變壓器故障在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

摘要：隨著電力系統(tǒng)朝著超高壓、大容量方向發(fā)展，以及社會(huì)發(fā)展和生活對(duì)供電可靠性要求的提高，預(yù)防和控制電力系統(tǒng)重要設(shè)備突發(fā)性故障是保證電力系統(tǒng)可靠供電的重要手段。電力變壓器的在電力系統(tǒng)中的可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到大范圍用戶的供電質(zhì)量。因此，對(duì)電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)的在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期絕緣缺陷，對(duì)防止突發(fā)事故的發(fā)生，減少不必要的停電檢修，避免傳統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)電氣設(shè)備由于“過度檢修”所造成的巨大損失，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命具有重要意義。本文分析了電力變壓器在線監(jiān)測(cè)與傳統(tǒng)檢修方式的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了我廠主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用情況，并提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：變壓器故障;在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

第一章 電力變壓器常見故障類型及診斷手段

電力變壓器常見的故障主要是變壓器滲油和鐵芯多點(diǎn)接地。

變壓器滲漏油包括油箱焊縫滲油、低壓側(cè)套管滲漏、防爆管滲油。變壓器滲漏油不僅會(huì)給電力企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染，還會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行，可能造成不必要的停運(yùn)甚至變壓器的損毀事故。

另外，變壓器鐵心有且只能有一點(diǎn)接地，若出現(xiàn)兩點(diǎn)及以上的接地點(diǎn)，則造成主變多點(diǎn)接地。變壓器鐵心多點(diǎn)接地運(yùn)行將導(dǎo)致鐵心出現(xiàn)故障，危及變壓器的安全運(yùn)行。

電力變壓器在運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，除油中氣體成分和電氣參數(shù)發(fā)生變化外，一般常伴有某些部位的外表顏色、氣味、聲音、溫度、油位等的變化，結(jié)合這些變化對(duì)分析與綜合診斷變壓器的故障部位性質(zhì)、程度、趨勢(shì)和嚴(yán)重性等起到一定的作用。

在實(shí)際運(yùn)行中，如懷疑主變運(yùn)行異常，通常的診斷手段如下：

1.外觀檢查。

變壓器運(yùn)行中發(fā)生異常時(shí)，外表常會(huì)發(fā)生各種變化，通過外觀檢查可以發(fā)現(xiàn)某些缺陷。如：（1）防爆筒薄膜龜裂破損。（2）套管閃絡(luò)放電。（3）滲漏油。（4）變壓器氣體繼電器內(nèi)有氣體。

2.顏色、氣味異常

變壓器的許多故障都伴隨有過熱現(xiàn)象，使某些部件局部過熱，引起有關(guān)部件顏色變化或產(chǎn)生特殊焦臭氣味等。正常情況下，變壓器氣體繼電器內(nèi)充滿了變壓器油。若氣體繼電器內(nèi)有瓦斯氣體，會(huì)造成輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)則會(huì)造成重瓦斯跳閘。

3.聲響異常

變壓器故障運(yùn)行時(shí)，從運(yùn)行中聲音的變化可發(fā)現(xiàn)與正常運(yùn)行時(shí)有明顯差異。變壓器是靜態(tài)運(yùn)行的電力設(shè)備，正常運(yùn)行時(shí)在交流電磁場(chǎng)的作用下，變壓器器身會(huì)發(fā)出輕微連續(xù)的“嗡嗡”聲，常被稱為交流電磁聲，簡(jiǎn)稱交流聲。正常運(yùn)行中變壓器發(fā)出的“嗡嗡”聲是連續(xù)均勻的，如果產(chǎn)生的聲音不均勻擁特殊的響聲，應(yīng)視為不正?，F(xiàn)象。（1）出現(xiàn)雜聲。（2）伴有放電聲。（3）夾有水沸騰聲。（4）夾有爆裂聲.此外，若變壓器的聲音中央有連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊聲或摩擦聲時(shí)，有可能是變壓器外部某些零件如表計(jì)、電纜、油管等，受變壓器振動(dòng)或風(fēng)力造成撞擊或摩擦。

