变压器安全在线监测技术的应用
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作者: 张守义
【摘 要】电网管理模式正在发生质的变化，设备状态检修、变电站无人值守等理念，使我们拥有一种更效率、更安全、更经济的电网经营模式。对变压器实施安全在线监测，可以实时地监视变压器的运行情况，及时地采集故障前兆信息，通过故障诊断技术，判断变压器可能会发生的故障，为检修人员判断故障性质、调度采应对取措施、运行人员操作赢得时间，避免重大事故的发生。
【关键词】状态检修；无人值守；变压器安全在线监测
近年来变压器由于内部故障引发的事故较多，其中过热和绕组局部放电性故障约占70%，是影响变压器安全运行的最大因素。对油中气体含量分析，是检测变压器内部故障的有效方法。常规的油中气体分析为离线监测，取样周期一般在3个月至1年，这样的间断检测，对于变压器绕组内部的匝层间和围屏的局部放电性故障，很难及时监测。鉴于变压器安全在线监测技术的紧迫性，我国有关部门在80年代就组织编写《在线监测管理导则》，有力地推动了我国绝缘在线监测技术的研究和开展，为设备的状态监测提供法规依据。
1.变压器在线监测装置的原理
变压器安全在线监测是运用传感技术、信息技术、光电子技术及计算机技术等先进的手段，进行变压器在线监测，对设备的状态做出评估和预测，确定变压器的运行是否正常。主要包括变压器局部放电（PD）在线监测和变压器油中溶解气体（DGA）在线监测。
1.1变压器局部放电（PD）在线监测
变压器故障的主要原因是绝缘损坏，在故障前有局部放电产生，且伴随下列信号―电流脉冲，电波、超声波，光信号，超高频电磁波。变压器局部放电（PD）在线监测就是通过对上述五种信号中的主要信号进行测量，综合判断，确定变压器内部局部放电的严重程度。
1.2变压器油中溶解气体（DGA）在线监测
原油浸电力变压器中主要绝缘材料是变压器油和绝缘油纸，这两种材料在放电和热作用下，能分解产生C2H2，C2H4，C2H6，CH4，H2，CO和CO2等气体。变压器内部不同故障，所产生的气体种类、油中溶解气体的浓度、比例关系也不相同。因此，对油中溶解的气体进行气相色谱分析便可发现变压器内部的发热和放电性故障。
除以上两种在线监测技术，在变压器强油循环部位或自备循环油泵回路上加装湿度传感器，是一种有益的补充，通过监测变压器油中水分含量，不仅可以防止变压器油绝缘强度降低到危险水平，而且还可对变压器整体的绝缘状况进行评估。
2.变压器在线监测装置应用状况
目前变压器在线监测主要是油中气体和水分在线监测。由于这类装置具有结构简单、安装方便、可免维护和使用寿命长等特点，在国内电力企业很快得到了推广和应用。在同类产品中，加拿大SYPRTEC公司生产的HYDRAN系列模拟型H201R和数字智能型H201i System变压器早期故障监测装置占主导地位，据不完全统计，应用于各地大型变压器上的这类装置在1000台以上。
国产变压器在线监测装置近年发展也很快，变压器在线检测技术，能连续监测运行变压器油中的气体成分含量，对运行变压器进行在线监测和早期故障诊断。这种装置可实时或连续监测变压器运行状况，自动打印和存储分析数据及色谱图，自动检测油色谱在线装置各部件的性能，遥控遥测部分可以和计算机联网，完成程序控制、数据储存和故障诊断；通过远方遥控在线装置进行启动和周期设定，故障诊断后，远传并声光报警，通过变压器故障诊断专家系统判断故障类型；具有备用进油口，现场可以做其他设备的色谱分析，达到一机多用。该装置具有用油量少、速度快、脱气率高等特点。采一次油样分析，时间仅40分钟，油样消耗仅50毫升而且这个装置实现了智能化、多功能、可移动、网络化。
3.变压器在线监测装置的应用探讨
采取变压器实施安全在线监测，建立变压器故障监测前哨， 可以为检修人员判断故障性质、调度采应对取措施、运行人员操作赢得时间，从而提高电网的安全经济运行。
3.1采用变压器在线监测装置，是安全经济运行的需要。变压器内部故障分为过热和放电两大类。过热性故障发展较缓慢，在短时间内不会酿成事故。而局部放电性故障，尤其是匝、层间和围屏的局部放电，性质非常严重。因为当这些部位的绝缘受损后，其沿面放电电压将降低，在受到内部或外部过电压的冲击后，绝缘性能迅速下降，引起局部放电及至发展成电弧放电而烧毁。
有些人认为放电性故障发展速度快，是突发性的，油中气体无法早期检出。实际上任何事故都有一个产生、发展的过程，也就是从量变到质变的过程。变压器内部局部放电有一个从电晕发展到爬电、火花放电，最后形成电弧放电的过程，其发展速度取决于故障部位和故障能量的大小，一般都有数小时的发展过程。如果选用对故障气体响应快的监测装置，在火花放电阶段就会被检出，能有效防止恶性事故的发生。无人值守变电所，受定期检测和巡回检查周期限制，十分需要这样的补充监测手段。
3.2采用变压器在线监测装置，是变电科技不断发展的需要。随着电子技术的进步和传感器技术、光纤技术、计算机技术、信息处理技术等先进的科技成果的发展应用，电气设备在线监测技术正逐步走向实用化阶段。#2、#3主变2008年就采用了油气线监测装置，已经为油田电网积累了运行经验，所以在无人值守变电站推广，将会是一种有益的尝试。
3.3采用变压器在线监测装置，是建立先进设备管理模式的需要。对变压器等主要设备实现在线监测，可以有力的推动设备状态检修管理模式。对油田电网可靠性、经济性、安全性意义重大，特别是厂网分开后，检修周期缩短，工作量增大，只有建立了有效的在线监测手段，才能通过有效掌握设备状态，制定出科学、灵活的理检修规划。
油中气体在线监测的最主要目的是对变压器内部局部放电性故障起"哨兵"的作用，而非综合分析。生产主管部门在得知在线监测装置的准确"报警"后，应立即采取果断有效措施，避免恶性事故的发生。近年来，某些国内电力科研单位研制的油色谱在线检测装置，克服了人工取样、送样、检测、分析、判断过程中的离散情况，在检测周期、检测精度、及时性等方面远优于离线检测，经智能化专家系统诊断，能迅速判断故障类型并发出警示，为采取消除故障的措施而赢得时间。笔者认为，该项技术的引进，将有助于提升目前变电所的科技含量，对安全运行，有很大帮助。
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