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变压器油在线监测系统.doc

变压器油在线监测系统

家鱼的小胖
2017-09-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《变压器油在线监测系统doc》,可适用于工程科技领域

变压器油在线监测系统陕西咸阳供电局安宗贵变压器的绝缘状况的优劣是电力系统安全运行的关键因素之一变压器的主绝缘由绝缘油和固体绝缘材料两大部分组成。变压器的内部故障主要分为过热性故障、放电性故障及受潮故障三种。热故障可以分为低于~的低热故障、~的中热故障以及高于的高热故障电气故障按能量大小分有高能量的电弧放电、低能量的间歇火花放电和最低能量的局部放电。绝缘油和固体绝缘材料由于热或电故障分解出的气体经对流、扩散、不断地溶解在油中。这些故障气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系。因此分析溶解于油中的气体就能尽早发现变压器内部存在的潜伏性故障。不同的故障类型产生的主要和次要特征气体如表所示。表不同故障类型产生的气体油过热CHCHHCH油和纸过热CHCHCOCOHCH油纸绝缘中局部放电HCHCOCHCHCO油中火花放电HCH油中电弧HCHCHCHCH油和纸中电弧HCHCOCOCHCHCH由上表可以看到低能量局部放电在油中产生了氢气过热故障产生了氢气、甲烷、乙烷和乙烯而电弧故障则导致了氢气和乙炔的增加。图油分解产生特征气体随温度变化概要图解在不同热点温度下不同气体的增长率不同特征气体的成份也不同。以上的故障点温度则主要是由电弧产生的。以下则是:()、导电回路接触不良()、磁回路问题()、电位不平衡等产生。则主要是由电弧产生的。由图可见绝缘油大约从开始分解产生氢气和甲烷乙烷和乙烯的分解温度为和。大约从开始有少量乙炔出现并从开始迅速增加。氢气从一开始出现在整个温度升高的过程中增加基本是线性的。甲烷、乙烷及乙烯则有一个转折点从转折点开始由增加变为减少其转折点温度依次大约为:、及。图纤维素分解产生特征气体随温度变化概要图解变压器绝缘纸的热分解总结如图所示。由图可见绝缘纸从开始分解产生CO和CO在~范围内其产气量基本上为定值。故障的类型、发展趋势、严重程度与故障特征气体的成份、含量以及增长率之间存在对应关系。根据中华人民共和国电力行业标准SD《变压器油中溶解气体分析和判断导则》采用三比值法把特征气体CHCH、CHH、CHCH的比值分为四个区间即为(,)、)、)、,)每个区间的相应特征气体比值有相应的编码这样的一组编码就有相应的变压器故障种类及典型事例。近几年来变压器油中溶解气体在线监测技术在国内外都是研究的热点监测装置的开发也非常快可从两个方面来分类:按测试对象来分类:测单组分氢气、测可燃气总量、测各组分的单独含量(含种、种、种、种组分。按取气方法来分类:分离膜渗透法、顶空式取气法、其他取气方法。对于油中溶解气体在线监测装置按检测对象又可以分为三大类)测总的可燃气体含量(TGG)包括氢气、一氧化碳和各种气态烃类含量的总和例如日本三菱电力公司研制的TGG检测装置能监测出可燃气体的总含量不能监测出某一油中溶解气体组分的单独含量并且结构复杂造价高。)测单一组分氢气的在线监测仪器模拟试验及实践证明当变压器内部存在过热或局部放电时所产生的分解气体都含有氢气并与其他气体同时溶解在油中由于这种装置以检测氢气作为第一特征量。因此只适合于现场作故障的初步诊断对确定故障需进一步作色谱分析进行二次诊断如加拿大SYPROTEC公司生产的Hydran系列监测仪的在线监测装置等都属于这一类。)测多种气体组分的在线监测装置多种溶解气体在线监测装置目前有测氢气、甲烷和一氧化碳三个组分测甲烷、乙烷乙烯、乙炔四个组分测氢气、一氧化碳和四种烃类共六个组分。这类装置智能化程度高虽然结构复杂造价也高但从今后电气设备状态检修发展趋势来看。变压器油中溶解气体在线监测技术是发展的方向。)以高分子聚合物分离膜透气的在线监测装置自克兹Kurz研制成用高分子塑料分离膜渗透出油中气体的气相色谱仪并装于变压器上进行自动分析后人们对渗透膜进行了大量研究相继研制成功了聚酰亚胺、聚六氟乙烯、聚四氟乙烯等各种高分子聚合物分离膜并研制出了各种在线监测装置。