4.溫度異常

（1）內(nèi)部故障引起溫度異常。（2）散熱器閥門不通引起溫度異常。（3）呼吸器堵塞或嚴(yán)重漏油引起溫度異常。（4）冷卻裝置運(yùn)行不正常引起溫度異常。

5.油位異常

變壓器儲(chǔ)油柜的油位表或油位計(jì)溫度刻度，是標(biāo)志變壓器不同油溫時(shí)的油面標(biāo)志，根據(jù)標(biāo)志可以判斷是否需要加油或放油，運(yùn)行中變壓器溫度的變化會(huì)使油體積變化，從而引起油位的上下位移。油位異常的原因如下：（1）假油位。（2）油面過低。

第二章 電力變壓器故障在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1電力變壓器在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的實(shí)現(xiàn)

電力變壓器在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)其基本思想在于在線獲得與變壓器故障有關(guān)的特征信息，利用智能診斷方法，對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估，得出診斷結(jié)果與分析。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1：

為了將系統(tǒng)做成一個(gè)真正的具有診斷功能的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，必須獲得變壓器故障特征氣體的分別含量，并且獲得其它輔助特征量的信息;同時(shí)，為了保證系統(tǒng)的可維護(hù)性，決定不采用傳統(tǒng)氣相色譜方法，不將氣體逐次分離，而是利用傳感器陣列結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行特征氣體的采集，結(jié)合其它輔助特征信息，利用集成診斷模型，對(duì)變壓器狀態(tài)進(jìn)行診斷。

一般系統(tǒng)可分為信息采集模塊、診斷信息管理模塊、診斷推理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊，分別簡(jiǎn)述如下：

1.信息采集模塊

負(fù)責(zé)對(duì)變壓器故障特征信息、變壓器運(yùn)行狀況與條件信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。重點(diǎn)在于采集絕緣油中特征氣體的含量變化量。

對(duì)于特征氣體信息的采集，采用高分子膜法進(jìn)行油氣分離，得到油中溶解氣體，再采用氣敏傳感器陣列對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，從而得到油中溶解氣體的含量變化量，進(jìn)而得到產(chǎn)氣趨勢(shì)。在該過程中，放棄使用色譜柱和FID檢測(cè)，這將大大降低設(shè)備的成本和復(fù)雜度，增加可維護(hù)性;當(dāng)然這將使系統(tǒng)難于得到各種烴類氣體的精確含量，只是從檢測(cè)數(shù)據(jù)中反映出特征氣體的變換趨勢(shì)和幅度，但這方面的不足可以通過在線監(jiān)測(cè)及診斷模型中的其它診斷子模塊彌補(bǔ)。其它特征量的測(cè)量都以在線方式實(shí)現(xiàn)，所獲數(shù)據(jù)與特征氣體檢測(cè)量一起輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，為狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.診斷信息管理模塊

此模塊采用與其它設(shè)備信息管理數(shù)據(jù)庫(kù)相同的數(shù)據(jù)管理模式，主要功能在于對(duì)診斷信息的管理與維護(hù)。其功能模塊的組成主要包括變壓器故障專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本集、診斷結(jié)果集等。

考慮到變壓器故障系統(tǒng)涉及的特征信息較多，特點(diǎn)不一，而且故障種類繁多，在獲得盡可能全面的變壓器故障特征信息的基礎(chǔ)上，運(yùn)用與之相對(duì)應(yīng)的專業(yè)知識(shí)、操作經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)特征信息進(jìn)行有效組合，用基于各種診斷理論和機(jī)理的子模塊，從不同的側(cè)面診斷故障，最大限度的提高正確率。系統(tǒng)通過集成診斷模型，綜合來自信息采集模塊的變壓器實(shí)測(cè)信息與來自數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史信息進(jìn)行推理判斷，做出故障診斷結(jié)論，指出故障的原因。

診斷模塊另一項(xiàng)重要功能是提供良好的人機(jī)交互平臺(tái)，一方面由機(jī)器向操作人員提出故障提示及其判據(jù)并提出解決方案，另一方面操作人員可以通過人機(jī)交互平臺(tái)對(duì)診斷的關(guān)鍵步驟進(jìn)行干預(yù)。

