故障在線監(jiān)測在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳淑華

［摘要］ 本文論述變壓器早期故障在線監(jiān)測電力系統(tǒng)的使用情況，并結(jié)合了本單位在生產(chǎn)活動過程的實際應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］ 變壓器早期故障； 在線； 監(jiān)測； 實際應(yīng)用

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 20. 029

［中圖分類號］F272.7［文獻標(biāo)識碼］A［文章編號］1673 - 0194（2012）20- 0050- 02

０前言

隨著變壓器運行時間的延長，變壓器可能產(chǎn)生初期故障，油中某些可燃性氣體則是內(nèi)部故障的先兆，這些可燃氣體可降低變壓器油的閃點，從而引起早期故障。

變壓器油和纖維絕緣材料在運行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產(chǎn)生的氣體大部分溶于油中，但產(chǎn)生氣體的速率是相當(dāng)緩慢的。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在初期故障或形成新的故障條件時，其產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量則十分明顯，絕大多數(shù)的初期缺陷都會出現(xiàn)早期跡象，因此，對變壓器產(chǎn)生氣體進行適當(dāng)分析即能檢測出故障。

１變壓器內(nèi)部放電的原因和部位

最經(jīng)常造成局部放電的是絕緣體或表面存在的氣泡，如果在變壓器油中或在固體中含有氣泡，則氣泡中的電場強度比周圍介質(zhì)高，而氣泡的擊穿場強，在大氣壓力附近，總是比油或固體介質(zhì)低很多，因此氣泡就首先放電，而其他介質(zhì)仍然保持絕緣性能，就形成局部放電。

由于結(jié)構(gòu)不合理，使絕緣內(nèi)部電場分布不均勻，形成局部電場集中，在電場集中的地方，就有可能使油隙或局部固體絕緣擊穿或固體絕緣表面放電。由于原材料制造或工藝處理不當(dāng)，絕緣體中若有導(dǎo)電雜質(zhì)存在，則在此雜質(zhì)邊緣電場集中，產(chǎn)生局部放電。針尖狀導(dǎo)體或?qū)w表面有毛刺，則在針尖附近電場集中，產(chǎn)生放電。金屬部件帶有尖角、焊渣、毛刺或帶有缺陷，這些部位的電場就要發(fā)生畸變而使場強升高，造成放電。絕緣油中的含氣量過高形成的氣隙，而氣隙場強高，從而使氣隙首先擊穿形成放電。

變壓器內(nèi)產(chǎn)生局部放電的部位：導(dǎo)體與絕緣材料中存在的氣隙；絕緣體與材料中搭接縫隙中存在的氣隙；引線與繞組接頭處油紙絕緣中存在的氣隙；繞組端部絕緣的油隙放電；匝間絕緣放電；紙板和角環(huán)的沿面滑閃放電；絕緣體中混有金屬雜質(zhì)的周圍對地電位放電等。

２油中氫氣在線監(jiān)測局部放電性故障的必要性和可能性

眾所周知，變壓器內(nèi)部的絕緣油、紙、布、漆和木頭等絕緣材料都為碳氫化合物或碳水化合物，在分子結(jié)構(gòu)中碳氫鍵（Ｃ－Ｈ）最多，其鍵能最低，因此在分解時最容易斷裂；而氫氣的生成熱最小，因此在碳氫鍵斷裂后氫氣最易生成；又因為氫氣的分子半徑最小，在油中的溶解度也最小，使氫氣最容易從油中析出后滲透過高分子膜，使其以最快的速度集聚到檢測室。因此，選擇氫氣為監(jiān)測對象應(yīng)是局部放電性故障早期檢出最理想的故障氣體。

有的人提出乙炔（Ｃ２Ｈ２）是放電性故障最具代表的特征氣體。這確實如此，但Ｃ２Ｈ２分子中有Ｃ-Ｃ鍵，生成時必須吸收較大的能量，在局部放電的初期不可能產(chǎn)生，只有在火花放電后期才會有少量Ｃ２Ｈ２，但此時距電弧放電很近，惡性事故很快就會發(fā)生，即使這時被檢出，也沒有時間來采取防患措施，避免事故的發(fā)生了。

有的人提出，只監(jiān)測氫氣、水分不能進行綜合判斷，而應(yīng)該監(jiān)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(yīng)該認(rèn)識到，在線監(jiān)測的是運行設(shè)備，要停運不可能只靠油中氣體含量的診斷來決定設(shè)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(dāng)檢出油中氣體含量異常后，也不可能下令立即停電。在線監(jiān)測的目的主要是對變壓器內(nèi)部故障起“哨兵”的作用，即在準(zhǔn)確檢出初期故障發(fā)出報警。為此，在線監(jiān)測裝置不僅要求連續(xù)在線，而且要求對故障氣體的響應(yīng)速度要快。若檢測多組分只能通過2個方法來實現(xiàn)：① 色譜法，這將帶來取樣、進樣和色譜柱分離等過程，使監(jiān)測變成間斷進行；② 用多個傳感器分別監(jiān)測各組分，因目前傳感器質(zhì)量不過關(guān)，近年內(nèi)無法實現(xiàn)。通過上述分析，得知選擇連續(xù)監(jiān)測油中氫氣才是檢出早期局部放電故障的最佳方法。