日本日立株式会社试制了一种聚四氟亚乙基全氟烷基乙烯基醚膜利用高分子膜透气利用三根色谱柱对各组分进行分离电磁阀控制载气流量并用催化燃烧型传感器制成了能测六个组分的在线色谱监测装置。这种装置的PFA膜可以渗透H、CO、CH、CH、CH和CH等各种烃类气体但膜较柔软并且不容易固定在容器上必须把它贴在一个微熔化的烧结而成的不锈钢盘上运行中更换不方便。同时因所选用传感器的原因必须采用三根色谱柱把混合气体分开则色谱柱的更换也很困难。由于早先采用的聚酰亚胺等透气性能和耐老化差而聚四氟乙烯的透气性能好又有良好的机械性能和耐油等诸多优点因此国内外普遍选用它作为油中溶解气体监测仪上的透气膜。)波纹管顶空式分离技术利用波纹管的不断往复运动将变压器油中的气体快速的脱出具有效率高、重复性好的优点。并且采用循环取油方式油样具有代表性。主要缺点是:由于顶空方式的油样与气样之间没有隔离脱出的气样中会含有少量的油蒸汽从而造成对色谱柱的污染降低色谱柱的使用寿命波纹管的寿命有限同时由于波纹管的磨损对油存在一定程度的污染。)动态顶空式分离技术主要原理是以载气在色谱柱之前往油中通气将油中溶解气体置换出来送入检测器检测根据油中各组分气体的排出率调整气体的响应系数来定量。这种方式脱气速度较快但由于要不断通入载气所以不能使用循环油样以免载气进入变压器本体油箱因此油样代表性差。另外在脱气完毕后必须把油样放掉这样每次检测必然消耗少量的变压器油。从检测机理上讲现有油中气体检测产品大都采用以下三种方法:、气相色谱法色谱气体检测原理是通过色谱柱中的固定相对不同气体组分的亲和力不同在载气推动下经过充分的交换不同组分得到了分离经分离后的气体通过检测转换成电信号经AD采集后获得气体组分的色谱出峰图。根据组分峰高或面积进行浓度定量。大部分变压器在线监测产品都采用气相色谱法。这种方法具有以下的缺点:,需要消耗载气。,对环境温度很敏感。,色谱柱进样周期较长。、阵列式气敏传感器法采用由多个气敏传感器组成的阵列由于不同传感器对不同气体的敏感度不同而气体传感器的交叉敏感是极其复杂的非线性关系采用神经网络结构进行反复的离线训练可以建立各气体组分浓度与传感器陈列响应的对应关系消除交叉敏感的影响从而不需要对混和气体进行分离就能实现对各种气体浓度的在线监测。其主要缺点是:,传感器漂移的累积误差对测量结果有很大的影响。,训练过程(即标定过程)相当复杂一般需要几十到多个样本。、红外光谱法红外光谱气体检测原理是基于气体分子吸收红外光的吸光度定律(比耳定律Beer’sLaw)吸光度与气体浓度以及光程具有线性关系。由光谱扫描获得吸光度通过比尔定律计算可得到气体的浓度。这种方法具有扫描速度快、测量精度高的特点。其主要缺点是:,价格昂贵。,由于采用精密光学器件其维护量极大。,检测所需气样较多至少要mL。,对油蒸气、湿度很敏感。现阶段应用最广的在线监测系统仍是基于气相色谱原理。油色谱分析法比局部放电法等判断故障的可靠性高但常规的实验室油色谱分析法存在一系列不足之处不仅脱气中可能存在较大的误差而且检测曲线的人工修正也会加大误差。,从取油样到实验室分析作业程序复杂花费的时间和费用较高在技术经济上不能适应电力系统发展的需要,时效性差变压器发生保护动作后要迅速恢复运行首要的问题是要通过油色谱分析得知变压器的绝缘状况。时效是最突出的问题!这时效不仅仅是经济问题。,检测周期长不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势,因受其设备费用和技术力量的限制不可能每个电站都配备常规油色谱分析仪,运行人员无法随时掌握和监视本站变压器的运行状况从而会加大安全运行可靠性的下降。,由于上述原因不能充分发挥油色谱分析法的有效性和优点。因此变压器油中溶解气体色谱分析的在线监测就成为安全、可靠运行的有效手段之一。对于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正常运行时不仅可以及时掌握变压器的运行状况、发现和跟踪存在的潜伏性故障并且可以及时根据专家系统对运行工况自动进行诊断以便相关人员及时作出处理。同时可以通过长期、连续油色谱分析法的监测。