3.診斷推理模塊

此模塊通過訪問與設(shè)備信息管理及診斷信息管理模塊的接口，獲取相關(guān)設(shè)備故障征兆信息與診斷知識(shí)通過專家系統(tǒng)的推理機(jī)制得到最終診斷結(jié)果并同時(shí)通過上述接口反饋并保存診斷信息以供用戶查詢與瀏覽。

4.數(shù)據(jù)管理模塊

建立信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個(gè)部分：設(shè)備信息管理模塊、診斷信息管理模塊、用戶權(quán)限管理模塊。設(shè)備信息管理模塊實(shí)現(xiàn)變壓器參數(shù)以及狀態(tài)信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢、編輯、輸出、報(bào)表打印等功能，并為診斷模塊提供歷史數(shù)據(jù);診斷信息管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)診斷知識(shí)和診斷模塊結(jié)構(gòu)的管理，它所管理的數(shù)據(jù)是整個(gè)診斷過程的基礎(chǔ);用戶權(quán)限管理模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)巍安全性的管理，能方便的實(shí)現(xiàn)用戶的創(chuàng)建與管理。

系統(tǒng)的構(gòu)成基于電力企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)。Web服務(wù)器有兩個(gè)主要的功能，其一負(fù)責(zé)企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包括網(wǎng)頁(yè)的發(fā)布，新聞郵件等，同時(shí)將企業(yè)內(nèi)部的局域網(wǎng)與外界的Internet網(wǎng)隔離開來。其二負(fù)責(zé)利用數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，對(duì)變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行評(píng)估。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)變壓器日常運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)并且進(jìn)行備份，這些數(shù)據(jù)可以通過Web服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)布。

數(shù)據(jù)采集器實(shí)際上包括兩個(gè)部分，一部分是己經(jīng)投運(yùn)的變壓器在線測(cè)量，測(cè)量到的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)的存入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器當(dāng)中;另一部分是試驗(yàn)工作人員的試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄工作臺(tái)，以供試驗(yàn)人員將一些沒有實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)測(cè)量的數(shù)據(jù)以手工輸入的方式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。

客戶機(jī)是用戶的工作平臺(tái)，用戶可以通過它來對(duì)變壓器的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等進(jìn)行查詢，或是啟動(dòng)服務(wù)器上的診斷程序，對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行診斷并取得診斷結(jié)果。如果變壓器出現(xiàn)故障，專家和檢修人員也可以啟動(dòng)診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析，以便確定最佳檢修方式和最佳檢修時(shí)間。

5.系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如所示。從系統(tǒng)的功能分析中可以看出監(jiān)控軟件系統(tǒng)的大部分功能都是圍繞著測(cè)量裝置上傳的數(shù)據(jù)信息，通過對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集、解析、統(tǒng)計(jì)、檢索等操作來實(shí)現(xiàn)界面刷新、生成各種表格或各類報(bào)表等系統(tǒng)功能。在對(duì)數(shù)據(jù)信息的處理過程中需要對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行頻繁的讀或?qū)懙牟僮鳎虼嗽O(shè)計(jì)一個(gè)良好的數(shù)據(jù)庫(kù)模型是非常重要的。

2.2在線監(jiān)測(cè)目的

變壓器在線監(jiān)測(cè)的目的，就是通過對(duì)變壓特征信號(hào)的采集和分析，判別出變壓器的狀，以期檢測(cè)出變壓器的初期故障，并監(jiān)測(cè)故障態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)國(guó)際上研究最多的對(duì)象之一，提出了很多不的方法。油中溶解性氣體分析技術(shù)。由于變壓內(nèi)部不同的故障會(huì)產(chǎn)生不同的氣體，因此通分析油中氣體的成分、含量、產(chǎn)氣率和相對(duì)百系統(tǒng)短路變壓器內(nèi)的變化分比，就可達(dá)到對(duì)變壓器絕緣診斷的目的。

2.3變壓器在線監(jiān)測(cè)的主要方式

目前對(duì)電力變壓器在線監(jiān)測(cè)的主要方法可以概括為：油性能指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)、主變局部放電在線監(jiān)測(cè)、主變繞組變形在線監(jiān)測(cè)、主變溫度控制器在線監(jiān)測(cè)、介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)等。這些在線數(shù)據(jù)可以及時(shí)反映變壓器絕緣的變化，有利于及早發(fā)現(xiàn)故障，防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。此外，將在線數(shù)據(jù)加入到變壓器的故障診斷中，可以極大地提高診斷的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

