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电气设备绝缘在线监测系统的应用
 
慧聪网   2005年12月13日10时21分      

   摘要: 在线监测系统的原理、结构及在实际中的应用。

   关键词: 在线监测 绝缘 色谱 分析 单元

前言
 
    在40 年代,因电网电压等级低、容量小,电气设备发生故障所带来的损失和影响不大因此人们采用事故后维修制,即设备损坏后,停电进行维修。此后,电网容量逐渐增大,电压等级也随之提高,设备故障所产生的影响也相应增大,因此,从事故后维修制逐渐发展到预测性维修制。从50年代起,由于110KV~220KV电压等级的电网已有相当规模,设备故障所产生的影响也更大,用户对供电的可靠性要求也相应提高,于是从预测性维修制逐渐演变为维修预防制。在预测性维修制逐渐演变为维修预防制的过渡中,人们逐渐探索定期对某些设备的绝缘停电作非破坏性和破坏性试验研究,逐渐总结出了对某些设备的预防性试验试行标准,并逐渐形成了局部预防性维修体系;从60年代起,各国相继制定出了比较规范的停电预防性试验标准,从而进入了预防性维修制时代,并将这种观念一直延续至今。
 
    进入预防性维修制时代后,人们逐渐认识和发现定期停电进行预防性试验的缺陷和不足。当一台大型电气设备的某一元件的绝缘有缺陷时,往往反映不灵敏,即使整体预防性试验合格,仍然时有故障发生。例如我局1998年站街变206开关CT在高压试验中合格,但却发生了爆炸的事故。由于现行的预防性试验电压太低,无法真实反映运行电压下的绝缘性能和整个工作情况,因此必需对现行的预防性维修制进行根本的变革,其发展方向必然是采用在线监测及诊断技术,并探索以在线监测为基础的状态检修制。
 
    因我局目前在观水变电站采用的在线监测装置是重庆大学高电压技术与系统信息监测中心研制的变压器油中六种溶解气体在线监测诊断装置。所以我们以下主要介绍我局这一套油中气体在线监测装置的使用情况。
 
在线监测诊断装置在实际中的应用
 
  我局目前在观水变电站一号主变上采用的在线监测装置是重庆大学高电压技术与系统信息监测中心研制的DZJ-Ⅲ型电气设备绝缘在线监测装置。已于2000年3月15日进入试运行状态。
 
监测的原理及方法:
 
   电力变压器不仅属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备之列,而且也是导致电力系统事故最多的设备之一,因此,国内外不仅要定期作以预防性试验为基础的预防性维护,而且相继都在研究以在线监测为基础的预知性维护策略,以便实时或定时在线监测与诊断潜伏性故障或缺陷。变压器在发生突发性事故之前,绝缘的劣化及潜伏性故障在运行电压下将产生光、电、声、热、化学变化等一系列效应及信息。对于大型电力变压器,目前几乎是用油来绝缘和散热,变压器油与油中的固体有机绝缘材料(纸和纸板等)在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质,裂解成低分子气体;变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。随着故障的缓慢发展,裂解出来的气体形成泡在油中经过对流、扩散作用,就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障,其产生的气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度,可以作为反映电气设备异常的特征量。
 
    从预防性维修制形成以来,电力运行部门通过对运行中的变压器定期分析其溶解于油中的气体组分、含量及产气速率,总结出了能够及早发现变压器内部存在潜伏性故障、判断其是否会危及安全运行的方法即油色谱分析法。油色谱分析法是将变压器油取回实验室中用色谱仪进行分析,不仅不受现场复杂电磁场的干扰,而且可以发现油设备中一些用介损和局部放电法所不能发现的局部性过热等缺陷。但常规的油色谱分析法存在一系列不足之处:不仅脱气中可能存在较大的人为误差,而且检测曲线的人工修正法也会加大误差,从取油样到实验室分析,作业程序复杂,花费的时间和费用较高,在技术经济上不能适应电力系统发展的需要;检测周期长,不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势;因受其设备费用和技术力量的限制,不可能每个电站都配备油色谱分析仪,运行人员无法随时掌握和监视本站变压器的运行状况,从而会加大事故率。
 
    对于变压器油中溶解气体色谱分析的在线监测方法,虽然仍以油中溶解气体为反映故障的特征量,但它是直接在变压器现场实现油色谱的定时在线智能化监测于故障诊断。
 
    常规的离线油色谱分析法与在线监测法都是分析油中溶解气体的组分及浓度,本质上都与变压器的运行状态有关,因此故障诊断的方法应有同一标准。虽然各国对油色谱分析的故障诊断方法有所不同,但基本上都以国际电工委员会(IEC)的三比值法为基础。
 
