干式變壓器早期故障發(fā)展過(guò)程的分析與在線(xiàn)監測

摘要：通過(guò)分析干式變壓器內部故障的發(fā)展過(guò)程，提出了通過(guò)在線(xiàn)監測油中氫氣和水分來(lái)早期檢測局部放電故障的必要性和可能性，并討論了油中氣體在線(xiàn)監測裝置的基本功能。關(guān)鍵詞：干式變壓器1局部放電早期檢測油中氫水分在線(xiàn)監測裝置。前言干式變壓器是電力系統的重要設備，其狀態(tài)直接影響電網(wǎng)的安全運行。因此，對電力干式變壓器進(jìn)行在線(xiàn)監測，及時(shí)掌握設備狀態(tài)，一直是電力工作者的夢(mèng)想和追求。干式變壓器的狀態(tài)監測是通過(guò)對相關(guān)參數和信號的采集和分析來(lái)檢測內部初始故障及其發(fā)展趨勢。生產(chǎn)主管部門(mén)立即組織人員進(jìn)行綜合分析，診斷設備狀況，減少損失，避免惡性事故的發(fā)生，將傳統的定期維護改為狀態(tài)維護，從而提高電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，提高對用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量。由于干式變壓器的設計、制造、安裝、運行和維護，絕緣存在缺陷，短路電阻降低。因此，近年來(lái)主變壓器事故頻發(fā)，其中繞組局部放電故障是較嚴重的安全威脅。根據家電力公司2001年對全110千伏及以上主變壓器事故的調查，繞組事故占事故總數的74.6 [1](福建電網(wǎng)80起)。因此，提高干式變壓器安全運行的先要任務(wù)是及早發(fā)現繞組局部放電缺陷。油中氣體含量分析是檢測干式變壓器內部故障的好方法。在原電力部頒布的DL/T596-1996 《電力設備預防性試驗規程》中，已被列為干式變壓器的較好項試驗項目。據初步統計，通過(guò)對我油中氣體含量的分析，每年可檢測出近300臺故障或異常設備，對電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行起著(zhù)重要作用。但常規的油中氣體分析是離線(xiàn)監測，根據監管規定，采樣周期一般為3個(gè)月到1年。這種間歇性檢測能夠檢測過(guò)熱和浮動(dòng)潛在放電故障，但難以及時(shí)檢測繞組內部匝間和護罩之間的局部放電故障，嚴重威脅設備安全。為此，內外學(xué)者多年來(lái)一直致力于油氣和局部放電的在線(xiàn)監測。我于20世紀80年代建立了《高壓電氣設備絕緣在線(xiàn)監測協(xié)作網(wǎng)》，2002年5月在福州召開(kāi)年會(huì )，2002年12月中旬由家電力研究院高壓所和家高壓專(zhuān)委會(huì )在北海召開(kāi)研討會(huì )，組織編寫(xiě)了《在線(xiàn)監測管理導則》，這將有效推動(dòng)我絕緣在線(xiàn)監測的發(fā)展，為設備狀態(tài)監測提供法律依據。目前干式變壓器的在線(xiàn)監測項目可分為油中氣體、水分和絕緣兩類(lèi)。絕緣監測項目主要包括介質(zhì)損耗、泄漏電流和局部放電，其中介質(zhì)損耗和泄漏電流只能反映整體絕緣狀態(tài)，局部缺陷難以檢測；然而，局部放電在線(xiàn)監測的抗干擾技術(shù)尚未解決[2]。因此，目前干式變壓器的在線(xiàn)監測主要是對油中氣體和水分的在線(xiàn)監測。長(cháng)期從事油中氣體和水分的檢測以及內部故障的診斷。20世紀80年代，我與北京、吉林、陜西、安徽、貴州的電力研究所合作，開(kāi)發(fā)了一種帶氫傳感器的油中氫在線(xiàn)監測裝置。雖然內用了200多套，但當時(shí)傳感器的穩定性差。隨著(zhù)工業(yè)，電力的發(fā)展，對電網(wǎng)的安全性和可靠性提出了更高的要求。希望目前的定期檢修能逐步向狀態(tài)檢修過(guò)渡，狀態(tài)檢修要求對干式變壓器進(jìn)行狀態(tài)監測。近年來(lái)，傳感器技術(shù)、微機技術(shù)和油氣分離技術(shù)飛速發(fā)展 #p#分頁(yè)標題#e#