2.3.1變壓器繞組變形在線監(jiān)測(cè)

變壓器繞組變形（如軸向、徑向尺寸變化、位移、扭曲、鼓包等）是由于繞組經(jīng)受了軸向、幅向力的作用以及強(qiáng)大的短路力作用。常規(guī)的吊罩檢查只能看到高壓繞組的狀況，而在高壓繞組內(nèi)部的中、低壓繞組所發(fā)生的形變根本無(wú)法看到。變壓器繞組的變形具有相當(dāng)大的隱蔽性，而且由變形帶來的后果也相當(dāng)嚴(yán)重，它會(huì)直接威脅變壓器的安全運(yùn)行。

變壓器繞組變形故障，究其原因，主要是設(shè)計(jì)者在材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)電動(dòng)力分析不夠確切，采取措施不夠有效而引起的。一旦變壓器繞組嚴(yán)重變形而未被診斷出來任其繼續(xù)運(yùn)行，極有可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，實(shí)時(shí)正確的對(duì)變壓器繞組變形檢測(cè)能及早地發(fā)現(xiàn)繞組變形故障隱患，以便及時(shí)采取技術(shù)措施，避免運(yùn)行事故，延長(zhǎng)變壓器的實(shí)際使用壽命。

過去的檢測(cè)繞組變形的方法有：在現(xiàn)場(chǎng)采取吊罩檢查的方法、通過施加低壓脈沖并比較響應(yīng)變化的低壓脈沖法、測(cè)量變壓器短路電抗并與歷史數(shù)據(jù)比較的短路電抗法、測(cè)量變壓器頻率響應(yīng)并比較其變化的頻響分析法。這些方法均需使變壓器退出運(yùn)行，即均屬于離線檢測(cè)方法，不能隨時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器繞組狀況以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。基于變壓器短路阻抗及阻抗中的電感分量與繞組幾何尺寸及相對(duì)位置有關(guān)，近年來，通過在線檢測(cè)變壓器短路電抗變化來分析繞組狀況的技術(shù)正逐漸得到重視。

變壓器繞組在線監(jiān)測(cè)的基本原理是根據(jù)變壓器繞組的短路電抗值的變化進(jìn)行變形與否的監(jiān)測(cè)和判斷。因?yàn)槔@組的短路電抗值與繞組的變形程度、幾何尺寸以及位置變化密切相關(guān)，即短路電抗直接取決于繞組的幾何結(jié)構(gòu)。

在工頻電壓不變的情況下，短路阻抗及阻抗中的電感分量與變壓器繞組的變化對(duì)在線監(jiān)測(cè)變壓器繞組變形具有很好的實(shí)效性。

2.3.2變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)

變壓器局部放電（（Partial Discharge，PD）是反映高壓電氣設(shè)備狀態(tài)的一個(gè)重要標(biāo)志。因?yàn)楹芏喙收暇a(chǎn)生局部放電。一般情況下，如果變壓器油中發(fā)現(xiàn)了特征氣體則表明其內(nèi)部已經(jīng)存在比較嚴(yán)重的局部放電。局部放電能有效反映變壓器內(nèi)部的絕緣狀況，變壓器局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)借助先進(jìn)的傳感技術(shù)和電子技術(shù)，根據(jù)超聲波原理將高頻聲學(xué)傳感器放在油箱外部以便測(cè)取局部放電或電弧放電所產(chǎn)生的暫態(tài)聲音信號(hào)。

局部放電在線測(cè)量方法主要有超聲監(jiān)測(cè)、化學(xué)監(jiān)測(cè)和電性能監(jiān)測(cè)。這三種方法中以電監(jiān)測(cè)法靈敏度最高。最近國(guó)內(nèi)外又出現(xiàn)了甚高頻（VHF）超高頻（UHF）等方法。

2.3.3變壓器油性能指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)

在變壓器運(yùn)行過程中，如果變壓器的油質(zhì)發(fā)生變化且達(dá)到一定程度，會(huì)使絕緣性能下降危及變壓器安全運(yùn)行。常規(guī)監(jiān)測(cè)變壓器油質(zhì)變化的方法也很多，主要是測(cè)量油的各項(xiàng)性能指標(biāo)和油中溶解氣體的含量。

