電力變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)

1、電力變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)1 1 前言 在電力系統(tǒng)中，變壓器非常重要，也是非常昂貴的設(shè)備。其 主要實現(xiàn)電能的分配、 電壓的轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)移的作用。 電力系統(tǒng)安 全與否、 供電性能是否可靠、 運行是否經(jīng)濟與變壓器有著直接的 關(guān)系。所以，變壓器的正常運行對整個電力系統(tǒng)而言非常重要。 但是因為變壓器常處于不停歇工作的狀態(tài)， 所以無法避免故障的 產(chǎn)生。導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)事故的原因很多， 其中包括變壓器在安裝、 維護(hù)、檢修時，沒有嚴(yán)格按照相關(guān)要求，導(dǎo)致變壓器存在一定的 缺陷，存在嚴(yán)重的故障隱患； 自然災(zāi)害也是導(dǎo)致變壓器發(fā)生故障 及事故的重要原因； 因為變壓器長期處于運行的狀態(tài)， 所以其組 成材質(zhì)逐漸劣化， 為事

2、故的發(fā)生埋下隱患， 已經(jīng)成為導(dǎo)致變壓器 出現(xiàn)故障的主要原因。 因為無法避免變壓器故障的出現(xiàn)， 對其故 障實現(xiàn)早期預(yù)測以及準(zhǔn)確的診斷非常重要，也具有較強的實用 性。所以，在線監(jiān)測變壓器、及時了解變壓器的設(shè)備以及運行狀 態(tài)是電力工作人員追求的工作目標(biāo)。 目前， 按照油中氣體溶解的 情況，采用氣相色譜分析的方法以及預(yù)防性試驗的產(chǎn)生結(jié)果來判 斷變壓器的運行情況， 有效的防止了變壓器出現(xiàn)事故的幾率。 但 是此類方法也有一定的缺陷， 因例行試驗需要定期執(zhí)行， 沒有考 慮到相關(guān)設(shè)備的實際運行情況， 極有可能產(chǎn)生不必要停機以及維 修過多的情況， 發(fā)現(xiàn)缺陷的時間也不及時。 如果在電壓運行的狀 態(tài)下，試驗及校驗高

3、壓設(shè)備的各種情況， 可以有效提高實驗的靈 敏性、及時性以及真實性，此為在線監(jiān)測特有的優(yōu)勢。油化驗或 者預(yù)防性實驗與在線監(jiān)測相比， 前者的實驗數(shù)據(jù)較少， 而后者的 實驗數(shù)據(jù)比較多，因此，可以很好的統(tǒng)計各種數(shù)據(jù)，減少因數(shù)據(jù) 較少而產(chǎn)生的誤差， 提高判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障的準(zhǔn)確性。 如果 在預(yù)防性的試驗中加入在線監(jiān)測， 將會在眾多方面優(yōu)化預(yù)防性的 不足之處。將兩者相互結(jié)合，有效減少變壓器故障發(fā)生的可能， 促使電網(wǎng)的高效、可靠的運行。所以，在線監(jiān)測的方法使用到變 壓器的檢測中十分必要，可以有效的避免各項事故的產(chǎn)生。變壓器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架如圖 1 1 所示 目前國內(nèi)外使用或研究中的變壓器絕緣在線監(jiān)測方法有

4、如 下幾種：（ 1 1）變壓器局部放電的在線監(jiān)測；（ 2 2）變壓器油中溶 解氣體的在線監(jiān)測； （3 3）變壓器鐵芯多點接地的在線監(jiān)測； （ 4 4） 變壓器過電壓的在線監(jiān)測；（ 5 5）變壓器油中微量水分的在線監(jiān) 測；（ 6 6）變壓器內(nèi)部溫度的在線監(jiān)測；（ 7 7）變壓器絕緣老化程 度的在線監(jiān)測。在線監(jiān)測油浸電力變壓器的方法主要有兩種， 分別是在線監(jiān) 測局部放電以及油中溶解的氣體。 下面， 本文將詳細(xì)介紹這兩種 監(jiān)測方法。2 2 局部放電的在線監(jiān)測 固體絕緣中， 經(jīng)常出現(xiàn)兩種故障， 分別是局部損傷與氣隙故 障。這兩種缺陷產(chǎn)生的主要原因是在設(shè)備運行的過程中， 因自然 環(huán)境、機械應(yīng)力等方面的影

