變壓器色譜在線監測系統在秦山第二核電廠的應用

張志強 陳 偉 雷水雄 秦建華

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽314300)

0 引言

變壓器是電力系統的重要設備，其運行狀態好壞直接影響到電廠的安全運行。多年的實踐證明，油中溶解氣體分析（DGA）是診斷大型油侵式電力變壓器潛伏性故障比較有效的方法，但是隨著變壓器數量的不斷增加和供電可靠性要求的不斷提高，傳統的試驗室色譜分析監測手段逐漸顯現出試驗周期長、跟蹤不及時及操作繁瑣等局限性。近年來，變壓器在線色譜監測技術發展迅速，已逐步在發電廠中投入使用。變壓器在線色譜監測系統能在線持續監測氣體組分，貯存長期的監測結果，提供完整的發展趨勢信息，對及時發現潛在故障，確定變壓器的維護周期，實現狀態檢修具有決定性的作用。

本文介紹MGA2000-6系列變壓器色譜在線監測系統的性能、原理及在秦山第二核電廠的應用情況。

1 MGA2000-6變壓器色譜在線監測系統簡介

1.1 主要功能

MGA2000-6系列變壓器色譜在線監測系統可同時實現高精度在線監測變壓器油中溶解的氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）和乙烷（C2H6）等六種氣體組分，并通過計算獲得總烴的含量、各組分氣體的相對增長率以及絕對增長速度。缺點是無監測二氧化碳（CO2）的功能，優點是具有實時監測、數據分析、數據顯示、數據保存、報表、故障診斷、故障發展趨勢分析、設備故障報警、參數設置及網絡功能等，能很好地滿足變壓器設備在線監測的需要。

1.2 工作原理

MGA2000-6系列變壓器色譜在線監測系統采用氣相色譜原理，變壓器油通過油路循環單元采集到油氣分離裝置，溶解在變壓器油中的故障特征氣體經特制的油氣分離裝置分離脫氣后，在內置微型氣泵的作用下，進入電磁六通閥的定量管，定量管中的故障特征氣體在載氣作用下流過色譜柱，然后氣體檢測器按氣體出峰順序分別將六組分氣體（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6）變換成電壓信號，數據采集器將采集到的電壓信號經過A/D轉換通過CAN總線或RS485上傳給安裝在控制室的數據處理服務器，數據處理服務器根據儀器的標定數據進行定量分析，計算出各組分及總烴的含量以及各自的增長率，再由故障診斷專家系統對變壓器故障進行判斷，從而實現變壓器故障的在線監測，其工作原理如圖1所示。

圖1 MGA2000-6系列變壓器色譜在線監測系統原理圖

1.3 軟件功能概述

MGA2000-6系統軟件利用生動的趨勢圖、直觀的數據表格、直方圖顯示變壓器油中各組分含量和油溫等數據，對變壓器運行狀態進行跟蹤分析。采用準確、可靠的智能譜峰識別技術進行譜圖分析，運用改良三比值法、大衛三角形法以及立方體圖示法進行故障診斷，具有系統故障監測、載氣壓力報警等功能，裝置設置有聲/光報警提示報警信息。系統采集周期可由用戶自行設定，最小1小時，檢測數據和診斷結果可以自動傳至遠方終端，從而實現變壓器故障的在線監測。

2 系統運行情況與案例分析

2.1 運行情況

秦山第二核電廠目前運行四臺650MW核電機組，主變壓器為保定天威保變股份有限公司生產的500KV單相變壓器，每相容量250MVA，共計12臺。2010年206換料大修期間，首次對2號機組主變壓器A、B、C三相各加裝了一套MGA2000-6系列變壓器色譜在線監測系統的技術改造。隨后，在2011年108和301換料大修期間，及2013年401換料大修期間分別在1號機組、3號機組和4號機組主變壓器上安裝了9套MGA2000-6系列變壓器在線色譜監測系統。目前在線色譜運行情況良好，實現了全廠全部主變壓器故障的實時在線監測分析功能。

2.2 案例分析

2012年4月12日1號機組主變壓器109大修后沖擊送電，沖擊時B相勵磁涌流最大，達1950A。4月13日在線色譜顯示出現約0.4ppm左右的乙炔氣體，總烴由沖擊前6ppm升至8ppm，4月30日機組并網開始升功率，5月4日晚機組達滿功率，5月5日在線色譜顯示B相總烴增長較大，5日一天從凌晨1：50到晚 19:49，B相總烴由14.25ppm增長到41.69ppm，在線色譜中乙炔含量自產生后無明顯變化。跟蹤在線監測系統數據趨勢（圖2所示）可以看出，該變壓器各種故障特征氣體增長趨勢明顯。

