的限制。油中放電上升沿很陡，脈沖寬度多為NS級(jí)，能激勵(lì)起>1GHz的超高頻電磁信號(hào)。超高頻范圍（300～3000MHz）提取的局部放電信號(hào)基本上無外界干擾，可極大地提高局部放電檢測（特別是在線檢測）的可靠性和靈敏度。超高頻局部放電檢測技術(shù)近年在一些電力設(shè)備（GIS、電機(jī)及電纜）的檢測中得到應(yīng)用。由于變壓器絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，目前對(duì)電力變壓器局部放電超高頻檢測技術(shù)的研究仍處于起步階段。變壓器故障的原因之一是介質(zhì)擊穿，其原因主要是局部放電（PD）。PD水平及其增長速率的明顯增加，能夠指示變壓器內(nèi)部正在發(fā)生的變化。由于局部放電能導(dǎo)致絕緣惡化乃至擊穿，故值得進(jìn)行在線監(jiān)測PD參數(shù)。最常遇到的PD源正反映了絕緣中由于某些缺陷狀態(tài)而產(chǎn)生的固體絕緣的空洞、金屬粒子和氣泡。解釋檢測到的PD行為不夠直接。

變壓器的剩余壽命與PD行為之間的相關(guān)不存在一般的規(guī)則。作為常規(guī)的工廠驗(yàn)收試驗(yàn)的一部分，大多數(shù)變壓器試驗(yàn)時(shí)都要求PD值水平低于規(guī)定值。從監(jiān)測和診斷的角度，高于規(guī)定值的PD檢測只能作為警示作用而一般不能作為設(shè)備失效的依據(jù)。這些現(xiàn)實(shí)情況只說明了所遇到的PD診斷的許多困難之一，國內(nèi)許多單位從事高壓電氣設(shè)備的PD 研究已有時(shí)日，但多為帶電檢測設(shè)備?；谀Ｊ阶R(shí)別方法的局放數(shù)字化檢測裝置及其三維譜圖顯示很有特色，在國內(nèi)已有應(yīng)用，但要用于在線連續(xù)監(jiān)測，由于現(xiàn)場干擾源的相異性及復(fù)雜性，目前還相當(dāng)困難。目前現(xiàn)場采用的“直線插入定位法”加數(shù)字濾波定位，采用干擾平衡裝置在變壓器各繞組的套管末屏、中性點(diǎn)及鐵心等接地線獲取信號(hào)，并排列組合成數(shù)對(duì)“平衡對(duì)”來消除外部干擾，獲得PD量。但所測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和重復(fù)性都較差。

4、繞組溫度提示

工作人員可以將光纖插入變壓器的繞組，通過光纖來反映繞組的技術(shù)溫度信息，進(jìn)而達(dá)到對(duì)變壓器狀態(tài)檢修工作的預(yù)測。

5、頻率影響分析

當(dāng)變壓器的繞組發(fā)生機(jī)械性位移時(shí)，會(huì)產(chǎn)生非常輕微的電容值改變，工作人員利用頻率影響分析技術(shù)可以有效的感知到這一改變，據(jù)此監(jiān)測其繞組的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

三、小結(jié)

經(jīng)權(quán)威部門研究實(shí)踐證明，在電力系統(tǒng)實(shí)施適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)檢修可以提高變壓器可用率2%～10%，節(jié)約檢修費(fèi)用25%～30%，延長變壓器壽命10%～15%。因此，狀態(tài)檢修將為電力企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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