油色譜在線監測系統在馬馬崖發電廠的應用研究

摘要：筆者作為電廠一名扎根基層的檢修運行人員，從電廠現場實際的運行情況出發，通過對油色譜在線監測裝置結構、功能進行介紹，使得現場運行人員能夠掌握國內外油色譜裝置的結構及原理，了解設備的工作過程。最后采集了馬馬崖發電廠連續幾個月內的在線監測數據，并對這些數據進行分析各種變壓器故障所對應的比值，從而更加有效地保證電廠以及電力系統安全運行。

關鍵詞：主變壓器；油色譜分析；在線監測；故障診斷

中圖分類號： TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（b）-0000-00

馬馬崖一級水電站為北盤江干流（茅口以下）規劃梯級的第二級，屬二等大型工程，本廠共有3+1臺主變壓器，均由江蘇上能新特變壓器有限公司出品。冷卻方式為強迫油循環水冷，其額定工作壓力為0.08MPa～0.3MPa，其原理是變壓器的上層熱油由潛油泵抽出后，經冷卻器冷卻，然后再進入變壓器油箱的底部，從而使鐵芯和繞組得到冷卻。

1 馬馬崖發電廠主變油色譜在線監測系統的應用及原理

1.1 馬馬崖發電廠主變油色譜在線監測系統的基本構造

馬馬崖發電廠應用的主變油色譜分析系統是MGA2000-6H變壓器色譜在線監測系統，MGA2000-6H變壓器色譜在線監測系統由現場監測單元（色譜數據采集器MGA2000-6H-01）、主站單元（數據處理服務器MGA2000-6H-02）及監控軟件（狀態監測與預警軟件MGA2000-6H V2.0.3）組成。現場監測單元即色譜數據采集器由油樣采集單元、油氣分離單元、氣體檢測單元、數據采集單元、現場控制處理單元、通訊控制單元及輔助單元組成。

1.2 馬馬崖發電廠主變油色譜在線監測系統的工作原理

MGA2000-6H變壓器色譜在線監測系統工作時，采用真空差壓方式將變壓器油吸入到油樣采集單元中，通過油泵進行油樣循環；油氣分離單元快速分離油中溶解氣體至氣室，內置的微型氣體采樣泵把分離出來的氣樣輸送到六通閥的定量管內并自動進樣。具體如下圖1.1所示：

圖1.1 MGA2000-6H變壓器色譜在線監測系統原理圖

數據采集單元完成AD數據的轉換和采集，嵌入式處理單元對采集到的數據進行存儲、計算和分析，并通過RS485/CAN/100M以太網接口將數據上傳至數據處理服務器（安裝在主控室），最后由MGA2000-6H V2.0.3狀態監測與預警軟件進行數據處理和故障分析。

2馬馬崖發電廠主變油色譜在線監測系統應用情況分析

2.1 MGA2000-6H 系列變壓器油色譜在線監測系統的判比方法

該系統運用改良三比值法、大衛三角形法、立方圖示法等進行診斷.

2.1.1 三比值法

三比值法的原理是：依據重充油電氣設備內油、絕緣在故障的情況下發生裂解而產生氣體組分含量的相對濃度與溫度的互相依靠關系，在五種特征氣體中選取兩種溶解度以及擴散系數相似的氣體組分形成三對比值，用不相同的編碼來標示。此法避免了變壓器油體積效應的作用，用以判定充油電氣設備故障類型的常用途徑，而且等夠得到故障狀態可靠的診斷。

2.1.2大衛三角形法和立方體圖示法

運用產生油氣的三對比值，立體坐標上確立的立體圖即為立方體圖示法，這種方法可以很容易至關地看出不相同故障類型的變化走向。所謂大衛三角形法是利用CH4、C2H2和C2H4的相對含量，在三角形坐標圖上來判斷故障類型的方法。

圖2.1 大衛三角形圖示法

米歇爾杜烏爾提出來了大衛三角形法，它是依據甲烷、乙烯和乙炔三種氣體進行故障類型判斷。將大衛三角形法和傳統三比值法進行比較，其優處就是保存了某些因為處于供給的比值制約以外并且被IEC比值法遺漏的數據。在運用大衛三角形法進行判定故障的時候，比值點處于某個區域里所相應的故障類型就是這個比值對應的故障類型，故而大衛三角形法都可以得到一個診斷的結果并且錯誤率非常低。

立體圖示法是根據IEC三比值法，在三維立體空間中，把氣體含量的比值C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6分別作為立體空間的X、Y、Z正交坐標軸。將變壓器出現的故障空間分成七大模塊：PD-局部放電；D1-低能放電；D2-高能放電；T0-低溫過熱；T1-低溫過熱；T2-中溫過熱；T3-高溫過熱。