變壓器油性能的在線監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、知識(shí)獲取和人機(jī)接口等幾部分組成。數(shù)據(jù)庫(kù)的主要功能是存儲(chǔ)并及時(shí)提供變壓器油質(zhì)變化的各項(xiàng)指標(biāo)和歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種指標(biāo)和信息中還包括對(duì)油質(zhì)的缺陷分析和處理結(jié)果，可以為監(jiān)測(cè)維護(hù)人員提供詳細(xì)的油性能數(shù)據(jù)。知識(shí)庫(kù)用來存儲(chǔ)與變壓器分析相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。推理機(jī)的作用是從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)后再以邏輯方式對(duì)油狀況進(jìn)行推理分析。

對(duì)油性能指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)來說，重要的分析程序是狀態(tài)分析。狀態(tài)分析依靠特征氣體分析子模塊、三比值子模塊、外部檢查結(jié)果子模塊、油推理分析指標(biāo)子模塊、絕緣預(yù)防性檢查子模塊、綜合分析子模塊實(shí)施并行具體的分析步驟。

2.3.4鐵芯多點(diǎn)接地監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)鐵芯多點(diǎn)接地故障是利用鐵芯引出線的接地電流，經(jīng)取樣后進(jìn)行測(cè)量的。大型變壓器鐵芯通過外殼小套管引出變壓器箱體接地。對(duì)于變壓器鐵芯，為消除鐵芯產(chǎn)生懸浮電位造成對(duì)地放電，變壓器鐵芯要保持一點(diǎn)接地。為防止鐵芯硅鋼片間的短路形成環(huán)流造成故障，不允許多點(diǎn)接地。正常情況下鐵芯接地電流只有毫安級(jí)，單當(dāng)鐵芯發(fā)生兩點(diǎn)以上姐弟故障時(shí)，障時(shí)，該接地點(diǎn)的電流可增大為數(shù)安到數(shù)十安以上，嚴(yán)重時(shí)總烴成分明顯增大，油中產(chǎn)生氣體量的增加甚至造成氣體繼電器的動(dòng)作。為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地故障，以便采取相應(yīng)的措施，應(yīng)對(duì)變壓器鐵芯接地電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.3.5冷卻器運(yùn)行監(jiān)測(cè)

冷卻系統(tǒng)最頻繁的故障模式就是泵和風(fēng)扇的故障。連續(xù)在線分析泵和風(fēng)扇的狀況，以決定它們是否在設(shè)定的狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)。這可以通過測(cè)量流過泵和風(fēng)扇的電流及測(cè)量與其相關(guān)的控制冷卻系統(tǒng)的溫度來實(shí)現(xiàn);也可以通過測(cè)量泵和風(fēng)扇的電流和上層油溫來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行方式依據(jù)電流水平來調(diào)整。正常運(yùn)行方式可以指示風(fēng)扇葉和泵葉輪的旋轉(zhuǎn)正確性，非正常運(yùn)行方式通常是這些設(shè)備的控制線圈異常的結(jié)果。

導(dǎo)致泵軸承故障的可能是金屬粒子。金屬粒子可能是潛在的介質(zhì)殺手。安裝監(jiān)測(cè)軸承磨損的傳感器是切實(shí)可行的，這種超聲傳感器被嵌入泵軸承中，測(cè)量軸承長(zhǎng)度可以確定是否出現(xiàn)了金屬磨損。目前，只能采取離線測(cè)量。另外，諸如變壓器油中微水、繞組溫度分布（以決定繞組最熱點(diǎn)溫度）及其紙絕緣的老化參量等的在線監(jiān)測(cè)，目前尚無(wú)好的方法，正在積極探索中。

第三章 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在我廠的應(yīng)用前景

3.1目前我廠變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前，我廠變壓器在線監(jiān)測(cè)采用加拿大GE公司生產(chǎn)的HYDRAN 201i變壓器早期故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。HYDRAN 201i系統(tǒng)是一種連續(xù)在線監(jiān)測(cè)油中溶解氣體的智能型系統(tǒng)。它可以完全與Syprotrc公司生產(chǎn)的HYDRAN 201R變壓器早期故障監(jiān)測(cè)儀兼容。我廠采用的HYDRAN 201i監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有準(zhǔn)確性和可靠性高，對(duì)電壓沖擊、射頻干擾和靜電釋放較高的耐受能力等特點(diǎn)。