提高对异常数据诊断的可靠性可以在主控室对变电站每台主变的油色谱分析进行巡回在线监测根据需要还可以实现反映变压器电气异常的多特征量色谱、局放、介损等的在线智能化监测和对故障综合评判诊断以及实现区域系统内在线监测的连机显示集中进行专业管理。实现整个变电站运行工况的在线智能化监测与诊断。从变压器运行可靠性的重要性和变压器与油色谱在线监测装置的价格比来看采用在线监测装置在技术经济上有显著的优势既提高了变电站运行的管理水平又可为状态检修体系奠定基础。因此变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断装置的应用具有重要的现实意义和实用价值。关键是时效性大为增强解决了离线固有的缺陷对主、大电网安全、可靠运行起到至关重要的作用。变压器油中溶解气体在线监测装置主要包括油中气体组分含量的检测和故障的诊断两大部分。现有的大多数在线监测装置主要功能是在线监测油中气体组分含量及超少值报警。从运行部门来考虑采用变压器油中溶解气体在线监测装置的目的是实时或定时监视变压器的运行状态监测正常运行工况诊断变压器内部存在的故障性质、类型、严重程度并预测缺陷的发展趋势指导运行部门对变压器的管理和维修。,运行状态监测由于变压器油中溶解气体的离线色谱分析是在运行状态下取油样、实验分析。而在线监测也是在运行状态下取油样并且直接对油中溶解气体进行分析。因此严格来说如果排除各种人为因素两者的油中溶解气体检测数据的绝对值应当可比。随检测时间的变化趋势也应当一致并且数据值应具有重复性和再现性。因此变压器油中溶解气体在线监测的任务与离线色谱分析应具有一致性即了解和掌握变压器的运行状态结合在线监测项目如局部放电等和投运来的状况和现状对变压器运行状态进行评估判断其处于正常或非正常状态对状态给予显示、存储并对异常状态予以超值报警以便运行人员及时给予处理并为变压器的故障分析诊断提供信息和准备基础的数据。,故障诊断故障诊断的任务是根据状态监测获得的在线信息专家系统结合被监测变压器自身的结构特性参数及运行环境考虑变压器的运行历史即存储的运行记录曾发生过的故障等。根据诊断判据对变压器已发生或可能发生的故障进行判断确定故障的性质、类别、程度、原因、故障发生和发展的趋势甚至后果提出控制故障继续发展和维修的对策由于故障和征兆之间不是一一对应关系即一种故障可能对应多种征兆一种征兆可能对应着多种故障除主要征兆外还存在一系列其它征兆。因此一种油中溶解气体在线监测装置的功能是否齐全和优良其故障诊断的方法也非常重要。,对变压器状态维修的指导能力目前变压器等电气设备的定期预防性检修制度虽然实践证明对预防事故的发生起到很大的作用但也可能出现过剩维修或不足维修的弊病。因此状态检修已成为各国追求的一种科学而合理的检修制度但是状态维修在很大程度上要依赖于状态监测及故障智能诊断技术的实施和进一步发展。因此只有变压器油中溶解气体在线监测装置监测的特征气体种类组分含量的准确度、诊断方法的科学性、专家系统的可靠性以及整个装置的稳定性等均满足工程要求的条件下对变压器的状态维修才具有指导意义同时价格又要合理才能得到广泛采用。对变压器油色谱在线监测系统的功能及技术上有以下的基本要求:()装置应能在线、实时、连续地监测和显示油中单组份或全组分特征气体含量并尽可能地提供油中微水的检测功能。()要求取样方便、安全、可靠安装简单、无渗漏。要求不对变压器油造成污染不能将空气带入变压器油中少消耗变压器油。()油气平衡时间应尽量短一般要求小于小时。油气分离装置的寿命应有长周期的使用寿命。()监测单元提供自检功能并可将自检结果上传到上位机。()上位机能够接收和执行来自主站的对监测单元和上位机的参数修改指令。()对各组分的气体最低检测限一般要求在ppm左右对CH要求能够达到ppm的最低检测限。()测量单元的安装不应影响一次设备的安全运行并可在不停电的情况下对监测装置进行安装、检修和维护。()要求监测系统具备远程监测、分析功能可通过局域网和电话线实时获取监测数据自动进行故障诊断和异常报警。()在线监测装置应在现场电磁干扰环境下具有良好的稳定性、可靠性。()在线监测装置测量数据与试验室试验数据相比对应具有可比性。()在运行年内数据检测精度应在技术指标规定范围内即装置的标定周期应大于年以减轻维护压力。