因為當這些部件的絕緣損壞時(shí)，沿表面的放電電壓會(huì )降低，受到內部或外部過(guò)電壓的沖擊后，絕緣性能會(huì )迅速下降，引起局部放電，甚至發(fā)展成電弧放電和燃燒。給電網(wǎng)和人民生命造成嚴重損失！因此，干式變壓器在線(xiàn)監測的目的應該是在火花放電前檢測局部放電缺陷，然后采取有效措施防止事故發(fā)生。有人認為放電故障發(fā)展快，突發(fā)性強，油中氣體不能早期檢測出來(lái)。眾所周知，任何事故都有一個(gè)產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程，即從量變到質(zhì)變。干式變壓器中的局部放電也有一個(gè)從電暈到爬電和火花放電的過(guò)程，較終形成電弧放電。其發(fā)展速度取決于故障位置和故障能量。作者對近十年來(lái)的主變壓器事故進(jìn)行了分析，發(fā)現相當一部分事故有幾個(gè)小時(shí)的發(fā)展過(guò)程，如1987年1月福建三明后山1號主變壓器(220千伏，90兆伏安)高壓B相屏樹(shù)枝狀放電引起的事故，2000年7月31日廈門(mén)松峪發(fā)電廠(chǎng)2號主變壓器(220千伏，370兆伏安)低壓角接線(xiàn)橫木支架絕緣缺陷引起的事故。2001年8月22日，福建赤灘水電廠(chǎng)1號主變壓器(220千伏，150兆瓦)事故，是110千伏中壓C相繞組整體軸向變形后再次雷擊引起的，2002年3月22日廣東大亞灣核電站2號主變壓器C相低壓角接線(xiàn)短路事故，都有幾個(gè)小時(shí)的發(fā)展過(guò)程。如果在火花放電階段選擇并檢測對故障氣體具有快速響應的監控裝置，則可以防止惡性事故的發(fā)生。3.通過(guò)油中的氫在線(xiàn)監測局部放電故障的必要性和可能性是眾所周知的。干式變壓器中絕緣油、紙、布、漆、木等絕緣材料都是碳氫化合物或碳水化合物，分子結構中碳氫鍵(C-H)較多，鍵能較低，分解時(shí)容易斷裂；而氫的生成熱較小，所以碳氫鍵斷裂后較容易生成氫；而且由于氫的分子半徑較小，在油中的溶解度也較小，使得氫更容易從油中分離出來(lái)，透過(guò)高分子膜，以較快的速度聚集在檢測室中。因此，選擇氫氣作為監測對象應該是局部放電故障早期檢測較理想的故障氣體。有人提出乙炔(C2H2)是放電故障較具代表性的特征氣體。這是真的，但是C2H2分子中有CC鍵，形成時(shí)必須吸收很大的能量。在局部放電的初始階段，

不可能產(chǎn)生，只有在火花放電后期才會(huì )有少量C2H2，但此時(shí)距電弧放電很近，惡性事故很快就會(huì )發(fā)生，即使這時(shí)被檢出，也沒(méi)有時(shí)間來(lái)采取防患措施，避免事故的發(fā)生了。 有的人提出，只監測氫氣、水分不能進(jìn)行綜合判斷，而應該監測多組分才能作出診斷。這種想法也是很正常的，但是，我們應該認識到，在線(xiàn)監測的是運行設備，要停運不可能只靠油中氣體含量的診斷來(lái)決定設備立即停電！就是目前試驗室的色譜分析，盡管所檢測的組分很多，判斷的方法很多，也很成熟，但當檢出油中氣體含量異常后，也不可能下令立即停電！在線(xiàn)監測的目的主要是對干式變壓器內部故障起"哨兵"的作用，即在準確檢出初期故障發(fā)出報警。