探析變壓器狀態(tài)檢修中的多種在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

1、探析變壓器狀態(tài)檢修中的多種在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用引言變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)，涉及到的主體部件為:磁路、繞組及固體絕緣、液體絕緣、和冷卻系統(tǒng)。擬診斷的故障為:過熱性故障、放電性故障、過熱兼放電故障、機(jī)械故障和進(jìn)水受潮等。常用的局部放電監(jiān)測(cè)與診斷，多采用電脈沖信號(hào)法和超聲法。對(duì)電信號(hào)和聲信號(hào)聯(lián)合監(jiān)測(cè)取得理想的定量和定位效果，根據(jù)視在放電量、分布圖譜和放電源的定位，來判斷故障。目前，電力變壓器的在線監(jiān)測(cè)是國(guó)際上研究最多的對(duì)象之一，提出了很多不同的方法。1. 變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的的應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)的基本原則是：能夠?qū)崟r(shí)、自動(dòng)、穩(wěn)定地對(duì)變壓器油中溶解氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不能對(duì)變壓器的正常運(yùn)行造成安全隱患，同時(shí)要適應(yīng)環(huán)境的變

2、化。從檢測(cè)機(jī)理上講，現(xiàn)有油中氣體檢測(cè)裝置大都采用以下四種方法1.1氣相色譜法變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的普遍工作流程圖為：系統(tǒng)在微處理器控制下進(jìn)行熱油冷卻、油中溶解氣體萃取、流路切換與清洗、柱箱與檢測(cè)器溫度控制、樣氣的定量與進(jìn)樣、基線的自動(dòng)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集與處理、定量分析與故障診斷等分析流程。變壓器油在油泵作用下進(jìn)入油氣分離裝置，分離出變壓器油中的溶解氣體，經(jīng)過油氣分離后的變壓器油流回變壓器油箱，萃取出來的氣體在內(nèi)置微型氣泵的作用下進(jìn)入定量管中。定量管中的氣體在載氣作用下進(jìn)入色譜柱，然后檢測(cè)器按氣體流出色譜柱的順序分別將六組分氣體(H2、CO、CH4、C2H4、C2H2和C2H6)變換成電壓信號(hào)。色

3、譜數(shù)據(jù)采集器將采集到的氣體濃度電壓量通過通訊上傳給安裝在主控室的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器根據(jù)儀器的標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，計(jì)算出各組分和總烴的含量以及各自的增長(zhǎng)率。油中溶解水分由單獨(dú)的傳感器檢測(cè)，將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。最后由故障診斷專家系統(tǒng)對(duì)變壓器進(jìn)行故障分析，從而實(shí)現(xiàn)變壓器故障的在線監(jiān)測(cè)。1.2陣列式氣敏傳感器法采用由多個(gè)氣敏傳感器組成的陣列，由于不同傳感器對(duì)不同氣體的敏感度不同，而氣體傳感器的交叉敏感是極其復(fù)雜的非線性關(guān)系，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)的離線訓(xùn)練可以建立各氣體組分濃度與傳感器陣列響應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，消除交叉敏感的影響，從而不需要對(duì)混合氣體進(jìn)行分離，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種氣體濃度的在

4、線監(jiān)測(cè)。其主要缺點(diǎn)是傳感器漂移的累積誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響;訓(xùn)練過程(即標(biāo)定過程)復(fù)雜，一般需要幾十到一百多個(gè)樣本。1.3紅外光譜法紅外光譜氣體檢測(cè)原理是基于氣體分子吸收紅外光的吸光度定律，吸光度與氣體濃度以及光程具有線性關(guān)系。由光譜掃描獲得吸光度并通過吸光度定律計(jì)算可得到氣體的濃度。這種方法具有掃描速度快、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，但其有價(jià)格昂貴。精密光學(xué)器件維護(hù)量大、檢測(cè)所需氣樣較多(至少要100mL)以及對(duì)油蒸汽和濕度敏感等缺點(diǎn)。1.4光聲光譜法光聲光譜檢測(cè)技術(shù)是基于光聲效應(yīng)，光聲效應(yīng)是由于氣體分子吸收電磁輻射(如紅外線)而造成。氣體吸收特定波長(zhǎng)的紅外線后溫度升高，但隨即以釋放熱能的方式退激

5、，釋放出的熱能使氣體產(chǎn)生成比例的壓力波。壓力波的頻率與光源的截波頻率一致，并可通過高靈敏微音器檢測(cè)其強(qiáng)度，壓力波的強(qiáng)度與氣體的濃度成比例關(guān)系。由敏感元件(微音器或壓電元件)檢測(cè)，配合鎖相放大等技術(shù)，就得到反映物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及成分含量的光聲光譜。光聲光譜方法的檢測(cè)精度主要取決于氣體分子特征吸收光譜的選擇、窄帶濾光片的性能和電容型駐極微音器的靈敏度，分析所需樣品量小(僅需2mL3mL)，不需載氣。其主要缺點(diǎn)是檢測(cè)精度不夠高、高透過率的濾光片難以制造以及對(duì)油蒸汽污染敏感，環(huán)境適應(yīng)能力較差。2 變壓器故障的紅外監(jiān)測(cè)紅外技術(shù)是隨著近代光電子技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一門嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，它的主要原理是基于:任何高于絕

