變壓器油故障的在線檢測(cè)與診斷

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摘要：由于大型電力變壓器具有互補(bǔ)性、冗余性、和較強(qiáng)的不確定性等特點(diǎn)，所以本文將在分析變壓器油故障的基礎(chǔ)上提出在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和診斷技術(shù)用于檢測(cè)變壓器的油故障，并提出診斷模型用于變壓器油故障的判斷。 

關(guān)鍵詞：電力變壓器、故障診斷、在線監(jiān)測(cè)  abstract: as a result of complementary, redundancy, and uncertainty are the characteristics of large power transformer, this paper will analyze the transformer oil and fault that is proposed based on the on-line monitoring technology and diagnosis technology for the detection of transformer oil and fault diagnosis model, is proposed for fault diagnosis of transformer oil.  中圖分類(lèi)號(hào)：f407.61文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：  引言  在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是分析目前對(duì)電力變壓器進(jìn)行故障診斷最方便、有效的手段之一。在線檢測(cè)技術(shù)極大地提高絕緣診斷的效率和準(zhǔn)確性同時(shí)還可節(jié)約大量的人力和物力的損耗。并且，根據(jù)被測(cè)設(shè)備的當(dāng)前工作數(shù)據(jù)，結(jié)合過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，用先進(jìn)的方法及時(shí)而全面地進(jìn)行綜合分析判斷，為捕捉早期潛伏性故障隱患提供指導(dǎo)。在線監(jiān)測(cè)是保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和工作的重要環(huán)節(jié)之一，它可以為設(shè)備的故障提早發(fā)出警示，以確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行。  大型變壓器一般都為油浸式變壓器，采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)。油在變壓器當(dāng)中起到絕緣和冷卻的作用。變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，由于熱和電的作用，變壓器油會(huì)逐漸老化并分解產(chǎn)生少量的低分子烴(氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烯)等氣體，當(dāng)存在潛伏性故障時(shí)，會(huì)加快這些氣體的產(chǎn)生速度，因此要監(jiān)視變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，利用離線和在線技術(shù)對(duì)油中氣體的定性定量分析，其意義是十分重要的，實(shí)踐證明，也是非常有效的手段。  1、變壓器油質(zhì)劣化因素及其對(duì)策  1.1變壓器油劣化因素  (1)設(shè)備條件。變壓器設(shè)備設(shè)計(jì)制造采用小間隰，運(yùn)行中易出現(xiàn)熱點(diǎn)，不僅促使固體絕緣材料老化，也加速油的老化。一般溫度從60一70℃起，每增加10°c油氧化速度約增加一倍。另外，設(shè)備的嚴(yán)密性不夠，漏進(jìn)水分，會(huì)促進(jìn)油的老化，選用固體絕緣材料不當(dāng)，與油的相溶性不好，也會(huì)促進(jìn)油的老化，所以設(shè)備設(shè)計(jì)和選用絕緣材料都對(duì)油的使用壽命有影響。  (2)運(yùn)行條件。變壓器、電抗器等充油電氣設(shè)備如在正常條件下運(yùn)行，一般油品都應(yīng)有一定的氧化安定性，但當(dāng)設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行或出現(xiàn)局部過(guò)熱，油溫增高時(shí)，油的老化相應(yīng)加速。  (3)污染問(wèn)題。新油注入設(shè)備時(shí)，都要通過(guò)真空精密過(guò)濾、脫氣、脫水和除去雜質(zhì)。當(dāng)清潔干燥油注入設(shè)備后，油的介質(zhì)損耗因數(shù)有時(shí)會(huì)增大，甚至超過(guò)運(yùn)行中規(guī)定2％的最低限值。  (4)運(yùn)行中維護(hù)。運(yùn)行中油的維護(hù)很重要，目前變壓器大部分不是全密封，如果呼吸器內(nèi)的干燥劑失效不能及時(shí)更換，將潮氣帶人油內(nèi)，油內(nèi)抗吸附劑失效后，未能及時(shí)補(bǔ)加，會(huì)促使油的氧化變質(zhì)。  1.2 對(duì)策  綜上所述。