為此,在線(xiàn)監測裝置不僅要求連續在線(xiàn)，而且要求對故障氣體的響應速度要快。若檢測多組分只能通過(guò)二個(gè)方法來(lái)實(shí)現:一為色譜法，這將帶來(lái)取樣、進(jìn)樣和色譜柱分離等過(guò)程，使監測變成間斷進(jìn)行；二為用多個(gè)傳感器分別監測各組分，因目前傳感器質(zhì)量不過(guò)關(guān)，近年內無(wú)法實(shí)現。通過(guò)上述分析，得知選擇連續監測油中氫氣才是檢出早期局部放電故障的較佳方法。4.油中水分在線(xiàn)監測 干式變壓器油是內部的主要絕緣材料，水是影響絕緣性能較主要的因素。當油中水分含量增加到一定值后，將引起絕緣性能的急劇下降，及至引起事故。因此，通過(guò)監測干式變壓器油中水分含量，不僅可以防止干式變壓器油絕緣強度降低到危險水平，而且還可對干式變壓器整體的絕緣狀況進(jìn)行評估[4]。 近年來(lái)，我也曾發(fā)生過(guò)幾起因干式變壓器受潮進(jìn)水引起的事故，造成嚴重的損失。因此，實(shí)時(shí)檢測干式變壓器油中水分也非常重要,尤其對于強油水冷和濕度較大地區的重要干式變壓器顯得更為迫切。其裝置不僅要求反應速度快，而且要穩定準確。這就要求濕度傳感器安裝在強油循環(huán)部位或自備循環(huán)油泵回路上。5.油中氣體在線(xiàn)監測裝置應具備的功能 由于油中氣體在線(xiàn)監測的目的是為了早期檢出局部放電性故障，因此，該裝置應具備的較重要功能可歸納為準、快、簡(jiǎn)三個(gè)方面。所謂準，就是所選擇的監測對象應該是局部放電初期主要的特征氣體，前面已述油中氫氣是各種故障時(shí)較先產(chǎn)生的特征氣體，更是局部放電性故障的主要特征氣。然而值得說(shuō)明的是,目前的離線(xiàn)色譜檢測，在取樣、貯運、脫氣、進(jìn)樣等操作環(huán)節中，氫氣極易損失，使分析結果往往出現較大的分散性，因而曾引起一些人懷疑氫氣監測的有效性的。 所謂快，就是對故障氣體的反應速度要盡量快！因為局部放電性故障的發(fā)展速度快，因此要求監測裝置在故障氣體產(chǎn)生20分鐘后，就應發(fā)出報警，運行人員立即向有關(guān)部門(mén)匯報，進(jìn)行綜合分析后,采取有效果斷的措施，以便防止惡性事故的發(fā)生。這不僅要求采樣、檢測單元安裝在強油循環(huán)回路上或本身備有循環(huán)油泵，而且油氣分離的透膜要大，以便氣體快速進(jìn)入檢測室。 所謂簡(jiǎn)，就是要求裝置系統簡(jiǎn)單、安裝方便、運行維護少乃至免維護。 因此，在線(xiàn)監測裝置只有具備了"準"、"快"，才能對內部故障起到"哨兵"的作用;只有做到"簡(jiǎn)"，給用戶(hù)帶來(lái)了方便、經(jīng)濟，才能得到推廣。6.結束語(yǔ) 通過(guò)本文論述，得出如下看法： 油中氣體在線(xiàn)監測的較主要目的是對干式變壓器內部局部放電性故障起"哨兵"的作用，而非綜合分析；生產(chǎn)主管部門(mén)在得知在線(xiàn)監測裝置的準確"報警"后，應立即采取果斷有效措施，以便減少損失，避免惡性事故的發(fā)生。 氫氣是干式變壓器內部局部放電性故障較早產(chǎn)生的主要特征氣體，選用性能穩定，對故障氣體響應快的油中氫氣在線(xiàn)監測裝置，可望對干式變壓器內部局部放電發(fā)展較慢的缺陷，在火花放電階段檢測出來(lái),從而減少損失,避免惡性事故的發(fā)生。 我們在選擇油中氣體在線(xiàn)監測裝置時(shí)，必須走出用色譜法檢測多組分的誤區,而要從"準"、"快"、"簡(jiǎn)"入手，對其功能作綜合評價(jià),安裝上對安全經(jīng)濟具有實(shí)效的裝置。 來(lái)源：中華電力網(wǎng)#p#分頁(yè)標題#e#