    重庆大学高电压技术与系统信息监测中心综合比较国内外现有离线和在线监测装置的基础上,经过可行性验究,研制出的变压器油中六种溶解气体在线监测诊断装置。其原理框图如下:
在线监测诊断装置结构:
1.油气分离单元
油气分离单元包括:不渗透油只渗透各种气体的透气膜,集存渗透气体的测量管和装在变压器本体放油阀上变换气流通过的六通阀以及电动设备;
2.气体检测单元
气体检测单元包括:分离混合气体的气体离柱及检测气体的传感器,控制气体分离柱工作温度的恒温箱、载气、继电器自动控制以及辅助电路设施;
3.微机控制及诊断单元
微机控制及诊断单元主要由主板、接口板、电源部分以及打印输出、显示属出部分组成。
要实现在现场对六种气体的长期可靠监测,硬件的防干扰措施十分必要。下图是将气体分离和检测部分置于控制室,这样减轻了控制强电部分动作时电磁场的干扰,采用微机地(GND)与强电地完全分开的方式,避免了控制系统动作时地电位上升对微机系统的不良影响。
在2000年4、5月中对观水变电站1#主变的高压试验及离线油化试验结果表明该主变处于正常状态。
下表是2000年4-5月在线监测装置所测得的数据:

采样日期
氢气
甲烷
乙烷
乙烯
乙炔
总烃
诊断结果
H2
CH4
C2H6
C2H4
C2H2
 
2000.4.1
19.6
7.5
5.4
0.1
487.7
33.6
无故障
2000.4.3
24.6
6.2
4.2
0.0
562.7
33.1
无故障
2000.4.5
18.7
7.9
4.1
0.0
540.1
32.7
无故障
2000.4.7
21.6
6.6
3.9
0.0
521.1
30.5
无故障
2000.4.8
20.7
7.4
3.8
0.0
504.5
35.5
无故障
2000.4.10
23.7
8.2
4.7
0.0
490.3
36.6
无故障
2000.4.12
23.2
6.0
5.6
0.0
577.9
34.8
无故障
2000.4.14
22.7
7.9
4.5
0.0
567.3
35.2
无故障
2000.4.16.
22.4
6.8
4.4
0.0
458.1
33.6
无故障
2000.4.17
22.0
7.7
3.4
0.0
550.1
33.4
无故障
2000.4.19
21.8
7.6
4.3
0.0
543.3
34.7
无故障
2000.4.21
21.5
8.5
5.3
0.0
637.4
33.3
无故障
2000.4.23
21.3
7.4
5.2
0.0
532.3
37.0
无故障
2000.4.25
23.0
7.9
4.5
0.0
537.8
32.5
无故障
2000.4.27
27.0
8.9
6.2
0.0
624.0
41.1
无故障
2000.4.28
20.8
6.3
4.2
0.0
520.8
32.3
无故障
2000.4.30
23.0
7.3
5.0
0.0
549.5
35.2
无故障
2000.5.3
21.0
6.5
4.4
0.0
513.7
32.4
无故障
2000.5.7
21.1
6.6
4.5
0.0
510.4
32.5
无故障
2000.5.11
20.2
6.3
4.3
0.0
491.6
31.1
无故障
2000.5.15
19.8
6.2
4.2
0.0
480.9
30.5
无故障
2000.5.19
19.2
6.0
4.1
0.0
466.8
29.6
无故障
2000.5.22
18.8
5.9
4.0
0.0
454.9
28.8
无故障
2000.5.26
18.2
5.7
3.8
0.0
442.4
28.0
无故障
2000.5.30
17.8
5.6
3.7
0.0
430.7
27.3
无故障

从以上数据可以看出,所测结果比较稳定,得出的结论和变压器实际健康状况相符。
下表为修试所化验班取样分析与在线监测装置油分析结果的对比:

采样方式采样日期氢气甲烷乙烷乙烯乙炔一氧化碳总烃诊断结果
H2 CH4C2H6   C2H4 C2H2CO
自动2000.4.1023.78.24.723.70.0490.336.6无故障
人工2000.4.10169.3——16.1——61125.4无故障
自动2000.5.1120.26.34.320.60.0491.631.1无故障
人工2000.5.11369.64.118.40.658032.7无故障

    从上表对比可以看出在线监测装置所测的数值与人工取样所测的数据基本上相符,且象C2H2、总烃等主要气体的数据相差不大,比较真实的反映变压器的实际状况。当然仅仅两次数据的对比是远远不够的,并且由于有环境、人工取样手段等的因素影响,数据也不可能完全一样。我们还将取更多的离线和在线监测数据进行对比。且将变压器在无故障正常的运行情况下,取多组油样检测,将自动和人工所得的数据绘制时间与气体座标的曲线图进行比较,及在变压器故障时离线和在线监测数据进行对比。这样对在线监测的判断将更有依据。
 
    此绝缘监测系统具有很强的扩展性,硬件部份,微机控制及诊断单元留得有接口,系统软件采用灵活的、模块化的软件,可随时加入其它监测项目,如局部放电的监测等。该系统还具有故障报警功能,可及时发出警告,让工作人员有充分时间采取相应措施。
 
    虽然在线监测装置已投入实际运用,但厂家还必需在检测精度和检测气体种类、价格与装置结构、系统软件等关键技术上作大量的研究,根据实际运用中发现的问题进行逐步改进。现阶段在线监测装置还只能作为一种辅助检测装置,无法取代人工定期取样化验分析。
 
    在线监测及诊断技术在我国有良好的运用前景。通过使用、总结、提高后,可推广用于高压电容型设备介质损耗的监测,铁芯电流和污秽电流的监测,温度、湿度的监测,局部放电的监测,逐步取代离线人工监测。为我局实现以在线监测为基础的状态检修打下良好的基础。
 
作者:殷健 陈林 
 
 
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