３油中水分在線監(jiān)測

變壓器油是內(nèi)部的主要絕緣材料，水是影響絕緣性能最主要的因素。當(dāng)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，通過監(jiān)測變壓器油中水分含量，不僅可以防止變壓器油絕緣強度降低到危險水平，而且還可對變壓器整體的絕緣狀況進行評估。

４油中氣體在線監(jiān)測裝置應(yīng)具備的功能

由于油中氣體在線監(jiān)測的目的是為了早期檢出局部放電性故障，因此，該裝置應(yīng)具備的最重要功能可歸納為準(zhǔn)、快、簡3個方面。所謂準(zhǔn)，就是所選擇的監(jiān)測對象應(yīng)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最先產(chǎn)生的特征氣體，更是局部放電性故障的主要特征氣。然而值得說明的是目前的離線色譜檢測，在取樣、貯運、脫氣、進樣等操作環(huán)節(jié)中，氫氣極易損失，使分析結(jié)果往往出現(xiàn)較大的分散性，因而曾引起一些人懷疑氫氣監(jiān)測的有效性的。

所謂快，就是對故障氣體的反應(yīng)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(jiān)測裝置在故障氣體產(chǎn)生２０分鐘后，就應(yīng)發(fā)出報警，運行人員立即向有關(guān)部門匯報，進行綜合分析后，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，以便氣體快速進入檢測室。

所謂簡，就是要求裝置系統(tǒng)簡單、安裝方便、運行維護少乃至免維護。

因此，在線監(jiān)測裝置只有具備了“準(zhǔn)”、“快”，才能對內(nèi)部故障起到“哨兵”的作用；只有做到“簡”，給用戶帶來了方便、經(jīng)濟，才能得到推廣。

５大安２２０ｋＶ變電站在線監(jiān)測儀的使用規(guī)定

（１） 運行人員每次巡視應(yīng)對變壓器早期故障監(jiān)測儀進行一次檢查，并將氣體濃度、主變油溫和負荷記錄在運行值記錄中。

（２） 運行值員應(yīng)及時記錄在線測裝置所顯示的內(nèi)（０~２００ｐｐｍ），結(jié)合在線監(jiān)測診斷用指示燈情況以及氣體濃度，做初步判斷是否是氣體濃度高報警或系統(tǒng)自檢故障報警，并將故障現(xiàn)象及檢查結(jié)果記錄在運行值記錄中，同時向變壓早期故障監(jiān)測專門負責(zé)人匯報。若是系統(tǒng)自檢故障報警，由變電運行人員自處理，如不能解決及時通知廠家。若是氣體濃度高報警，該負責(zé)人要及時通知試驗所取油樣化驗。

（３） 傳感器中的滲透膜不能承受負壓，當(dāng)變壓器檢修需要抽真空濾油、注油時，必須將傳感拆下；傳感器前端與變壓器箱體間閥門關(guān)閉時，應(yīng)立即擰松傳感器上的放油螺釘；在慢慢打開儀器前端閥門，待傳感器放油孔出油成柱狀且不含氣泡時，擰緊放油螺釘，把閥門全部打開；拆下傳感器后不能用手或硬物觸及傳感器滲透膜；在外罩打開調(diào)試完畢后，恢復(fù)時要把外罩緊固螺帽擰緊，防止進入水分受潮。

６大安２２０ｋＶ變電所在線監(jiān)測儀報警值

大安２２０ｋＶ變電所在線監(jiān)測儀由白城城原運檢分公司負責(zé)每臺儀器的設(shè)置。報警值設(shè)置的原則如表１。

儀器的２４小時變化率和３０天變化率使用設(shè)備本身的默認(rèn)值。接到氣體高濃度報警通知后，變電所應(yīng)通知試驗所油化驗專業(yè)人員分別從監(jiān)測出口的變壓大本體采樣，進行色譜分析。

７結(jié)語

通過本文論述，得出如下看法：油中氣體在線監(jiān)測的最主要目的是對變壓器內(nèi)部局部放電性故障起“哨兵”的作用，而非綜合分析；生產(chǎn)主管部門在得知在線監(jiān)測裝置的準(zhǔn)確“報警”后，應(yīng)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。

氫氣是變壓器內(nèi)部局部放電性故障最早產(chǎn)生的主要特征氣體，選用性能穩(wěn)定，對故障氣體響應(yīng)快的油中氫氣在線監(jiān)測裝置，可望對變壓器內(nèi)部局部放電發(fā)展較慢的缺陷，在火花放電階段檢測出來，從而減少損失，避免惡性事故的發(fā)生。