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变压器状态检修技术的应用
2010-08-18 16:00:53 来源:运行与维护 作者:苗桂喜 【 】 浏览:607次 评论:0

    摘要:介绍了变压器状态检修技术检测的几个方面及存在的不足。
    1.变压器状态检修的意义
    电力变压器是电力系统中的重要设备,也是容易导致电力系统事故的设备。传统的定期检修方式为设备的安全运行起到了一定的作用,但也存在问题,如由于同类设备的运行状况、所带负荷、短路冲击次数、运行环境、制造原理及制造水平等不同,若都按同一周期进行检修,不符合客观实际情况。另一方面,由于电力走向市场,对供电的连续性和可靠性要求越来越高,而传统的停电试验、维护以及定期检修影响供电可靠性,可见,定期检修方式已不满足要求。因此,不仅需要定期进行以预防性试验为基础的预防性维护,而且需要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和缺陷。
    2.变压器状态检修的应用
    变压器状态检修应从油中溶解气体色谱在线分析、绕组局部放电在线分析和套管绝缘信息在线监测3方面进行。
    (1)变压器油中溶解气体色谱在线监测装置
    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、化学等一系列变化。目前大型电力变压器基本上都是用油绝缘及散热,变压器油及其中的固体有机绝缘材料在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等作用会逐渐变质,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气泡,经过对流、扩散作用,不断地溶解在油中。同一性质的故障产生的气体的组分和含量可以作为反映设备异常的特征量。
    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与故障诊断。
    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统一标准。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的三比值法为基础。
    变压器油中溶解气体色谱在线监测装置(原理见图1),由仅能使气体分子透过的高分子透气膜(F46膜)组成油气分离单元,将其常年置于变压器旁,实现变压器油中的油气自动分离。采用分辩率极高的多传感气敏元件对分离气体实施检测,检测运行变压器油中的H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6 6种溶解气体。气体传感器输出的电信号经过放大滤波等环节,并转换为数字信号,传输到主控室计算机中进行存储,在主控室中就可以对色谱监测数据进行分析处理。

未命名.JPG

图1变压器油中溶解气体色谱在线监测装置工作原理


    变压器油中溶解气体色谱在线监测装置的安装示意图如图2所示。

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图2变压器油中溶解气体色谱在线监测装置安装示意图


1.阀门;2.控制信号线;3.油气分离器;4.油循环管路或放油阀;5.色谱监测控制箱;6.信号和控制电缆
    (2)变压器绕组局部放电(局放)在线分析
    ①原理。对不同变压器绕组的测试发现,变压器绕组普遍存在一个频率特性比较平坦的范围,即电容性网络区。局部放电脉冲宽度在几纳秒到数十纳秒之间,在变压器内沿绕组以陡脉冲形式向两端传播。由于变压器可近似等效成一个电容梯形网络,因此,在放电开始瞬间,绕组的两端就会出现局部放电陡脉冲对应于电容网络区的电容传递分量。通过测量这个分量,并找到两个电容分量与绕组上位置的对应关系,就可以精确测量并确定局部放电的大小和发生位置。通过局部放电的检测与分析,可对变压器的异物放电、绕组变形、绝缘破坏等事故隐患作出正确判断。
    局部放电在线监测系统主要由高频谐振式电流传感器、抗干扰调节系统及信号采集系统组成。监测系统为窄频带系统,中心频率280kHz,带宽约180kHz。
    ②现场干扰的消除。
    由于局部放电信号的干扰较强,本监测装置采用电磁兼容技术及软硬件相结合的方法消除干扰。
    由于输出电缆的电容严重影响传感器的频率特性,为了消除其对传感器输出特性的影响,采用有源电流传感器。传感器内部加驱动电容负载能力很强的前置放大电路,电源通过三芯电缆供电。前置放大电路选用高速运算放大器进行信号放大,传输信号的同轴电缆采用首端匹配方式。
    抗干扰调节系统是局部放电在线监测系统的重要组成部分,采用多端调节一定向耦合差动平衡法抑制外部干扰,是基于大型电力变压器在特定的频率范围内可以等效为电容性网络的原理。
    软件采用自适应滤波、相关性分析、小波分析、分形和神经网络等多种信号处理方法的结合,去除周期性噪声,提取出有用的局放信号。
    由监测到的局部放电量、放电次数、放电相位形成三维谱图,并通过神经网络、专家系统进行模式识别,诊断出故障类型、放电区段等。
    ③现场安装(图3)。

未命名.JPG

图3局放装置的现场安装示意图
1、2、3.高频电流传感器的A、B、C相;

4.高频信号放大单元;5.信号电缆


    (3)变压器套管绝缘信息在线监测
    变压器套管绝缘信息在线监测是利用设备的运行电压,通过无源传感器在线测量变压器套管的一次泄露电流、等值电容、介损等数据,通过自身连续监测的数据,以“纵比”(与同一设备连续检测的数据比)为主,“横比”(与同类设备的在线监测值比)为辅,对变压器套管绝缘状况进行实时检测,并对其绝缘情况作出专家分析,供技术人员参考,及时发现变压器套管绝缘隐患.减少变压器故障的发生。
    3.变压器状态检修的不足
    ①变压器油中溶解气体色谱在线监测装置还必须在检测精度和检测气体种类、装置结构及系统软件等关键技术上作大量的研究,根据实际运行中发现的问题逐步改进。
    ②由于干扰的存在及测试电压的不同,局部放电测量及套管绝缘信息测量的绝缘数据与停电测量的数据存在差距,无法替代停电测量数据,数据只能用以“纵比”、“横比”分析以发现故障隐患,并作为是否停电作预防性试验的依据,逐渐加长预防性试验的周期,为从预防性维修制过渡到状态维修制提供条件。
    ③变压器的健康状况还与其他一些参数有关,如运行负荷、运行温度、维护情况、短路情况、缺陷情况等,综合各种数据,才能对变压器的状态作出真实的评价,因此目前的在线检测手段只是为评价变压器的状态多提供了一种判据。
    4.小结
    对变压器健康状况的分析手段大致有3种:运行中的直观分析(声音、油温、油色、接头温度、设备缺陷等)、常规试验(油化试验、高压试验)、不间断的带电检测数据(色谱在线检测、局放在线检测、套管绝缘信息检测等),这三方面的数据是相互紧密联系的。因此,要综合分析这三方面的情况,才能对变压器状态作出客观、真实、全面的评价。
    在线检测手段相对传统检修而言,节省了大量人力、物力、财力,提高了设备的利用系数,加大了设备的安全水平,降低了设备的检修风险。随着在线检测技术的进一步提高及监测项目的增加,在线检测将逐步取代离线人工检测,实现设备真正的状态检修。

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Tags:变压器 状态检修 责任编辑:草木含羞

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