圖2.2 立方體圖示法

2.2 正常運行下主變壓器油中溶解的氣體

當變壓器在正常運轉情況時，其里面的絕緣油以及有機絕緣材料在熱和電的影響下會逐步老化和分解，出現微量的多種低分子烴類氣體以及CO和CO2等氣體。熱故障以及電故障條件時同樣將出現上述氣體，一氧化碳以及二氧化碳的出現在技術還不能夠區別，并且在數值上還未有明顯界線。當運行中變壓器油內部氣體高于變壓器和套管油中溶解氣體含量的注意值時，就應該高度關注。

2.3 在線數據與檢驗數據對比

根據電力監督部門管理規定，假如通過對主變油色譜在線監測系統分析數據結果和第三方監測機構-貴州電力試驗研究所結果一致，技術監督部門認為主變壓器油色譜在線監測系統安全可靠運行。

經過形成各組分柱狀圖進行研究，油色譜在線監測系統和電力試驗研究院所測得的數值大致相同，表明主變該系統所測量得到的1#主變壓器數據準確正常。

2.4 油色譜在線監測裝置故障數據案例分析

采集的數據是2015年3月份通過油色譜例行試驗發現總烴值比以前采集的數樣相比有大幅增長，并且高于注意值，這種狀況引起了馬馬崖發電廠運行部門的高度關注，在接下來的試驗數據有漸漸上升的趨向。參照《導則》可以知道，運行中變壓器油中總烴的含量注意值為150uL/L，從采集的數據發現馬馬崖發電廠1#主變總烴值在2月份由以前的正常值17.41uL/L陡增至155.41uL/L，以2015年3月3號至2015年3月19號半個月的運行其計算，總烴產氣速率達45%，遠遠超過了總烴相對產氣速率高于10%時本該得到注意值得規定。這種不正常情況則意味了變壓器中很大程度上已經出現某種故障。

從采集數據進行分析可以知道，油中故障氣體的主要是甲烷和乙烯，次要氣體的組分是氫氣和乙烷，根據特征氣體法判斷該變壓器內部存在著過熱故障。

應用改良的三比值法對該故障現象分析判斷，需要計算出三對氣體比值C2H2/C2H4、CH4/H2以及C2H4/C2H6的比值，算得結果以及參照三比值法得到編碼組合，當比值形成的編碼組合是000是表示的是變壓器運行正常；當比值形成編碼組合是022時對應故障類型是超過700oC的高溫過熱；當比值形成編碼的組合是021是對應故障300～700oC的中溫過熱。用該種方法判斷的故障結果與特征氣體法的判斷結果以及主變油色譜在線監測系統檢測的結果一致。

在2015年3月23號，馬馬崖發電廠組織專門的運行維修小組進行停電檢查。當查驗到鐵芯時，斷開鐵芯外引接地線后，采取兆歐表測定鐵芯的絕緣電阻，測量得到鐵芯絕緣電阻等于零，更換萬用表測量時，絕緣電阻變成300歐，進而確認變壓器內部故障應該是鐵芯多點接地故障。

結合該變壓器的實際情況分析，認為可能是由于某種金屬異物在鐵芯與地之間構成了短路，從而引起鐵芯出現另外的接地點。隨即采取電容沖擊法進行處理，采取直流對0.5uF電容器先充電，接著采用這個電容器對鐵芯放電，采取高壓電荷來沖掉構成鐵芯接地點的金屬異物。通過反復放電沖擊，又檢測鐵芯絕緣電阻值，觀察出絕緣電阻值上升至450兆歐，便表明這個接地點故障被清除。

為了消除油中故障氣體，其后對有進行過真空過濾的脫氣處理。在之后的運行，對這個主變壓器再次做很多次跟蹤試驗，結果表明油中氣體含量比較穩定且正常，即可表明鐵芯多點接地故障早已清除。

3 結論與展望

本文經過對MGA2000-6H主變油色譜在線監測系統在馬馬崖發電廠的應用情況分析，從現場實際應用角度出發，經過主變油色譜在線監測裝置結構、功能和分析，得到了主要結論有以下兩點：

3.1針對在2015年3月份馬馬崖發電廠1#主變出現的故障，油色譜在線監測系統監測的故障診斷結果與理論分析所得到的結果一致，當故障解除后，監測的數據在在穩定的范圍內波動。表明該系統的運用為電廠的安全可靠運行提供了有效監測作用，從而電廠的安全運行提供了保障。

3.2根據化學技術監督手冊，馬馬崖發電廠每季度都要對主變油樣抽取化驗，通過油樣結果分析主變性能、指標，以確保主變安全、優質、經濟的運行。同時該項技術的應用，使得馬馬崖電廠可以節約大量技術監督費用，同時也避免在主變取油樣時主變事故停運。

參考文獻

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