电力变压器状态检修技术的分析

　　摘要：随着科学技术的发展，电力变压器数量急剧增加，对电力设备安全性、可靠性要求不断提高，传统的周期检修模式已明显满足不了新要求，提出了状态检修的模式。状态检修就是通过在线的和离线的监测手段，收集电气设备的运行的工况信息，通过系统科学的分析诊断，判断设备的健康状态，在设备接近损坏或对设备的安全性有怀疑时，决定设备的检修对策，进行大修或小修，可在设备检修周期到来之前根据设备状况提前进行检修，也可以根据设备的状况，延长检修周期，真正做到“应修必修”。
　　
　　关键词：变压器；状态检修；在线监测
　　
　　状态检修是一个系统工程,认真采用状态监测与故障诊断技术就可能实现电力变压器从预防性检修向预知性检修的转变,使电力变压器从“到期必修”逐渐过渡到“应修必修”,从而大大提高电力系统的供电可靠性
　　1电力变压器状态检修的必要性
　　电力变压器实行状态检修是电网迅速发展的需要,是电力企业实现现代化、科学化管理的要求,是新技术、新装置应用及发展的必然。状态检修可以避免目前定期检修中的一些盲目性,实现减员增效,进一步提高企业社会效益和经济效益。
　　2实施状态检修开展工作的研究
　　随着社会经济以及电力系统的发展，对发、输、供和用电的可靠性要求越来越高。同时，随着在线监测、模式识别、计算机信息处理技术等的发展，电气设备从现行的计划检修向状态检修转变，已成为必然趋势。因此，状态检修的前提条件在线监测技术就是首要问题，着重讨论在线监测和故障诊断的方法，由此说明进行电力变压器状态检修的基本原则。
　　2.1油中溶解气体分析
　　随着变压器运行时间的延长，变压器可能产生初期故障，油中某些可燃性气体则是内部故障的先兆，这些可燃气体可降低变压器油的闪点，从而引起早期故障。变压器油和纤维绝缘材料在运行中受到水分、氧气、热量以及铜和铁等材料催化作用的影响而老化和分解，产生的气体大部分溶于油中，但产生气体的速率是相当缓慢的。当变压器内部存在初期故障或形成新的故障条件时，其产气速率和产气量则十分明显，绝大多数的初期缺陷都会出现早期迹象，通过监测确定特征气体，油中溶解气体分析已被证明对于发现油浸变压器内部潜伏性故障相当有效和可靠。
　　（1）变压器油中的气体类别气相色谱法正是对变压器油中可燃性气体进行分析的最切实可行的方法，该方法包括从油中脱气和测量两个过程。矿物油是由大约2871种液态碳氢化合物组成的，通常只鉴别绝缘油中的氢气(H2)、氧气(O2)、氮气(N2)、甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)、乙烷(CH6)、二氧化碳(CO2)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)9种气体，将这些气体从油中脱出并经分析，证明它们的存在及含量，即可反映出产生这些气体的故障类型和严重程度。油在正常老化过程产生的气体主要是一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，油绝缘中存在局部放电时(如油中气泡击穿)，油裂解产生的气体主要是氢气(H2)和甲烷(CH4)。在故障温度高于正常运行温度不多时，产生的气体主要是甲烷(CH4)，随故障温度的升高，乙烯(CH2)和乙烷(C2H6)逐渐成为主要物征气体；当温度高于1000℃时(如在电弧弧道温度300℃以上)，油裂解产生的气体中含有较多的乙炔(C2H2)，如果故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多的一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。
　　基于实验室的油中溶解气体分析主要是依据变压器的类型或运行时间周期性地进行。有些发展期短的故障在两次定期取样期间可能检测不到。安装油中特征气体传感器连续监测，可能检测到早期的潜伏性故障征兆，从而有助于用户尽可能采取正确的检修措施。已有的油中溶解气体分析技术能够确定气体的类型、浓度、趋势及气体的产生速率。油中溶解气体的变化速率在决定故障发展严重性方面很有价值。
　　目前国内安装较多的油中气体在线监测装置是加拿大Syprotec的HY-DRANg0Ii智能型变压器早期故障在线监测系统。美国MM公司的TRUEGA严全组分DGOA在世界各地已有多年的运行经验，但目前在国内尚无运行实例，而且价格较高。国内有的将实验室油中溶解气体分析装置经简化后用于现场在线监测，但相当笨重，也不可能每台主变都安装一套，而且不能实现远程诊断。还有类似于TM8的产品在运行，但由于时间较短，其分子膜的耐中毒性及气体之间的相互干扰程度都有待运行考验。
　　2.2局部放电检测技术
　　局部放电检测技术是电力变压器绝缘监测的重要内容。传统局部放电检测信号频率通常<1MHz，近年来虽因数字信号处理和计算机辅助系统等新技术的应用得到了较快地发展，但仍以传统的检测理论为基础而受其技术的限制。油中放电上升沿很陡，脉冲宽度多为NS级，能激励起>1GHz的超高频电磁信号。超高频范围(300～3000MHz)提取的局部放电信号基本上无外界干扰，可极大地提高局部放电检测(特别是在线检测)的可靠性和灵敏度。超高频局部放电检测技术近年在一些电力设备(GIS、电机及电缆)的检测中得到应用。由于变压器绝缘结构的复杂性，目前对电力变压器局部放电超高频检测技术的研究仍处于起步阶段。变压器故障的原因之一是介质击穿，其原因主要是局部放电(PD)。PD水平及其增长速率的明显增加，能够指示变压器内部正在发生的变化。由于局部放电能导致绝缘恶化乃至击穿，故值得进行在线监测PD参数。最常遇到的PD源正反映了绝缘中由于某些缺陷状态而产生的固体绝缘的空洞、金属粒子和气泡。解释检测到的PD行为不够直接。