5、響，絕緣結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、破壞、分解 以及老化等問題。除此之外，還有一些缺陷是在制造的過程中， 存在未除凈的問題。 這一系列的缺陷都是導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)局部放 電的因素。 主要原因是當(dāng)某些部位存在缺陷， 那么其電場分布比 較集中， 當(dāng)外部施加的電壓達(dá)到一定程度以后， 而電場強度沒有 達(dá)到足夠的要求， 大于該物質(zhì)的游離電場強度， 那么游離放電就 會在此處產(chǎn)生，這就是局部放電。2.12.1 局部放電對變壓器絕緣的危害在變壓器的運行中， 如果出現(xiàn)局部放電的現(xiàn)象， 那么將會產(chǎn) 生嚴(yán)重危害。 產(chǎn)生破壞作用的主要因素有四方面。 分別是帶電微 粒轟擊、熱力的作用、輻射線以及沖擊波的作用、局部放電伴隨 化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)生

6、等。如果變壓器在運行時產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象， 那么放電的位置 將會出現(xiàn)高溫， 很容易導(dǎo)致固體出現(xiàn)絕緣化的現(xiàn)象， 影響著絕緣 材料以及有機物的使用壽命，還可能導(dǎo)致絕緣油出現(xiàn)劣化的現(xiàn) 象。放電處因化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生各種氣體，腐蝕著絕緣材料，破壞 結(jié)緣結(jié)構(gòu)，造成絕緣材料受到損傷。因此，變壓器采用在線監(jiān)測 局部放電的故障， 可以將絕緣材料的發(fā)展趨勢以及絕緣情況清晰 的反應(yīng)出來。2.22.2 變壓器局部放電的測量方法 變壓器局部放電的測量主要是按照生產(chǎn)需要而開始執(zhí)行的。分析變壓器被擊穿的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)， 很多原因都與局部放電有關(guān)， 所 以變壓器在出廠之前， 要對其局部放電進(jìn)行測量。 測量變壓器的 局部電壓主要有電測

7、法以及非電測法兩種類型。非電測法是利用局部放電產(chǎn)生的各種非電信息來測定局部 放電的方法，主要有：（ 1 1）超聲波法；（ 2 2）測光法；（ 3 3）測 分解或生成物法。電測法是根據(jù)局部放電產(chǎn)生的各種信息來測量的方法， 主要 有：（ 1 1）脈沖電流法；（ 2 2）無線電干擾法；（ 3 3）放電能量法。由上述發(fā)現(xiàn)， 變壓器在線監(jiān)測局部放電的方法有超聲波法與 脈沖電流法兩種。 超聲波法具有較強的抗電磁性， 而靈敏度能力 較弱，而且鐵芯電磁振動以及機構(gòu)振動會產(chǎn)生一定的干擾。 脈沖 電流法具有較高的靈敏度，但是其在抗干擾的能力方面存在欠 缺。3 3 變壓器油中溶解氣體的在線監(jiān)測 當(dāng)前，判斷變壓器等設(shè)

8、備安全隱患的方法通常采用氣相色譜 法。但是這種方法人工操作性較差，作業(yè)程序較為復(fù)雜，而且很 難發(fā)現(xiàn)兩次實驗間的缺陷。 就測量局部放電而言， 采用色譜分析 的方法具有較強的抗干擾能力。 所以， 當(dāng)前全球?qū)W者對變壓器油 中的診斷以及在線分析非常重視。3.13.1 變壓器油在線監(jiān)測的原理 變壓器潛伏性的故障共有兩類，分別是電性故障與熱性故 障。電性故障主要指的是局部放電以及電弧放電， 熱性故障指的 是局部短路、 鐵芯與多點接觸而導(dǎo)致局部過熱。 不論是何種故障 方式， 或者是絕緣介質(zhì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象， 都將會造成絕緣介質(zhì)出現(xiàn) 劣解，并伴隨多種氣體產(chǎn)生。采用油氣相色譜分析法，可以準(zhǔn)確 的定量檢測劣解出來的氣