3.1.1設(shè)備原理及結(jié)構(gòu)

HYDRAN 201i系統(tǒng)是通過其傳感器中具有選擇性的高分子薄膜，將變壓器油中分解的H2 （氫氣），CO（一氧化碳），C2H4 （乙烯），C2H2 （乙炔）四種氣體，通過滲透膜進(jìn)入電化學(xué)氣體監(jiān)測(cè)器內(nèi)，在該處與空氣中的氧進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)與反映量成比例的電信號(hào)，并以數(shù)字形式顯示，反映到H201i的顯示屏上以供工作人員讀取油中混合氣體濃度值。儀器讀數(shù)與色譜分析數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

儀器讀數(shù)= H2*100% + CO*18% + C2H2*8% + C2H4*1.5%

H20li 系統(tǒng)構(gòu)成：

智能傳送器H20li（含傳感器和CPU）和控制器，控制器又分為單通道控制器H20lCi-1、通訊控制器H20lCi-C、四通道控制器H20lCi-4、H20lCi-1的標(biāo)準(zhǔn)配置。模擬量輸出為非隔離0-1mA輸出，可特別選擇隔離4-20mA輸出。

HYDRAN 201i 氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)H201Ti的智能傳送器和H201Ci 系列的通訊控制器。當(dāng) HYDRAN 201Ti 智能傳送器與 H201Ci-1 單通道控制器結(jié)合使用時(shí)，構(gòu)成一個(gè)可以直接代替或補(bǔ)充現(xiàn)有的HYDRAN 201R裝置的HYDRAN 201R model I型故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。如果獨(dú)立使用HYDRAN 201Ti 智能傳送器或?qū)⑵渑c其它型號(hào)的H201Ci 控制器結(jié)合使用則其名稱改為HYDRAN 201i故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。不論 HYDRAN 201R model I型或HYDRAN 201i 系統(tǒng)都可以聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可以與一個(gè)裝在當(dāng)?shù)氐淖冸娬緝?nèi)的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）通過一根單一的RS-232 線路聯(lián)結(jié)，或通過電話線和調(diào)制解調(diào)器聯(lián)結(jié)。

HYDRAN 201Ti在線式智能型傳送器是一個(gè)溫度可控得小型圓柱形外殼，可與變壓器用于檢測(cè)得閥門相連接。它包括HYDRAN傳感器和電子微處理器。它是由裝在同一個(gè)圓柱形外殼內(nèi)的傳感器和微電子傳送器，監(jiān)測(cè)氣體氫氣，一氧化碳，乙炔，乙烯氣體，進(jìn)行變壓器油樣在線監(jiān)測(cè);尤其是充油電氣設(shè)備早期故障監(jiān)測(cè)。

HYDRAN 201i故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝位置示意圖如圖3.1所示：

3.1.2設(shè)備主要特點(diǎn)

我廠HYDRAN 201i系統(tǒng)裝置系統(tǒng)在預(yù)防變壓器故障的主要特點(diǎn)如下：

（1）直接和連續(xù)以數(shù)字顯示的油中氣體含量;（2）非隔離的0～1mA模擬量輸出;（3）可供選購(gòu)的隔離的4～20 mA模擬量輸出;（4）兩個(gè)可以調(diào)整的報(bào)警點(diǎn);

（5）系統(tǒng)故障報(bào)警;（6）傳感器性能測(cè)試特點(diǎn);（7）供用戶使用的寬廣的溫度適應(yīng)范圍;

HYDRAN 201i智能型油中溶解氣體監(jiān)測(cè)儀繼承了HYDRAN 201R系統(tǒng)的主要特征，HYDRAN 201i智能型油中溶解氣體監(jiān)測(cè)儀還具有全面數(shù)字處理的優(yōu)點(diǎn)，并具有下列特點(diǎn)：

