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南宁电网主变压器油色谱在线监测技术应用研究

南宁电网主变压器油色谱在线监测技术应用研究

2009/8/25 0:00:00

  摘要
  
  本文介绍了南宁电网变电站设备概况及变电设备检修的现状,分析电气设备定期检修和状态检修的利弊。变压器作为电力系统最主要的供电设备,其可靠运行程度直接关系到电力系统电网的安全运行。油中溶解气体气相色谱分析是变压器内部故障的重要检测手段。随着电网的发展和运行电压的提高,油中溶解气体气相色谱分析技术也不断改进,由常规的色谱分析方法到目前采用的在线监测,从根本上发生了质的飞跃。
  
  针对国内外现有几种油色谱检测装置的现状,在变电站主变压器实施以渗透气体膜为特征的变压器油中六种溶解气体在线监测,能正确反映变压器的实际运行情况,可信度较高,可以作为主变压器状态维修的主要依据。
  
  本文以建设服务于状态检修的变压器油色谱在线监测系统为中心,结合目前在线监测试点220kV沙田变、500kV邕州变的主变油中气体在线监测技术的应用和实施情况,总结了通过在线监测数据评估变压器绝缘状态的经验,就试点变压器现场运行工况及故障诊断和实测数据进行了分析,对安装在试点变电站的主变油中气体在线监测系统检测到的数据与常规检测法得到的数据进行比较,经过一年多的运行考验表明,MGA2000-6系列在线监测系统运行较为可靠、测量数据较准确,能较正确地反映变压器的绝缘和运行状况,据此可合理制订主变停电计划,同时,也发现了存在的一些不足和可改进之处。
  
  关键词:变电站,变电设备,状态检修,定期检修,在线监测
  
  1概述
  
  1.1变电站实施变压器油色谱故障诊断的现实意义
  
  电力变压器不仅属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备之列,而且也是导致电力系统事故最多的设备之一,因此,国内外不仅要定期作以预防性试验为基础的预防性检修,而且相继都在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或缺陷。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、化学变化等一系列效应及信息。
  
  大型电力变压器中的变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运行电压下因放电、过热、氧化和电弧等多种因素作用会逐渐变质,裂解成低分子的故障特征气体;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在油中经过对流、扩散作用,就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障,其产生的气体的成分、含量及增长速率量与故障的与变压器内部故障的类型及故障的严重程度有密切关系,而与绝缘油的种类和牌号无关。油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度,可以作为反映电气设备电气异常的特征量,通过监测变压器油中溶解的故障特征气体,可以实现对变压器内部故障的在线监测[1,3]。
  
  油色谱分析法是将变压器油取回到实验中用色谱仪进行分析,不仅不受现场复杂电磁场的干扰,而且可以发现油设备中一些用介损tg和局部放电法所不能发现的局部性过热等缺陷。因此,维护、运行部门普遍认为用色谱法分析变压器故障是一种重要的有实际意义的方法,其有效率可达85%以上,从预防性检修制形成以来,得到了广泛的使用[4]。
  
  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。这样,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故障自动进行诊断,以便运行人员迅速作出处理;同时,可以降低常规油色谱分析法的误差,提高故障诊断的可靠性;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的在线智能化监测和对故障综合评判诊断,以及与变电站其它在线监测与诊断装置联机,实现整个变电站运行工况的在线智能化监测与诊断;采用在线监测装置在技术经济上都有显著的优势,既提高了变电站运行的管理水平,又可为从预防性检修体系过渡到预知性检修体系奠定基础[2]。因此,变压器油中溶解气体在线监测项目的实施对我们变电站维护、运行部门具有重要的实用价值。
  
  图1.1状态检修与定期计划检修间的关系
  1.2主要研究内容
  
  建立以设备为中心,以常规变压器油色谱试验项目、标准、历史为对比依据,建立现场变压器油色谱在线监测系统,初步找到实现主变压器状态检修的途径,提出初步实现主变压器状态检修的方法。对南宁电网沙田、邕州和安城试点变电站的主变压器现场运行工况及故障诊断和实测数据进行分析,并通过技术监督管理信息系统,对收录的2007-2009年变电设备油气常规离线检测数据进行对比分析,验证在线监测系统得出主变压器是否存在故障的结论的正确性。分析常规离线检测、在线监测数据间数值偏差产生的原因,各项监测数据离散性是否如何,总烃及各组份含量变化趋势是否一致,在线监测结果误差是否达到工程应用和规程的要求,主变油色谱在线监测是否有取代常规离线检测的可能性。
  
