變壓器在線監測設備發展趨勢分析
發布日期：2010-11-19 瀏覽次數 ：1463
以可靠性為中心的狀態檢修是電力設備檢修的發展趨勢，在西歐、北美等已得到了實際應用，不少電網公司也已安裝了相關設備和軟件系統。現有的預防性試驗由于離線試驗條件和設備運行條件有差別，從而存在事故的漏報、早報或誤報等問題。同時，預防性試驗費用高，停電損失大。
１、變壓器在線檢測即利用傳感技術和微電子技術，對運行中的變壓器進行監測，獲取反映運行狀態的各種物理量，并進行分析處理，對變壓器的運行狀況作出預測，必要時提供報警和故障診斷。從而盡量避免故障的進一步擴大而導致嚴重事故，指導變壓器的維修時機，為狀態檢修提供實時數據和重要的參考依據。因此，在線監測是從預防性檢修向狀態檢修過渡的紐帶和必備的技術手段。
2、變壓器在線監測技術現狀
通過故障模式分析，變壓器的在線監測項目主要有油中溶解氣體測量與分析（DGA）、局部放電測量（PD）、有載開關的觸頭磨損等。
2.1油中溶解氣體分析
通過監測確定特征氣體，油中溶解氣體分析已被證明對于發現油浸變壓器內部潛伏性故障相當有效和可靠。安裝油中特征氣體傳感器連續監測，可能監測到早期的潛伏性故障征兆，從而有助于用戶盡可能采取正確的檢修措施。但該方法對于突發性故障反映并不靈敏。已有的DGA技術能夠確定氣體的類型、濃度、趨勢及氣體的產生速率。油中溶解氣體的變化速率在決定故障發展嚴重性方面很有價值。
目前安裝較多的油中氣體在線監測裝置是加拿大Syprntec的HYDRAN20li智能型變壓器早期故障在線監測系統，其監測組分及其響應為100％H2十15％CO十8％C2H2十1％CH4，故是一種以H2為主的可燃氣檢測儀，對乙炔不敏感。由于變壓器色譜分析IEC標推將H2排除在考核內容之外，部頒標準正在考慮逐步談化H2超標的概念和標準。另外，HYDRAN201i檢測的是混合氣體，故無法用三比值等判據進行分析，終將會被全組分DGOA所取代。美國MM公司的TRUEGASTM全組分DGA在各地已有多年的運行經驗，但目前在尚無運行實例，而且價格較高。它能檢測H2，4，CHCO，C02等9種氣體。所采集的數據經處理后使用三比值法、四比值法、氣體諾謾圖法和CIGRE推薦的方法對各次采樣的數據進行分析及故障診斷。的MGA系統及DZJ系統使用復合式傳感器，可以分電機工程學會高電壓專業委員會2004年學術會議論文別測出H2，CO，C2H2，CH4，C2H6,C2H4等六種氣體，靈敏度從1ppm到10ppm，標稱的壽命在1年到10年之間，基本上可以滿足在線監測的使用要求。
2.2局部放電
局部放電（PD）不僅是緣老化的現象和表征，而且又是促使緣老化的一個重要因素，故值得進行PD在線監測。研究表明，超高壓變壓器在工作電壓下的長期運行壽命與其緣中有無PD密切聯系，即PD越弱，則正常運行的壽命越長。同時，在線監測PD可以及時預防或發現突發性故障，這也是它是優于DGA的重要一點?，F有的局部放電在線測量方法主要分為電脈沖測量和超聲波測量，近外又出現了甚高頻（VHF）、超高頻（UHF）等方法，但應用廣泛、技術成熟的則是依據離線測量標準IEC270（或IEC60270）的電脈沖測量方法。應用該方法的系統主要在羅高夫斯基傳感器的安放位置、系統的檢測頻帶、抗脈沖型干擾的方法等方面存在差異，而在數據采集、信號處理及顯示上并無太大區別。圖1為PD在線監測的常用模式。
目前PD在線監測系統的水平和國外比較接近，基本使用嵌式傳感器，不改變變壓器的接線，這一點受到了歡迎。武漢高壓研究所研制的PD系統，采用帶寬為10－1000kHz的電流傳感器從套管末屏、中性點及鐵心等接地線處耦合脈沖信號，組成平衡對以消除外來脈沖干擾，同時獲得局放脈沖幅值及次數。西安交通大學研究的BYT型PD系統，測量頻帶為40kHz－2MHz，在每相高壓套管底座及套管末屏處分別安裝一大一小兩路傳感器，系統通過鑒別這兩路脈沖信號的性來定向耦合變壓器內部的PD信號，從而有效的抑制外來干擾。變壓器局部放電在線監測的靈敏度一般為1000pC以上，高于離線下的變壓器出廠試驗規定值。所以現有系統主要依據PD的長期發展趨勢來對變壓器緣狀況進行分析，而不完全是某次的單一測量值。此外，還可以利用局部放電橢圓圖、二維、三維等譜圖對局部放電的類型進行分析。
2.3其他
另外，可以通過對變壓器鐵心接地電流的在線監測，來判斷變壓器鐵心是否有多點接地故障；GE公司生產的LTC-MAP系統，可以在線監測變壓器有載調壓開關的狀況；已及在線測量套管的介質損耗等。但諸如變壓器油中微水、繞組溫度分布(以決定繞組熱點溫度)及其紙緣的老化參量(例如糠醛)等的在線監測，目前尚無好的解決方法，外都在積探索中。
3、變壓器在線監測策略
3.1在線監測方案的選擇