（1）可調(diào)整的按小時(shí)或按日的氣體濃度變化趨勢(shì)（規(guī)定時(shí)間段內(nèi)的PPM值變化）計(jì)算及報(bào)警;（2）數(shù)據(jù)的演變過程記錄以及附有日期和時(shí)間的事件記錄;（3）與主計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通訊（RS-232或RS-485）;（4）網(wǎng)絡(luò)化能力（最多可達(dá)128臺(tái)）和調(diào)制解調(diào)器控制;（5）通電后進(jìn)行自檢和全部軟件校正;（6）遠(yuǎn)方或當(dāng)?shù)卦O(shè)置及軟件升級(jí);（7）可從Syprotec得到HYDRAN HOST 計(jì)算機(jī)軟件;（8）當(dāng)主計(jì)算機(jī)不需運(yùn)行時(shí)具有全面的獨(dú)立工作能力;（9）傳感器自檢和傳感器狀態(tài)確定。

3.1.2主要功能

（1）操作界面

H201Ti主要實(shí)現(xiàn)高級(jí)、中級(jí)、低級(jí)功能，分別為：

高級(jí)功能：顯示未曾被使用者確認(rèn)的報(bào)警，需要引起操作人員注意和作出相應(yīng)的處理。中級(jí)功能：執(zhí)行用戶通過鍵盤輸入的命令，顯示相應(yīng)的“系統(tǒng)菜單”。低級(jí)功能：每5秒巡回顯示一組信息，稱為巡檢信息。

正常運(yùn)行模式的主要功能包括：顯示全部未曾被使用者確認(rèn)的報(bào)警信息、基本、非操作的巡回顯示模式、停機(jī)超過5分鐘后的正常加電起動(dòng)、在停機(jī)5分鐘內(nèi)的快速加電起動(dòng)、在備用電池重新聯(lián)接后的首次加電起動(dòng)、參數(shù)設(shè)置等。

（2）報(bào)警狀態(tài)

裝置具有氣體濃度（Gas Level）氣體濃度小時(shí)變化率（Hourly Trend）、日變化率（Daily Trend）、傳感器溫度（Sensor Temperature）的報(bào)警、備用電池（Backup Battery）的報(bào)警功能。當(dāng)氣體濃度，氣體濃度變化趨勢(shì)或傳感器溫度等達(dá)到報(bào)警條件時(shí)，H201Ti將由巡回顯示立即變?yōu)殚W爍顯示報(bào)警信息（確認(rèn)報(bào)警模式擁有最高優(yōu)先權(quán)）。當(dāng)發(fā)生兩個(gè)以上報(bào)警時(shí)，每5秒鐘交替閃爍顯示每種報(bào)警信息。

報(bào)警發(fā)生時(shí)，裝置除了報(bào)警信息顯示外，H201Ti還將有三種其他反應(yīng)：

（a）氣體濃度高（Gas H），氣體濃度過高（Gas HH）和儀器自身故障（System Fail）報(bào)警時(shí)，將分別有繼電器動(dòng)作。（b）當(dāng)報(bào)警被用戶確認(rèn)，報(bào)警被關(guān)閉或打開，這些信息將存貯在歷史（Events History）存貯器中。（c）當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，將激活MODEM，給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)布報(bào)警信息。以便用戶能夠迅速掌握目前主變的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2我廠主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改進(jìn)建議

目前，我廠在應(yīng)用HYDRAN 201i系統(tǒng)裝置時(shí)，裝置的報(bào)警功能未通過網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控系統(tǒng)。因此，需要在運(yùn)行人員巡回時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)檢查報(bào)警信息，增加了運(yùn)行人員工作量，并且不利于分析監(jiān)測(cè)參數(shù)的變化、發(fā)展趨勢(shì)。

數(shù)字型HYDRAN產(chǎn)品具有聯(lián)網(wǎng)功能。網(wǎng)絡(luò)能力為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以聯(lián)接32臺(tái)控制器和128臺(tái)智能傳送器（即H201Ti）。并且可以通過電話線方式或局域網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

對(duì)于我廠目前使用的HYDRAN 201i系統(tǒng)，通過簡(jiǎn)單的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)模塊、使用信號(hào)電纜接入主控室，成本小，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。對(duì)于集控中心，可通過監(jiān)控系統(tǒng)，加入傳輸信號(hào)實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)測(cè)算，實(shí)現(xiàn)該功能改造成本小，減輕運(yùn)行人員巡回時(shí)間，提高工作效率。

