变电站关键设备在线监测技术的研究与工程应用(二)-CNKI知网查重检测系统入口

变电站关键设备在线监测技术的研究与工程应用(二)

2020-02-14
作者:中国知网论文查重入口
传统的电力设备检修策略为预防性试验检修,虽然电气设备定期停电试验的预防性检修制对电力系统安全运行起了重要作用,但因不能实时反映绝缘运行状态,常有潜伏性故障在试验周期内引发事故,不能满足国计民生对供电高可靠性的要求,并且停电试验还间接造成巨大经济损失,因此,以在线监测为基础的状态检修策略逐步取代预防性检修制已是必然趋势。目前,大型电气设备在线监测及故障诊断技术原理及方法的系统研究,解决了现场强电磁干扰下弱小信号的采集、多种特征量提取、故障分类及模式识别、综合智能化诊断、以电力信息系统构建电气设备在线监测系统和远程诊断等关键技术。
1.2.1 油中溶解气体分析
油中溶解气体分析(Dissolved Gases Analysis,DGA)经过几十年的应用发展,已经成为变压器运行维护人员掌握变压器状态、预测寿命最有价值的技术手段。国外在六、七十年代就开始对电气设备状态监测进行研究,Halstead在1973年发表的报告中,对油中分解的碳氢气态化合物的产生过程进行了热力学理论分析,建立了油中溶解气体分析(DGA)的理论基础。变压器油纸绝缘遇到热、电弧或光、电磁场、还有氧气、辐射以及铜、铁等等一类的各种催化剂诸多因素影响下,开始慢慢的发生变化、裂解以及碳化等,一些氧化物产物与油泥等被制造出来,产生氢气及低分子烃类气体等。设备的故障导致油中溶解气体组分含量的增加;油中溶解气体组分含量的相对变化则反映了故障的性质和严重程度。因此,通过分析油中溶解气体的成分、含量和相对百分比,就可达到对设备进行监测或故障诊断的目的。H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4和C2H2等7种典型的油中溶解气体常被用作分析的特征气体。
表1.1 不同故障类型产生的气体组分[]
故障类型 主要气体组分 次要气体组分
油过热 CH4、C2H4 H2、C2H6
油和纸过热 CH4、C2H4、CO、CO2 H2、C2H6
油、纸绝缘中局部放电 H2、CH2、C2H2、CO C2H6、CO2
油中火花放电 C2H2、H2  
油中电弧 H2、C2H2 CH4、C2H4、C2H6
油和纸中电弧 H2、CH2、CO、CO2 CH4、C2H4、C2H6
进水受潮或油中气泡 H2  
将油中溶解各气体的浓度或其增长速率与工程实际与实验室得到的注意值进行比较,可以初步判断变压器有无故障。若总烃和氢气不超过相应注意值,且气体增长速率比较稳定,没有发展趋势,则认为变压器运行正常[]。若氢气、烃类气体的含量或增长速率异常,则说明变压器有可能存在内部缺陷。国际电工委员会(IEC)基于各国工程运行及科研人员的研究成果发展建立了“三比值编码法”来对变压器故障进行诊断。三比值法的原理是:根据充油电气设备内油、纸绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系,从H2、CH4、C2H6、C2H4和C2H2五种特征气体中选用两种溶解度和扩散系相近的气体组分组成三对比值,以不同的编码表示,根据相应的编码规则和故障类型判断方法作为诊断故障性质的依据[]。该方法消除了油的体积效应影响,是判断充油电气设备故障类型的主要方法,并可以得出对故障状态较可靠的诊断。
表1.2 IEC“三比值”法编码规则和分类方法
特征气体的比值 比值范围编码
C2H2/ C2H4 CH4/ H2 C2H4/ C2H6
<0.1 0 1 0
0.1~1 1 0 0
1~3 1 2 1
>3 2 2 2
表1.3 故障性质列表
序号 故障性质 比值范围编码
C2H2/ C2H4 CH4/ H2 C2H4/ C2H6
0 无故障 0 0 0
1 低能量密度的局部放电 0 1 0
2 高能量密度的局部放电 1 1 0
3 低能量的放电 1-2 0 1-2
4 高能量放电 1 0 2
5 低温过热(<150℃) 0 0 1
6 低温过热(150℃—300℃) 0 2 0
7 中温过热(300℃—700℃) 0 2 1
8 高温过热(>700℃) 0 2 2
在早期的电力变压器检修策略中,油中溶解气体方法的应用大多数都是采用离线测试,在针对某些潜伏性故障无法做到及时有效排除,基于此,国内外均逐步采用以变压器油在线监测为基础的状态检修策略来取代预防性检修制,以达到实时监测变压器运行状态的目的[]。针对变压器油中溶解气体的在线监测分析,加拿大的SYPROTEC发明了国际上第一台变压器在线故障监测系统,该技术是基于变压器油里存在的不同气体能够通过不同过滤膜到电化学传感器,然后与O2作用,得到该气体的含量。随着高分子塑料渗透膜以及传感器技术的不断升级改进,变压器油在线监测系统也得到了长足的发展。日本、澳大利亚近年来均推出了性能不错的变压器油在线监测系统[],通过采用气体渗透膜及气敏传感器为基础的原理和方法,实时检测得到变压器油的溶解气体含量及比值,具有结构简单和价格便宜的特点。我国在上世纪80年代也开始发展变压器油在线监测技术,早期的电气设备在线监测系统经实践考验,出现稳定性较差、操作繁琐、检测周期长、使用寿命较短以及维护工作量大等诸多问题,但这些研究成果为后续的变压器油在线监测研究提供了丰富的经验。伴随着国家电力系统的快速进步,国家电网逐渐増加电网工作的稳定性和可靠性,于是在线检测技术进入快速发展的轨道,很多供电公司及高校科研院所也相应开展了这项研究。东北电力试验研究院设计的BSZ型在线检测系统,可以快速检测油中含量较多的气体成分,缺点是该系统的精度低,对于含量较少的气体难以检测。重庆大学基于各种离线与在线检测系统,设计了BSZJ在线检测系统,该系统可检测六种特征气体,判断变压器的运行情况。中科院设计的DDG-1000可以检测得到变压器油中存在的H2含量。河南中分仪器股份有限公司研制的中分系列色谱在线监测系统,采用色谱分析原理,应用动态顶空脱气技术和高灵敏度微桥式检测器,实现对变压器油中七种气体组分含量全检测。整套系统集色谱分析、自动控制、专家诊断、通讯技术于一体,通过对绝缘油中溶解气体的检测,实现了对变压器内部运行状态的在线监控,保证变压器安全经济运行。具备多种优异性能,能够进行全组分分析,获得较高的灵敏度,分析周期短,电路抗干扰性强,安装维修简单。该公司生产的中分系列变压器油色谱在线监测系统在全国范围内获得了较好的推广应用,且具有不错的口碑。
多种组分气体在线监测装置在变压器故障诊断和预警方面具有较大优势,气体渗透膜和传感器技术的蓬勃发展是前提。变压器在线监测系统中最关键的技术是:油气分离、特征气体检测和应用DGA数据进行故障诊断和预警。随着在线监测技术研究的深入、在线监测设备的大范围运用,在全国100多个35-500kV变电站投入使用,成功预警多起绝缘故障,延长了预防性试验周期,社会经济产效益显著。