影響變壓器油質(zhì)劣化的因素是多方面的。既有人的因素，也有設(shè)備因素，但歸根結(jié)底是人的因素。只要充分認(rèn)識(shí)油質(zhì)對(duì)設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要關(guān)系，增強(qiáng)責(zé)任感和事業(yè)心，那么不論設(shè)備問(wèn)題，還是管理問(wèn)題都會(huì)迎刃而解，就油質(zhì)對(duì)策，在此不妨提出幾點(diǎn)看法：  (1)積極推廣應(yīng)用新技術(shù)，徹底改變變壓器因密封不嚴(yán)而產(chǎn)生漏油的弊端；  (2)加強(qiáng)管理，完善油務(wù)監(jiān)督；  (3)充分發(fā)揮油處理設(shè)備的作用；  (4)完善新油的入庫(kù)檢驗(yàn)制度和變壓器油的保管、發(fā)放(領(lǐng)用制度)規(guī)定；  (5)加強(qiáng)變壓器油務(wù)監(jiān)督管理。  為使變壓器油運(yùn)行良好，這就要求變壓器油具有較高的閃點(diǎn)、擊穿電壓、界面張力、水溶性酸ph值，同時(shí)保持較低的水分、介質(zhì)損耗因數(shù)、酸值，同時(shí)還要求變壓器油透明、無(wú)雜質(zhì)或懸浮物，月前變k器用油的牌號(hào)以25號(hào)居多，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行要求如下表所示  2 、故障在線檢測(cè)與診斷  在線監(jiān)測(cè)技術(shù)中，由各種傳感器所采集的信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的轉(zhuǎn)換和處理后，統(tǒng)一送進(jìn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析，綜合分析判斷后輸出結(jié)果。如發(fā)現(xiàn)異常，可警  報(bào)或進(jìn)行相應(yīng)的操作，也可以與上一級(jí)檢測(cè)中心相連[1]，如圖1一1所示。  2.1在線檢測(cè)的原理與方法  由于溫度對(duì)油中微水含量的變化狀態(tài)及傳感器測(cè)量過(guò)程的影響，所以為了精確地在線測(cè)量由衷的油中的微水含量，需要將溫度傳感器和溫度傳感器安裝在變壓器的油流回路中，同時(shí)對(duì)溫度和溫度信號(hào)采樣，以便真實(shí)的反應(yīng)油中的微水含量。  對(duì)變壓器中微水含量實(shí)施在線監(jiān)測(cè)時(shí)，傳感器是其中非常關(guān)鍵的部分，用于油中微水含量在線監(jiān)測(cè)的傳感器需要承受變壓器苛刻的運(yùn)行環(huán)境，這包括100℃的頂層最高溫度和140℃的最熱點(diǎn)溫度，與傳統(tǒng)的醋酸纖維系濕敏材料相比，聚酰亞胺是一種耐熱性非常好的濕敏材料，由于其具有一個(gè)高度芳香化結(jié)構(gòu)，在－200℃～＋400℃都有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕性，能很好地適應(yīng)變壓器的熱油環(huán)境。聚酰亞胺的分子結(jié)構(gòu)中含有酰亞胺環(huán)，具有一定的吸濕性，且吸水后其相對(duì)介電常數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，利用介電常數(shù)與含水量相關(guān)的原理可制成電容式濕度傳感器。這類(lèi)聚酰亞胺濕度傳感器有較好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，幾乎沒(méi)有濕滯，而且溫度系數(shù)也很小。  圖1-2hydran201i的在線裝置信息流程和原理圖  2.1.1油氣分離單元  油氣分離單元包括：聚四氟乙烯薄膜、脫氣的氣室、kopton膜、銅管、三向閥、干燥過(guò)濾器、溫度控制室、色譜柱、電化學(xué)檢測(cè)器、空氣泵設(shè)備。  2.1.2氣體檢測(cè)單元  氣體檢測(cè)單元包括：分離混合氣體的氣體離柱及檢測(cè)氣體的傳感器，控制氣體分離柱工作溫度的恒溫箱、載氣、繼電器自動(dòng)控制以及輔助電路設(shè)施。  2.1.3微機(jī)控制及診斷單元  微機(jī)控制及診斷單元主要由主板、接口板、電源部分以及打印輸出、顯示屬出部分組成。  2.1.4實(shí)際應(yīng)用情況  2011年3、4月對(duì)某電廠主變的高壓試驗(yàn)及離線油化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明主變處于正常狀態(tài)，下表書(shū)某電廠主變?cè)?011年3-4月在線檢測(cè)裝置所測(cè)得數(shù)據(jù)：  表2 在線檢測(cè)所測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)    注：環(huán)溫：指冷卻水入口溫度。  從以上數(shù)據(jù)可以看出，所測(cè)結(jié)果比較穩(wěn)定，得出的結(jié)論和變壓器實(shí)際健康狀況相符。  下表為某研究院油化取樣分析與在線檢測(cè)裝置分析結(jié)果的對(duì)比：  表3 油化和在線監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)    從上表對(duì)比可以看出在線監(jiān)測(cè)所測(cè)的數(shù)值和研究院油化專業(yè)人工取樣所測(cè)得總烴氣體的數(shù)據(jù)相差不大，比較真實(shí)的反應(yīng)變壓器的實(shí)際情況。