換流站換流變油色譜異常的分析與處理研究

杜 鵬 張學(xué)友 朱能富 楊建旭

（1、國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥230069 2、安徽南瑞繼遠(yuǎn)電網(wǎng)技術(shù)有限公司，安徽 合肥230069）

油色譜在線(xiàn)檢測(cè)裝置在我國(guó)電力領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，該裝置能夠較好服務(wù)于換流站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但結(jié)合實(shí)際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，換流站換流變油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置很容易出現(xiàn)問(wèn)題，如在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置故障、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)維人員認(rèn)知及能力不足、微機(jī)保護(hù)軟件功能存在局限，這類(lèi)問(wèn)題的針對(duì)性處理必須得到重視，同時(shí)需要關(guān)注換流站換流變油色譜異常的根本原因探尋。

1 換流站換流變油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置維護(hù)要點(diǎn)

換流站換流變油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置維護(hù)需關(guān)注多方面要點(diǎn)，代表性較高的主要有在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置故障處理、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警風(fēng)險(xiǎn)處理、運(yùn)維人員認(rèn)知及能力強(qiáng)化、微機(jī)保護(hù)軟件功能局限處理。

1.1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置故障處理

換流站換流變油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置很容易出現(xiàn)故障，這類(lèi)故障一般會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常問(wèn)題出現(xiàn)。為正確處理相應(yīng)故障，必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的維護(hù)人員深入查找原因并開(kāi)展針對(duì)性修理，維護(hù)人員需圍繞譜圖檢測(cè)數(shù)據(jù)、不同氣體譜峰顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)存在正常的譜峰，則需要圍繞檢測(cè)器開(kāi)展檢查維修[1]。

1.2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警風(fēng)險(xiǎn)處理

換流站換流變油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置后臺(tái)監(jiān)控程序與報(bào)警信號(hào)未能相互連接的情況很容易出現(xiàn)，這種情況下在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置無(wú)法保證換流站換流變風(fēng)險(xiǎn)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)。如運(yùn)行人員不能堅(jiān)持每天登錄系統(tǒng)查看換流站換流變油色譜數(shù)據(jù)，潛在的報(bào)警風(fēng)險(xiǎn)將因此變大，這種情況下必須科學(xué)連接報(bào)警信號(hào)與后臺(tái)，換流站換流變異常的及時(shí)發(fā)現(xiàn)可由此得到保障。

1.3 運(yùn)維人員認(rèn)知及能力強(qiáng)化

在實(shí)際工作中，很多運(yùn)維人員僅負(fù)責(zé)換流站換流變油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置是否打開(kāi)的檢查，忽視裝置運(yùn)行過(guò)程的情況較為常見(jiàn)，這種情況下的油色譜分析往往會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)原因無(wú)法順利找出，針對(duì)性的維護(hù)也無(wú)從開(kāi)展。因此，必須強(qiáng)化維護(hù)人員的培訓(xùn)，保證每一名運(yùn)維人員均能夠高度重視換流站換流變油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，以此實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)工作優(yōu)化[2]。

1.4 微機(jī)保護(hù)軟件功能局限處理

受產(chǎn)品更新速度過(guò)快影響，換流站換流變油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置中硬件成本占比不斷下降，但在存在相對(duì)成熟硬件技術(shù)的同時(shí)，軟件更新速度快于硬件更新速度的情況較為常見(jiàn)，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的壽命周期不可避免地出現(xiàn)一定縮短。因此，本文建議優(yōu)化微機(jī)保護(hù)裝置軟件設(shè)計(jì)，這種優(yōu)化需從設(shè)計(jì)思維入手，以此優(yōu)選軟件更好達(dá)成換流站換流變油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)目標(biāo)，并結(jié)合動(dòng)態(tài)變化的保護(hù)裝置特點(diǎn)，不斷更新技術(shù)、軟件，并設(shè)法提升雙重保護(hù)裝置可靠性，換流站換流變安全穩(wěn)定運(yùn)行可更好得到保障[3]。