9、體， 還可以反應(yīng)出變壓器絕緣介質(zhì)的老 化情況以及故障。 分析溶解氣體可以反應(yīng)出變壓器內(nèi)部所潛伏的 障礙，而且故障的能量與油中溶解氣體有著直接的關(guān)系。3.23.2 變壓器油在線監(jiān)測的氣體檢測方法當(dāng)從油中分離出氣體后， 有兩大類方法對分離出的氣體進(jìn)行 定量檢測。一類是利用色譜柱把不同的氣體進(jìn)行分離， 然后用傳感器檢 測，運用此方法可檢測的氣體有 COCO CH4CH4 C2H4C2H4等氣體。一方面， 此方法具有非常復(fù)雜的監(jiān)測原理， 還要定期跟換檢測中的氣體分 離柱，后期維護(hù)工作很繁雜。另一方面，氣體分離柱具有吸附氣 體的性質(zhì)，這將會影響到整個檢測系統(tǒng)的靈敏度，在檢測時，對 氣體傳感器的要求很高，

10、尤其是檢測C2H2C2H2所用的傳感器。另一類不需要利用色譜柱， 僅需要對某種氣體敏感的傳感器 進(jìn)行檢測（一般情況下為半導(dǎo)體的氣敏元件），然后根據(jù)氣體傳 感器的使用情況對其進(jìn)行分析。 運用此方法可檢測的氣體有： H2H2、 COCO CH4CH4 C2H2C2H2 C2H4C2H4 C2H6C2H6雖然這類裝置對傳感器的要求較 高，但是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，而且后期的維護(hù)工作也較少（也 需要對裝置進(jìn)行定期校正和調(diào)整）?？偠灾?，全球都加大了對油浸電力設(shè)備采取氣體色譜分析 診斷的設(shè)備以及自定檢測的方法的研究力度。 某些研究產(chǎn)品已經(jīng) 投入到實際使用中。 研究此類問題的關(guān)鍵是如果在運行現(xiàn)場中簡 便的脫

11、出油中的氣體以及采取何種方法測量氣體的數(shù)量。3.33.3 變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測裝置的基本功能 當(dāng)前的在線監(jiān)測設(shè)備都是建立在計算機與通訊的基礎(chǔ)上， 需 要得到計算機與通訊的科學(xué)技術(shù)。 因此在線的檢測系統(tǒng)都擁有先 進(jìn)的數(shù)據(jù)處理功能、 及時的報警功能及信息數(shù)據(jù)的長距離傳輸功 能。在變壓油體系中，氣體進(jìn)行溶解時，系統(tǒng)都可以顯示出被測 氣體濃度的變化及進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的儲存。 同時，氣體的密度達(dá)到 一定界限時， 能夠及時的給予預(yù)警提示， 向相關(guān)部門提供數(shù)據(jù)的 傳送，還能與專家系統(tǒng)進(jìn)行合作斬斷系統(tǒng)問題。3.43.4 變壓器中氣體的勘查設(shè)備在整個體系中， 變壓器是依據(jù)油循環(huán)進(jìn)行勘查。 一般從油箱 中進(jìn)行油樣品的選擇， 然后實施脫氣處理， 將油樣品重新傳遞到 變壓器設(shè)備中。由此可以看出取油流程、回油準(zhǔn)確性的重要性。 在系統(tǒng)運行中， 從變壓器的中間位置進(jìn)行油樣的提取， 可以保障 油樣品的質(zhì)量。圖 2 2 為常用變壓器取油閥和回油閥示意圖。圖2 2 主變油色譜安裝位置示意圖圖 3 3、4 4 為油閥的兩種標(biāo)準(zhǔn)接口，油閥球閥和油閥蝶閥：圖3 3 注油球閥尺寸 圖4 4 注油蝶閥圖 5 5 為油中溶解氣體的安裝示意圖：圖 3-43-4 油色譜安裝示意圖4 4 結(jié)束語當(dāng)前，檢測變壓器運行狀況的兩種主要方法是在線監(jiān)測局部 放電及在線分析油內(nèi)溶解的氣體兩種方法。