  1.3国内外油色谱在线监测研究现状
  
  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。变压器油中溶解气体在线监测可以克服常规油色谱分析的不足,实现油中溶解气体定时在线智能化监测与故障诊断,可及时掌握变压器的运行状况,发现和跟踪潜伏性故障,及时掌握变压器的健康状况,为变压器的可靠运行提供保障。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、以电力地理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。美国、日本等一些发达国家在六、七十年代就开始使用可燃性气体检测装置来测定变压器油中的气体以判断变压器的绝缘状态,并且开始使用气相色谱仪分析油中溶解气体。后来,随着能使油中气体分离的高分子塑料渗透膜的发明和应用,研制成功了油中气体分析的在线监测装置。形成变压器的早期故障监测器。
  
  宝鸡供电局早在70年代初期,就针对开关提出了当时称之为弹性检修的检修模式。80年代以来我国在线监测技术得到了迅速发展,电科院、西交大结合油中气体分析开展了用于绝缘诊断的专家系统的研究工作。自1985年以来由电力部主持先后三次召开了“全国电力设备绝缘带电测试设计技术交流会”,进行了广泛的学术交流和讨论。宝鸡供电局从89年开始,先后在开关、变压器、送电线路、继电保护、自动化、通讯等六个专业开展了状态检修工作的探索,他们90年就将预试周期由一年调整到两年,2000年又调整到3年。开展状态检修后,开关正确动作率100%,开关状态检修的整体效果是好的,依靠大修发现开关重大缺陷的几率为0,开关定期检修事倍功半。变压器大修缺陷检出率较低,所发现缺陷均为厂家质量问题,如果厂家质量得到控制,则定期大修工作完全不必要。两年一次的预试发现缺陷的几率也较低,说明频繁预试付出的无用功比例太多,预试周期还可以延长。考虑到停电副作用因素,延长周期后设备的可靠性增加了大连供电局从90年代初就大胆提出并开展了状态检修,他们提出从10kV系统全面铺开,66kV系统大胆试行,220kV系统慎重对待。94年就大连电业局制定了《供电设备状态检修规定》,广州供电局、郑州电业局、宜昌供电局等许多供电局也开展了多年的状态检修工作,积累了许多成功的经验,2003年中电联制定《供电设备状态检修导则》,南方电网公司2004年制订了《输变电设备状态评价标准》。
  
  随着在线监测技术研究的深入、在线监测设备的普遍运用,开发的单一或多参量多功能在线监测及故障诊断系统的系列成果已由企业实现了产业化,在全国电力及工矿企业的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。
  
  1.4南宁电网的电网特点
  
  1.4.1南宁电网特点分析与状态检修要求
  
  至2008年6月,南宁电网变电站有:500kV变电站1座,主变3台(含500kV平果变#2主变),容量为500MVA;220kV变电站8座,主变16台,容量2310MVA;110kV变电站32座,主变59台,容量2280MVA;35kV变电站3座,变压器4台,容量23.6MVA。我局断路器总数为1285台,隔离开关2890台(其中,10kV隔离开关829台),其中,500kV断路器11台,220kV断路器67台,110kV断路器172台,GIS断路器间隔37台,35kV断路器197台,10kV断路器823台,6kV断路器15台;其中,六氟化硫数量达414台,真空断路器数量达799台,无油化率由2004年底的66%提高无油化率提高到08年6月的94.40%。
  
  南宁电网变电设备的运行主要由变电运行管理所负责运行,检修主要由变电维护管理所进行,基本按规程规定进行定期检修为主,至2009年4月,已在220kV试点沙田变(#1、#2、#3)、林村变(#1、#2、#3)、琅东变(#1、#2)、五一变(#1、#2)、500kV试点邕州变(#2变、5043防邕线高抗)、110kV试点数字化杨丁变(#1)的17套主变油色谱在线监测系统,在110kV横县变、明阳变、苏琴变的避雷器等少<
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