圖2 1#主變壓器B相在線色譜趨勢圖

對該變壓器取油樣回實驗室進行色譜分析，將其試驗結果與在線色譜數據進行比較，如表1所示。

表1 1#主變壓器B相油色譜實驗室與在線數據比對

利用三比值法計算編碼為0，2，2，依據《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》判斷該變壓器有高溫過熱（≥700℃）故障。

為了進一步計算故障點溫度，采用日本月岡、大江等提出的溫度估算公式進行溫度估算，其故障點溫度為736℃，與三比值法的判斷結果相吻合。溫度估算公式為：

測試運行中鐵心接地電流為0.2A，排除了鐵心多點接地的可能。變壓器不存在過負載運行情況，也未曾遭遇過出口短路等異常工況。測試潛油泵運行情況，顯示無異常溫升現象，色譜跟蹤分析數據未見異常，可排除潛油泵故障導致的色譜異常。分析色譜數據，由于CO和CO2含量沒有明顯增長，認為過熱故障應不涉及固體絕緣，裸金屬局部過熱的可能性比較大。2012年5月25日以后色譜數據顯示油中溶解氣體趨勢逐漸平穩，認為變壓器內部瞬態變化消失，或故障點已燒熔，判定過熱故障已經明顯緩解或逐步消失。

2013年4月，110換料大修期間，對該故障主變壓器放油后進入內部檢查，檢查發現問題如下：

（1）高低壓夾件與靠近高壓引線的第一根襯板接觸面有兩處明顯放電過熱灼燒點。同時，在兩側襯板的下方發現少量的金屬顆粒，散落在鐵心上，最大金屬顆粒直徑約2mm；

（2）主變器身定位螺栓墊圈與低壓夾件有過熱痕跡；

（3）高壓引線裝置支撐板緊固螺栓有過熱灼燒痕跡；

（4）低壓側油箱磁屏蔽絕緣電阻為零。

經分析，認為變壓器在運行中不可避免地要產生振動，特別是當投切變壓器或網絡潮流發生變化時產生的振動更大，容易引發相關部件松動。秦山第二核電廠1#主變B相運行年限已達十年，內部很容易出現松動，由于109換料大修后沖擊送電，沖擊時B相勵磁涌流最大，本體震動較A/C相高出許多，導致襯板與夾件之間及其它松動部位出現過熱點并逐步累積造成過熱性故障。針對存在的缺陷，采取的處理措施是：

（1）緊固了夾件與襯板的連接螺栓，并盡可能地清理了金屬顆粒；

（2）刮除了定位螺栓墊片與底部襯板間的油漆并緊固；

（3）對磁屏蔽進行了清理，清理后絕緣恢復合格。

2013年4月22日，1#主變B相重新沖擊合閘送電至今運行情況正常。

由表1可知，故障主變壓器試驗室與在線油色譜數據對比結果基本吻合，說明在線監測系統不僅能夠準確反映變壓器油中故障氣體的發展趨勢，而且其測試的氣體組分含量與實驗室的測試結果一致性也很好。

3 結論

實際應用證明，變壓器色譜在線監測系統能較快地從氣體的變化趨勢上發現變壓器內部出現的故障，隨時掌握設備的運行狀況，可彌補定期油色譜試驗時間間隔過長的不足，在一定程度上減少設備突發性事故的發生。秦山第二核電廠主變壓器安裝的MGA2000-6系列變壓器色譜在線監測系統運行穩定，預警及時、準確，所監測的各項數據與實驗室色譜分析數據吻合，達到了在線監測的目的，為變壓器的可靠運行提供了保障。

［1］GB/T 7252－2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].

［2］趙宇彤，楊清華.變壓器油中溶解氣體在線監測的應用[J].電氣應用，2005（1）：35-38.

［3］張斌，譚雪春.變壓器溶解氣體在線監測方法[J].湖南電力，2005（1）：41-43.

［4］MGA2000-6H變壓器色譜在線監測系統使用手冊[S].寧波理工監測科技股份有限公司.