()油样的采取能保证油品的正确性应是循环部位的油样。为了达到变压器油中溶解气体在线监测的目的对各种商业化的变压器油中溶解气体在线监测装置的实用性要有一个综合评价体系。,装置的可靠性要高变压器油中溶解气体在线监测装置要能长期稳定运行不允许出现误报警或漏报警必须有足够长的定标周期和数年以上的使用寿命应比实验室或便携式仪器的要求要严格得多。,监测数据的准确性在线监测装置测得的油中气体组分含量应与同时间所取油样在实验室常规气相色谱分析的数据绝对值可比趋势一致同时数据要有重复性和再现性。因此油中溶解气体在线监测必须尽可能在靠近油流动处安装使变压器内部因故障产生的气体尽快到达检测器而被检测否则故障油气延迟被检测器检测到使测试结果失去了及时性和准确性。也就失去了在线监测最终的意义!,诊断的可信度要高成如果变压器油中溶解气体在线监测装置的功能是对运行中变压器缺陷的初期诊断当监测仪出现报警时应取油样进行色谱分析进行综合判断以确认故障是否存在并进一步判断故障的类型及其严重程度。实际上变压器在开始运行就或多或少地含有一定量的不同组分的气体例如在铁等物质的作用下会产生较多的氢气随着运行时间的增长不同组成的气体含量会逐渐增加检测变压器内部缺陷严重程度的主要依据是气体增长速率而不是气体含量的绝对值故对于运行年限不同的变压器其初期可燃气体含量不同在线监测装置应具有不同的报警水平的可调功能。如果某种变压器油中溶解气体在线监测装置的功能除具有上述不同报警水平的可调功能外还具有自动判断故障类型、性质、严重程度及发展趋势预测等功能则要求诊断的可信度至少要与离线色谱分析仪的分析准确度可比。这类装置目前在运行部门最受欢迎不过往往在报警后仍习惯取油样在实验室进行色谱分析。如果经运行部门多年运行考核两者的结果绝对值可比、趋势一致其可信度将会推动变压器实施以在线监测为基础的状态维修的进程。因此凡称具有这种功能的在线监测装置其测量结果的可信度一定要稳定、可比性、安全运行可靠。,在线监测装置要有较高的自动化程度随着自动化控制技术和人工智能的发展电力系统已投入了各类专家系统因此在线监测装置的信息处理技术不仅要智能化程度高而且要预留与变电站的自动化管理装置的接口运行部门需要时可将在线监测装置与计算机联网。同时油中溶解气体在线监测装置的诊断装置能与多台在线监测项目的检测结果构成综合智能诊断系统科学的判断变压器的运行工况。,在线监测装置的造价要低在线监测的最终目的是保障电气设备的安全运行并提高经济效益高效率的在线监测仪在长期运行中能降低一些设备的不可用率减少维修费用提高供电部门的供电可靠性。日本有资料报导实施在线监测及故障诊断后可使设备事故率减少维修费可降低。法国电力公司通过调查研究提出了详细的评估报告认为投入的维修费、停电损失等故障费用与变压器的结构、运行情况有关对于有较高故障危险的设备故障率较大可能为总运行台次的相当于变压器价格的百分之几监测装置的费用一般为变压器平均价格的根据我国多年来的事故统计表明变压器的故障率大约为因此所能投入的在线监测费用估计也在这一水平但这仅仅是从直接经济损失进行的评估变压器故障给电力部门所造成的间接损失要比直接损失大的多根据美国、日本等的估计安装在线监测及故障诊断装置后的直接收益甚至可达装置费用的倍年。我国对国有企业的统计表明每年用于设备大修小修及处理事故的费用一般占固定资产的而其中至少三分之一是因缺乏正确的故障诊断而进行不恰当的维修造成的由此可见为了保证变压器的安全可靠运行安装油中溶解气体在线监测装置是非常必要的但在线装置的价格应当要尽可能低对于一个有多台主变压器的变电站最经济的方案是集控式即多台主变各一套前置采集单元全站共用一台控制、诊断后台计算机中心处理装置其费用可减少三分之一左右。总之油中溶解气体的在线监测至少可以提供变压器故障的初步信息对发现有故障的变压器再进一步利用色谱分析等方法进行二次诊断目前由于运行习惯等原因虽不能完全代替现有的色谱分析等试验手段正向这一目标迈进。但对具有多功能的油中溶解气体在线监测及智能诊断装置经运行部门的多次反复对比如果确实监测数据绝对值可比、趋势一致、诊断结果准确率高则最终将逐渐取代常规的离线油中气体色谱分析。

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