6、對(duì)零度的物體都會(huì)因自身分子運(yùn)動(dòng)而輻射出紅外線。紅外線是一種電磁波，其波長(zhǎng)在0.751000 m之間，按波長(zhǎng)范圍分近紅外(0.753 m)、中紅外(36 m)、遠(yuǎn)紅外(615 m)、極遠(yuǎn)紅外(151000 m)。2.1紅外監(jiān)測(cè)的原理2.2紅外診斷主要能發(fā)現(xiàn)的故障類型高壓電氣設(shè)備在正常運(yùn)行情況8 tt t 8. com下，將有部分電能以不同損耗形式轉(zhuǎn)化為熱能，使電氣設(shè)備溫度升高，這些電能損耗主要包括由于www .ddd tt. comwww.ddd tt. com電阻的電流效應(yīng)引起的發(fā)熱;由于 www.ddd tt. com電壓作用在絕緣介質(zhì)上引起的發(fā)熱;由于 www.ddd tt. com鐵芯的

7、磁滯、渦流等電磁效應(yīng)引起的發(fā)熱。高壓電氣設(shè)備存在外部和內(nèi)部故障，外部故障可分為:電氣接頭連接不良;表面污穢或機(jī)械力作用造成外絕緣下降。而內(nèi)部故障主要發(fā)生在導(dǎo)電回路和絕緣介質(zhì)上，一般 SsbbwW.com可概括為:導(dǎo)體連接或接觸不良;介質(zhì)損耗增大;電壓分布不均或泄漏電流過大;絕緣老化、受潮、缺油等產(chǎn)生局部放電、磁回路不正常。對(duì)于變壓器而言，紅外診斷主要能發(fā)現(xiàn)的故障有： 箱體渦流損耗發(fā)熱。主要由于www.ddd tt. com漏磁產(chǎn)生的渦流引起箱體或部分連接螺桿發(fā)熱。 高壓套管缺陷。介質(zhì)損耗增大;套管缺油;導(dǎo)電回路連接件接觸不良目前紅外診斷技術(shù)已在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了較多的故障隱患，為電力

8、系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了可靠保證。3變壓器微水在線監(jiān)測(cè)帶電除水濾油裝置的應(yīng)用3.1變壓器油中的水分產(chǎn)生機(jī)理與危害對(duì)于非密封性變壓器來說，水份不僅通過油枕或安裝不當(dāng)?shù)慕^緣墊圈滲透至變壓器內(nèi)部，長(zhǎng)鏈葡萄糖烴類分子(絕緣紙和絕緣合成纖維板的成分)的分解也會(huì)產(chǎn)生水。水分的含量對(duì)變壓器油的絕緣性起著決定性的影響，油中過多的含水量將加速絕緣材料的老化，并降低絕緣性，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行的不穩(wěn)定和潛在危險(xiǎn)，而高溫時(shí)水份蒸發(fā)出的蒸氣或游離分子則可導(dǎo)致局部放電和閃絡(luò)事故。3.2實(shí)現(xiàn)在線干燥的方法允許變壓器在正常負(fù)載的情況下，干燥裝置連接在主油循環(huán)回路上，它可以平穩(wěn)的從負(fù)載變壓器油中去除水分。除水過程：纖維材料中的水分逸出

9、并溶解到油中，油中的水通過主油循環(huán)進(jìn)入過濾器的濾芯，該濾芯是整套裝置的核心技術(shù)，濾芯起到吸附絕緣油中水分的作用，而干燥過程不會(huì)使變壓器的油循環(huán)產(chǎn)生急劇變化。3.3在線濾油裝置應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)(1)在線干燥裝置能長(zhǎng)時(shí)間在線干燥變壓器油，而不需要變壓器離線，節(jié)約了維護(hù)費(fèi)用。(2)經(jīng)過干燥裝置對(duì)變壓器油進(jìn)行處理后，能使其內(nèi)部含水量維持在最佳水平，不僅提高了絕緣介電強(qiáng)度，而且提高了其經(jīng)受高電應(yīng)力的能力;從而提升了變壓器的可靠性。同時(shí)減緩了變壓器的老化，增加設(shè)備使用率，推遲資產(chǎn)投資成本。4、變壓器冷卻系統(tǒng)在線智能監(jiān)控裝置的應(yīng)用循環(huán)冷卻系統(tǒng)也是變壓器結(jié)構(gòu)的重要組成部分，220kV變壓器普遍采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻方

