在線監測系統在電廠變壓器中綜合應用淺析

沈輝

摘 要：判斷變壓器內部放電故障的特征氣體是在線監測裝置原理的根本，區別于正常運行時的烴類氣體在故障時這些特征氣體會大量、迅速地增加，故可以借鑒這些有價值的特征氣體來預判事故的發生。變壓器內部的放電故障一般危害性較大，需及早發現干預以免發生嚴重事故，除用變壓器色譜在線監測系統監測外，還可以加裝局部放電在線監測裝置監測故障點放電量的變化，更加準確直觀地監視變壓器的運行。

關鍵詞：局部放電 變壓器色譜 在線監測

中圖分類號：TM401 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（b）-0048-02

經濟發展電力先行，隨著經濟的高速發展電力行業也在不斷進步，大容量、高電壓的發電設備不斷地出現在人們的視野中。在電廠中承擔著向外輸送電能的主變其可靠性自然值得重點關注。在線監測系統能不停電監測，對事故早期有一定的預判作用。本文結合某電廠的實際案例來淺要分析一下在線監測系統在電廠變壓器中的應用。

在變壓器常見的故障中可以分為內部故障和外部故障，本文主要分析介紹內部故障的一些常見監測方法。其中內部故障按不同的分類方式，可以分為內部主體部分故障和內部附件的故障、過熱性故障和放電性故障（進水可以算是一種內部潛在故障劃分到放電性故障里）、電路故障和磁路故障，而在實際運行中放電性故障比較常見，故本文主要討論分析放電性故障的在線監測（一般性過熱性故障不會產生乙炔，較嚴重的過熱故障一般是由放電性故障發展、演變而來的）。

某電廠主變由3臺大容量單相變壓器組成（3×417000kVA），冷卻方式為強迫油循環風冷，中性點直接接地，調壓裝置采用無載調壓方式，由國外某廠商設計、制造，2002年出廠，2003年投入運行，直到故障發生前未有明顯征兆。2005年時此電廠主變A相線圈發生電弧放電，擊穿絕緣材料，重瓦斯保護動作，相鄰開關斷開，故障后乙炔、氫氣、總烴含量有著明顯的升高，事后發現一定量的硅膠顆粒和碎末分布在油箱底部，對此電廠可靠運行造成了一定的沖擊，更造成了一定的經濟損失。無獨有偶，在2008年4年一次的解體大修后此主變B相經檢查維護合格后投入運行，突發了一次較大的事故，經檢查為A柱高壓繞組調壓區線圈變形致X柱高，低壓線圈之間發生主絕緣擊穿并對地短路，其中主變B相油箱內部存在較多導致局部放電的異物是其放電的根本原因，此次故障造成了B相低壓側軟連接和中性點、24kV母線有不同程度的燒毀以及一次非計劃的停機事件。另外，此電廠A相換相后在2009年大修后又出現了內部局部放電的現象，同時也造成了一次非計劃停機，嚴重危害了該電廠的經濟效益。雖然此型號變壓器存在一定程度的設計缺陷，但是其根本原因還是由于異物流動于油箱內各處并有一定的累積，使電場分布發生畸變從而造成較為嚴重的局部放電以致損壞設備。在隨后的人工油色譜分析結果可以驗證，局部放電的特征氣體嚴重超標，但是由于沒有在線監測系統，故無法識別早期故障，無法及時干預才導致上述事件的發生。此時引入變壓器色譜在線監測設備就顯得尤為重要了。

功率運行時，變壓器內的絕緣油以及絕緣材料在外界的作用下會產生一些少量的烴類氣體，屬于正常現象。判斷變壓器內部放電故障的特征氣體是在線監測裝置原理的根本，區別于正常運行時的烴類氣體在故障時這些特征氣體會大量、迅速地增加，故可以借鑒這些有價值的特征氣體來預判事故的發生。例如：乙炔是絕緣油熱分解的產物，一般烴類氣體的不飽和度是隨著裂解溫度的增加而變化的，順序一般是烷烴后是烯烴最后才是炔烴。所以，在設備的實際運行中一旦有乙炔產生，必須引起足夠的重視，除此之外還要以氫氣、一氧化碳、二氧化碳來判斷是否是嚴重事故的前兆還是其他因素的影響（由于篇幅有限，各產氣對應不同的故障就不一一闡述列舉）。而現在普遍的氣體在線監測原理就是基于特征氣體透過油氣分離裝置經透氣膜再流入復合色譜柱，被前置放大的檢測信號傳輸到診斷系統來監測判斷。

在引進變壓器色譜在線監測系統以后，此電廠又出現了幾次較為典型的局部放電現象，但都由于發現及時而得到了有效遏制。通過在線監測各氣體的含量能較好地判斷其是否屬于高能放電、是否需要停機檢修，可以最大限度地在保證安全的情況下繼續運行，保持了較好的經濟效益。而該裝置的缺點就是在乙炔含量較高的情況下運行較長時間后，通過油的流動，乙炔有可能在一些死角地帶不會徹底析出，在故障處理完成后重新投入運行有時會產生誤報警，這就需要運行人員在監盤時重點關注。

變壓器內部的放電故障一般危害性較大，需及早發現干預以免發生嚴重事故，除用變壓器色譜在線監測系統監測外還可以加裝局部放電在線監測裝置監測故障點放電量的變化，更加準確直觀地監視變壓器的運行。

局部放電在線監測系統常用的幾種監測方法是光測法、射頻檢測法、超聲波法、脈沖電流法。在上述電廠變壓器中，加裝的局部放電在線監測裝置是脈沖電流法和超聲波法兩種結合實現檢測的。簡而言之，脈沖電流法就是通過安裝在接地線或套管根部的CT檢測局部放電引起的脈沖電流來獲得故障點的放電量。超聲波法就是通過在油箱壁或者變壓器油中放置超聲波探測器，若變壓器內發生局部放電此時就會產生超聲波信號，隨著超聲波的傳播來實現放電信號的監測。上述的監測方法注定該裝置在實際應用中存在以下的缺點：（1）在雨天時，容易造成信號的干擾，在某一些測點會存在持續較高的放電信號易造成誤報警，需運行人員進行甄別。（2）如果在該變壓器周圍進行震動較大的施工作業，若誤碰到超聲波探測器有可能使其信號消失或顯示不準，這就需要在管理上進行控制防范。但瑕不掩瑜，在2014年此電廠變壓器A相出現了間歇性放電現象，原因是高壓套管均壓球與卡盤接觸不牢加上長期運行時產生振動，最后導致該相均壓球定位樁的燒毀。然而在此次事件中由于加裝了色譜和局部放電在線監測裝置，實時反映了變壓器內部的故障，使該變壓器在一定限度內長久地安全穩定運行，取得了良好的經濟效益。

此電廠在經過上述幾次事件以后，目前運行情況穩定、良好。但是隨著機組運行時間的增加，設備的老化和一些不確定因素的左右，設備的一些潛在隱患肯定會逐漸增大。所以，要在做好設備在線監測的同時，不斷地演練應急響應預案，增加以在線監測系統數據為輔助決策的分析和管理程序，保證正常的機組運行，減小非計劃停機的次數。綜上所述，在線監測系統的加裝對事故的預判和事故的跟蹤還是很有指導意義的，值得推廣和應用。

參考文獻

[1] GB/T 7252-2001，變壓器油中溶解氣體分析判斷導則[S].

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