當(dāng)然通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的對(duì)比是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，并且由于有環(huán)境、人工取樣手段等的因素影響，數(shù)據(jù)也不可能完全一樣，我們還將通過(guò)預(yù)防性手段及離線和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，這樣對(duì)在線檢測(cè)的判斷將更有依據(jù)。  3、故障檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)  3.1基于網(wǎng)絡(luò)的電力設(shè)備故障集散監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)  電力系統(tǒng)的日益復(fù)雜給電力設(shè)備的安全穩(wěn)定控制提出了新的問(wèn)題. 一個(gè)完善的系統(tǒng)通常都由若干個(gè)子系統(tǒng)組成. 系統(tǒng)的分層、分塊特性使得需要監(jiān)測(cè)的部位非常多. 以前的方法都是采用局部監(jiān)測(cè)、局部故障診斷, 即只在某些關(guān)鍵的部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷,各部位、各設(shè)備之間互不干擾. 現(xiàn)在隨著internet技術(shù)的發(fā)展, 這種方式已不適合實(shí)際生產(chǎn): 一方面造成監(jiān)測(cè)設(shè)備的重復(fù)設(shè)置, 另一方面又很難使各監(jiān)測(cè)信號(hào)之間形成有效的耦合. 取而代之的是進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè), 即對(duì)設(shè)備、變電站, 甚至整個(gè)區(qū)域電力系統(tǒng)形成統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)診斷網(wǎng)絡(luò), 這就是基于網(wǎng)絡(luò)的電力設(shè)備故障集散監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng). 集散監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)是受集散控制系統(tǒng)的影響而產(chǎn)生的. 集散控制系統(tǒng)由于具有可靠性高、性能好、分散控制、集中管理等特點(diǎn)深受用戶歡迎, 很快成為控制系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展方向. 集散監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的特點(diǎn)是形成分布式的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò), 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一由診斷中心進(jìn)行處理和診斷. 它可以提供一個(gè)統(tǒng)一的開(kāi)放式框架, 使各監(jiān)測(cè)點(diǎn)易于加入這一系統(tǒng), 便于管理, 提高確診率. 由于基于網(wǎng)絡(luò)的集散監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)出現(xiàn)時(shí)間較晚, 思路較新, 因此體系還沒(méi)完全形成, 其思想僅散見(jiàn)于幾篇文章之中. 楊叔子教授1997年較為明確的提出了集散監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)概念. 蔣東翔在其學(xué)位論文中已體現(xiàn)了這一思想, 并在診斷中運(yùn)用了基于模糊識(shí)別和基于規(guī)則推理兩種策略用于提高確診率, 其實(shí)質(zhì)就是進(jìn)行診斷集成. 這正是集散監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的重要內(nèi)容.圖1只給出了一個(gè)變電站的監(jiān)測(cè)診斷網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖, 但它已基本具備集散監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的全部特點(diǎn).由于這是一個(gè)開(kāi)放型系統(tǒng), 其它變電站的網(wǎng)絡(luò)也很容易加入, 這樣, 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模將不斷擴(kuò)大, 可形成跨站,跨地區(qū)的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng). 從結(jié)構(gòu)上來(lái)看, 形成了工作站、分站、總站的分組體系結(jié)構(gòu).