10、式。常規(guī)的變壓器冷卻系統(tǒng)控制裝置采用接觸器、中間繼電器和時(shí)間繼電器等有觸點(diǎn)繼電器接觸器邏輯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻器進(jìn)行投入或切斷的控制。冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，也不能提供故障詳細(xì)信息，會(huì)延誤故障的排除和裝置的修復(fù)。其沒有通信功能，集控中心不掌握風(fēng)冷系統(tǒng)的工作狀態(tài)和故障情況，也不能遠(yuǎn)方控制冷卻器。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種變壓器冷卻系統(tǒng)智能監(jiān)控裝置。該裝置既控制冷卻系統(tǒng)的工作，又監(jiān)視冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。變壓器智能冷卻系統(tǒng)一般由變壓器冷卻器、智能監(jiān)控裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置組成。變壓器的負(fù)載電流、油溫及冷卻系統(tǒng)工況數(shù)據(jù)通過人機(jī)界面送入智能監(jiān)控裝置，智能監(jiān)控裝置根據(jù)輸入信號(hào)自動(dòng)控制冷卻器工作，并將冷卻系統(tǒng)的有關(guān)

11、信息發(fā)送到集控中心，同時(shí)接收集控中心命令。4.2變壓器冷卻系統(tǒng)智能監(jiān)控裝置的功能各種變壓器冷卻系統(tǒng)監(jiān)控裝置有不同的軟件和邏輯，實(shí)現(xiàn)的起控制的方式不同，但基本可具備以下功能：(1)檢測(cè)告警功能：通過不同人機(jī)界面顯示狀態(tài)，信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)自動(dòng)檢測(cè)冷卻器的風(fēng)扇電機(jī)和油泵電機(jī)及系統(tǒng)的運(yùn)行信息和故障信息，提示故障油泵、風(fēng)扇電機(jī)和接觸器等的故障信息。(2)通過編程及定值整定實(shí)現(xiàn)控制功能：手動(dòng)/自動(dòng)和遠(yuǎn)方/就地控制冷卻 器工作。裝置根據(jù)變壓器油溫高低和負(fù)載電流大小自動(dòng)循環(huán)投入或退出冷卻器。變壓器投入電網(wǎng)時(shí)，能自動(dòng)投入相應(yīng)數(shù)量的冷卻器。變壓器退出電網(wǎng)時(shí)，能自動(dòng)切除全部投入運(yùn)行的冷卻器。運(yùn)行中如部分冷卻器

12、出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)切換運(yùn)行。如冷卻器全停，報(bào)警并延時(shí)適當(dāng)時(shí)間后，跳閘切除變壓器。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)強(qiáng)制投入全部冷卻器，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)到集控中心。(3) 通信及遠(yuǎn)方監(jiān)控功能：通過本裝置和遠(yuǎn)方集控中心的通信，可實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)和遙控。遙信量有變壓器油溫、變壓器負(fù)荷電流及變壓器繞組溫度。遙測(cè)量有每路電源工作/備用狀態(tài)和故障，即冷卻器全停故 障，每臺(tái)冷卻器工作、停止及故障，風(fēng)扇電機(jī)過載、斷相、短路故障，油泵電機(jī)過載、斷相、短路故障，風(fēng)扇及油泵電機(jī)接觸器故障，風(fēng)扇及油泵非正常故障，智能監(jiān)控裝置本身故障，控制電源故障等。5.其他在線檢測(cè)方法5.1套管在線監(jiān)測(cè)在對(duì)于大多數(shù)變壓器故障的研究中，變壓器

13、套管故障是最主要的故障形式之一。隨著水分的滲入和油的品質(zhì)降低，絕緣紙的老化以及過熱都會(huì)導(dǎo)致高壓套管絕緣品質(zhì)的下降。隨著絕緣品質(zhì)的降低，發(fā)生的局放現(xiàn)象會(huì)引起電樹或是絕緣紙的穿孔而進(jìn)一步的損壞絕緣。這種套管絕緣品質(zhì)的改變通常都會(huì)引起套管介損和電容值的改變。套管在線監(jiān)測(cè)通過連接到套管抽頭上的傳感器所采集到的三相電流，經(jīng)過和電流法分析和計(jì)算得出套管的電容和介損變化，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)套管故障，保證變壓器正常運(yùn)行。5.2繞組溫度指示繞組溫度指示器就是用于監(jiān)測(cè)變壓器繞組的溫度，給出越限報(bào)警，并在需要時(shí)啟動(dòng)保護(hù)跳閘。目前已開發(fā)出一種用于大型變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)的新技術(shù)，即將一條光纖嵌入變壓器繞組以便直接測(cè)量繞組的實(shí)時(shí)溫度，從而改進(jìn)變壓器