第四章 結(jié)論

電力變壓器故障診斷是個(gè)復(fù)雜的問題，需要綜合在線及離線等多種檢測(cè)手段判別。而變壓器故障發(fā)生與故障前兆之間的聯(lián)系通常是復(fù)雜模糊的、不宜界定的。通過直接測(cè)量值很難準(zhǔn)確判斷出變壓器的當(dāng)前狀態(tài)及故障源發(fā)展趨勢(shì)，而通過變壓器的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，分析比較變壓器運(yùn)行重要參數(shù)變化，通過引用模糊邏輯和多參數(shù)、多層逐步推理方法評(píng)估，能夠得到主變運(yùn)行參數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，有利于及早發(fā)現(xiàn)故障，并減少定期檢修，并向運(yùn)行人員提出合理的建議。

1）采用變壓器油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置可以對(duì)變壓器起到“哨兵”的作用，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛伏性故障，為保證主變安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮積極作用。2）設(shè)定合適的報(bào)警值，啟用手機(jī)短信報(bào)警等功能對(duì)在線監(jiān)測(cè)裝置的有效應(yīng)用非常重要。3）采用色譜技術(shù)的油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)周期最快需4 h左右，但能很直觀地監(jiān)測(cè)到各氣體組分的變化情況。采用燃料電池技術(shù)的油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置具有“準(zhǔn)”、“快”、“簡(jiǎn)”的特點(diǎn)。4）放電性故障發(fā)展速度很快，具有突發(fā)性。選用對(duì)故障氣體響應(yīng)快的監(jiān)測(cè)裝置，若能在火花放電階段被檢出，則有可能防止惡性事故的發(fā)生。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。當(dāng)采用常規(guī)的油中氣體色譜分析，懷疑變壓器內(nèi)部存在過熱性故障時(shí)，采用在線監(jiān)測(cè)裝置彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室色譜分析的不足，大大減少取樣追蹤次數(shù)，而且能很直觀地監(jiān)測(cè)到各氣體組分的變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷其內(nèi)部故障的類型和發(fā)展程度，隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況。5）在選擇油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，需對(duì)監(jiān)測(cè)裝置的特點(diǎn)及變壓器狀況作綜合評(píng)價(jià)。在線監(jiān)測(cè)裝置的選擇應(yīng)以具有“準(zhǔn)”、“快”、“簡(jiǎn)”特點(diǎn)的在線監(jiān)測(cè)裝置為主比較合理，從而使短期內(nèi)可能釀成事故的放電性故障得到有效監(jiān)測(cè)和處理。同時(shí)，考慮到此類在線監(jiān)測(cè)裝置不能監(jiān)測(cè)到各故障氣體的組分含量，對(duì)故障性質(zhì)不易作出有效判斷，采購(gòu)一些便于移動(dòng)的在線色譜技術(shù)的油中氣體在線監(jiān)測(cè)裝置，根據(jù)常規(guī)色譜分析結(jié)果，對(duì)疑似故障及異常主變進(jìn)行有針對(duì)性的“在線”監(jiān)測(cè)，是符合我國(guó)國(guó)情的安全經(jīng)濟(jì)有實(shí)教的方法。

本文通過分析比較主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)和傳統(tǒng)定期檢修得出主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在對(duì)保證電力系統(tǒng)可靠供電，減低運(yùn)行成本上具有的優(yōu)勢(shì)。對(duì)我廠主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出的改進(jìn)建議更有利于降低運(yùn)行人員巡視檢查工作量，提高工作效率，并有利于充分發(fā)揮在線監(jiān)測(cè)裝置的作用。

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作者簡(jiǎn)介：崔焱鑫，長(zhǎng)期從事機(jī)電設(shè)備運(yùn)行及技術(shù)管理工作，現(xiàn)在崗位是：龔嘴水力發(fā)電總廠銅站運(yùn)維處副值長(zhǎng)。

四川省樂山市沙灣區(qū)龔嘴水力發(fā)電總廠銅站運(yùn)維處，四川樂山?614900