　　变压器的剩余寿命与PD行为之间的相关不存在一般的规则。作为常规的工厂验收试验的一部分，大多数变压器试验时都要求PD值水平低于规定值。从监测和诊断的角度，高于规定值的PD检测只能作为警示作用而一般不能作为设备失效的依据。这些现实情况只说明了所遇到的PD诊断的许多困难之一，国内许多单位从事高压电气设备的PD研究已有时日，但多为带电检测设备。基于模式识别方法的局放数字化检测装置及其三维谱图显示很有特色，在国内已有应用，但要用于在线连续监测，由于现场干扰源的相异性及复杂性，目前还相当困难。目前现场采用的“直线插入定位法”加数字滤波定位，采用干扰平衡装置在变压器各绕组的套管末屏、中性点及铁心等接地线获取信号，并排列组合成数对“平衡对”来消除外部干扰，获得PD量。但所测数据的稳定性和重复性都较差。
　　2．3绕组变形
　　近年来，变压器绕组变形的测量各地都在积极开展，但都是离线试验，基本上采用规程推荐的低压频响法。目前，已将此列为变压器的“反措”项目。新安装的主变压器和故障大修及出口短路的主变压器一定要进行绕组变形测试。
　　目前已有采用变压器短路电抗测量的方法，对变压器绕组变形进行在线监测和诊断的系统正在运行，测量精确度可以达到1％。该系统能依据所测短路阻抗数值给出绕组变形程度指示，对已有变形的变压器提出警告，直至退出运行，为电力变压器实行状态检修提供依据，判据较明晰，而且不依赖于实验者及其经验。
　　2.4泵/风扇运行
　　冷却系统最频繁的故障模式就是泵与风扇的故障。连续在线分析泵与风扇的状况，以决定当它们是否在设定的运行状态或关闭状态。这可以通过测量流过泵和风扇的电流及测量与其相关的控制冷却系统的温度来实现，也可以通过测量泵／风扇的电流和上层油温来实现。运行方式依据电流水平来调整。正常运行方式可以指示风扇叶和泵叶轮的旋转正确性，非正常运行方式通常是这些设备的控制线圈异常的结果。
　　导致泵轴承故障的可能是金属粒子。金属粒子可能是潜在的介质杀手。安装监测轴承磨损的传感器是切实可行的，这种超声传感器被嵌入泵轴承中，测量轴承长度可以确定是否出现了金属磨损。目前必须离线测量。连续在线分析必须考虑：控制冷却系统的温度可能与通过诊断系统测得的温度不同，为冷却系统工作的各阶段而建立的初始监测参数，决定于变压器的原始设计。必须注意，对冷却程序的任何修改或升级都将导致监测系统输出的变化，诊断系统的灵敏度受每一个传感器监测的电动机数量的影响。另外，可以通过对变压器铁心接地电流的在线监测，判断变压器铁心是否有多点接地故障。但诸如变压器油中微水、绕组温度分布（以决定绕组最热点温度）及其纸绝缘的老化参量(例如糠醛)等的在线监测，目前尚无好的解决方法，国内外都在积极探索中。
　　3变压器状态检修工作思路
　　目前在线监测技术尚不完善。随着监测技术的不断进步，在线监测最终取代预防性试验。因此，当前凡是有利于掌握设备状态的任何手段都应充分利用；过去行之有效的设备巡视、定期试验项目等不应该排斥，而应更好地发挥作用：已被证明是有效的色谱分析法、红外检测法等非电气方法值得进一步研究推广。
　　（1）实现电力变压器在线监测的目的是能及时、有效地监测设备的运行状态，发现设备的潜伏性故障，以实现设备的状态检修。
　　（2）计划检修和状态检修是2种不同的管理模式，与现场绝缘试验技术的水平及人们对设备的故障模式分析的掌握水平有关。但要实时地掌握设备状态，必须以变电站电力设备在线监测为基础。一个安全、可靠、实时的在线监测系统，无疑为状态检修提供更为有利的条件。
　　（3）目前电力变压器在线监测得到的数据分析和综合评判还处于不够完善阶段，即使强调横向比较，注重趋势分析，最终的结论还需要人的参与，这与在线监测的数据积累不够充足有关。利用专家系统诊断是必然趋势，但目前许多专家系统还不能做到将离线的信息和在线的信息有机结合起来，从而使所得的结论可信度不够高。在数据的融合和判据的效用方面，还有许多工作要做。
　　（4）电力变压器实施状态检修与各级领导观念的更新与发展不无关系。同时，运行单位要打破目前按一次设备，二次设备、计量和通信等专业划分的运行、检修模式，要详细地分析所有能得到的信息资料，综合判断设备的状态。这对现场人员的综合素质提出了更高的要求。
　　（5）将电力变压器在线监测系统与变电站自动化系统或MIS集成，不仅能够提高状态检修的技术水平，更重要的是能够提高电力变压器的运行可靠性。
　　4结语
　　变压器的状态检修至少应该打破原来定期检修的模式,遵循需要检修时就修,不需要检修时就不修的原则,有问题就解决问题。紧紧抓住变压器状态检修策略,既能够保证变压器安全运行,又能够减少不必要的检修费用。

《电力变压器状态检修技术的分析》

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