任何方案的改變、經濟上的投入，都必須考慮效益能增加多少，或可靠性能提高多少。所以現在各電力部門已經從20世紀后期不計成本的上在線監測項目轉變為慎重的考慮在線監測項目在不同情況下的投入產出比、可靠性等綜合效益情況。所以，究竟是否采用在線監測方案，進行哪些參量的在線監測，采用哪種類型的在線監測系統，這都需要遵循實事求是的原則：即根據每臺變壓器以及變壓器上不同部件故障率等實際情況出發，認真研究采用什么樣的檢測方案既能確保運行可靠性，又能提高經濟性。
先應該對變壓器是否需要進行在線監測進行等級劃分。劃分的等級需要考慮如下因素：
(1)變壓器在電網中的重要性，涉及供電用戶的斷電經濟損失及社會影響；
(2)變壓器的老化程度，以及發生危險的幾率，即危險性水平。
變壓器等級的劃分也反映在2001年10月IEEE提出的變壓器在線檢測的導則第10稿中：“對于已老化的變壓器，特別是當它在系統中的地位又很重要時，對其關鍵參數進行連續監測是合適而且很有價值的。”
其次在確定需對變壓器進行在線監測后，應分析在線監測變壓器的哪些部件、哪些參量。例如加拿大電氣協會（CEA）對他們那里90年至94年間發生的變壓器事故進行分類統計如表1示，認為有載調壓裝置及套管的事故率zui高，需多加關照。
由于故障的多樣性，檢測參數與缺陷或故障還不可能一一對應，因此需要著重尋找對常見故障的有效檢測參數及檢測方法；需綜合多種有效檢測方法所得的數據，通過橫比（同類、相間等比較）、縱比（歷史比較與已有案例比較）等作出判斷。檢測變壓器每種參量的作用、優缺點及現有技術水平可參考本文2.2節。
后，需要考慮采用哪種類型的在線檢測系統。它需要考慮如下要素：
(1)項目具備的資金量；
(2)項目實施的現有技術平臺；是否為無人值班變電站？
(3)在線檢測項目實施后的管理模式。
例如在一個無人值班變電站實施變壓器色譜、局放等在線監測項目時，可以對色譜實行分層分布結構，而對局放實行便攜式結構，這可以根據實際情況靈活掌握。
3.2在線監測與離線檢測的關系
在線檢修比定期檢修“”，但不應該不分重要性、可能性，都去搞在線檢測；其分類方案參看圖2。如對于影響很小的次要設備，仍以事故維修經濟。而被測設備即使很重要，但其故障的發生如果很突然，至今仍無法預測的，目前也無法實施在線監測及狀態維修。因此一切都需從實際出發。
4、在線監測技術存在的一些問題
盡管變壓器在線監測技術已經發展了幾十年，但從成熟產品的角度來考查，外的在線監測系統都存在一些共同的問題：先缺少統一的技術標準，這是它zui大的缺陷。大多數在線監測系統測量原理基本上都是依據離線試驗時的IEC、IEEE標準或者標準，但其產品制造、檢驗、校正、數據分析判斷等都沒有在線監測技術標準，這使用戶很難識別其產品性能是否達到實際監測要求，也給設備的推廣及技術革新等帶來了難題。
其次是抗干擾等技術問題。這是20世紀困擾在線監測技術推廣應用的一大難題。但是隨著為數眾多科研人員數十年的實驗研究，特別是計算機、傳感器、光纖、數據采集等技術的飛速發展，很多參量的在線測量可以將干擾抑制在可以接受的水平上，從而大大提高了測量數據的可信度。然后是設備在現場的可靠運行、維護問題?，F在很多變壓器安裝了在線監測裝置，但據調查實際正常運行的只占30%左右。這里有兩方面的原因：一個是監測裝置本身穩定性較差；另一方面操作人員水平的高低直接決定了設備的使用情況，需加強對運行人員的在線監測技術培訓。
后是應用在線監測技術的經濟效益問題。在線監測能否大面積推廣應用，還需進行投資和效益的綜合比較。一般在線監測設備價格不應超過變壓器的2%，目前很多監測設備特別是國外設備往往價格很貴，超過5%，壽命較低（比如一些油中氣體檢測裝置），而且運行后還需要加上維護的成本。所以應在分析被監測設備故障的統計概率基礎上有選擇的安裝在線監測設備。
5、在線監測技術的前景
根據目前在線監測技術及用戶使用的情況，今后它將在以下幾個方面有所突破：
(1)技術層面
硬件設備將向智能化、網絡化、總線化方向發展，軟件故障分析系統將與離線試驗信息、設備本身信息及運行信息等進行綜合化、化、智能化診斷，不同系統的在線測量數據將能夠共享；具體表現為具有數據接口的智能型傳感器、干擾將得到有效抑制、色譜分析用的透氣膜壽命將會延長等。
(2)政策層面
將會出現統一的技術標準，同時相應的變壓器檢修規程、檢修管理等也會改變，從而會建立相對電機工程學會高電壓專業委員會2004年學術會議論文完善的狀態檢修管理系統；現在IEEE的在線檢測標準已經討論到第十稿，的在線檢測行業標準也在起草之中，而國電公司、科研院所、在線監測公司等都在積推動在線監測產品的研究及應用，這反過來也會促使狀態維修體制的早日實現。
(3)經濟層面
產品的硬件成本將會大幅下降，軟件故障分析系統愈顯重要。隨著越來越多在線監測設備生產公司、狀態檢修軟件開發公司的參與，加上同國外公司產品的競爭，同時電力用戶的需求量大大增加，從而產生規模效應，這些競爭和規模經濟等市場因素必將促使在線監測產品的得到提高。
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