2 換流站換流變油色譜異常的分析與處理實(shí)踐

2.1 案例概況

表1 011BB 相本體正常油色譜分析數(shù)據(jù)（單位：μL/L）

2.2 故障分析

對(duì)于換流站采用的油浸式變壓器來(lái)說(shuō)，其故障可細(xì)分為外部故障和內(nèi)部故障，外部故障主要包括絕緣套管破碎或閃絡(luò)引發(fā)的接地短路、引出線(xiàn)間相間故障催生的變壓器繞組變形或內(nèi)部故障等。內(nèi)部故障可細(xì)分為繞組線(xiàn)匝間的匝間短路、各相繞組間的相間短路、引出線(xiàn)或繞組通過(guò)外殼出現(xiàn)的接地故障等。變壓器內(nèi)部故障可進(jìn)一步細(xì)分為電故障和熱故障，電故障指的是高電場(chǎng)強(qiáng)度作用下變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的絕緣性能下降或劣化，根據(jù)不同的放電能量密度，可將電故障細(xì)分為高能量電弧放電、火花放電、局部放電，熱故障指的是變壓器內(nèi)部溫度升高、局部過(guò)熱。超聲測(cè)法、電測(cè)法、色譜分析法均屬于常用的變壓器早期故障不停電檢測(cè)方法，其中電測(cè)法存在較差的抗干擾性能和較高的靈敏度，超聲測(cè)法可實(shí)現(xiàn)“定位”且抗干擾能力強(qiáng)，但靈敏度不高。色譜分析法適用于故障發(fā)展趨勢(shì)判斷，對(duì)局部放電靈敏度不高，同時(shí)對(duì)電弧放電和局部過(guò)熱靈敏[4]。在案例換流站的換流變故障類(lèi)型判斷過(guò)程中，技術(shù)人員針對(duì)性開(kāi)展了換流變外部檢查，通過(guò)檢查可確定換流變外部不存在故障。進(jìn)一步圍繞氣體組分進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，甲烷和乙烯屬于熱故障主要產(chǎn)生的氣體，乙炔一般不會(huì)因熱故障產(chǎn)生，即便產(chǎn)生也一般僅有2%總烴的乙炔產(chǎn)生，而由于案例中故障換流變乙炔為主要故障氣體，因此熱故障可從內(nèi)部故障中排除，因此可以初步斷定故障為電故障這一內(nèi)部故障。由于存在150μL/L 以下的總烴含量，電弧放電可能性可由此排除，這是由于產(chǎn)生氣體急劇的電弧放電存在較大產(chǎn)氣量，必然會(huì)導(dǎo)致存在150μL/L 以上的總烴含量。基于不同故障類(lèi)型的氣體產(chǎn)生特點(diǎn)，可判斷故障源于換流變火花放電，這一內(nèi)部低能量放電會(huì)產(chǎn)生氫氣和乙炔，對(duì)于檢驗(yàn)周期很短的油色譜來(lái)說(shuō)，不明顯的組分變化可推斷其屬于間歇性放電。考慮到大量甲烷會(huì)因局部放電產(chǎn)生，因此局部放電可能性由此排除，但早期局部放電現(xiàn)象曾出現(xiàn)過(guò)的可能不可排除。進(jìn)一步分析故障原因可以發(fā)現(xiàn)，由于存在不高的故障能量，因此油流帶電故障、分接頭開(kāi)關(guān)故障、鐵芯故障、引出線(xiàn)或繞組通過(guò)外殼接地、繞組匝間短路等均可排除。可能的故障來(lái)源包括油中雜質(zhì)、螺栓松動(dòng)形成懸浮電位引起的火花放電，以及換流變本身絕緣材料、換流變充電、溫度變化較大產(chǎn)生的氣體，或換流變潛油泵故障、套管油泄漏。由于無(wú)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)的氣體組分變化，且存在含量不大的總烴，故障是否存在此時(shí)無(wú)法確定，因此故障判斷不得采用三比值法，表2 為011BB 相本體異常油色譜分析數(shù)據(jù)，表中相同日期油色譜氣體組分由不同單位檢測(cè)，其中5.19 中的H2數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

表2 011BB 相本體2018 年異常油色譜分析數(shù)據(jù)（單位：μL/L）

2.3 故障處理

由于即將進(jìn)入迎峰度夏期間，案例換流變是否更換直接受到故障判斷結(jié)果影響，這是由于供電緊張、負(fù)荷大的迎峰度夏期間換流變的停電檢修更換會(huì)帶來(lái)較大損失和影響。結(jié)合進(jìn)一步開(kāi)展的進(jìn)線(xiàn)1.1 套管油色譜分析，可以得到正常結(jié)果，存在0μL/L 的乙炔濃度，因此可將泄漏可能排除。超聲波局部放電定位檢查潛油泵可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)比正常油色譜的運(yùn)行換流變壓器，能夠得到無(wú)異常的結(jié)果，潛油泵損壞可由此排除。采用超聲波局部放電定位檢查換流變內(nèi)部，明顯故障點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)。將換流變離線(xiàn)取樣周期縮短，2～3 天開(kāi)展1 次油色譜分析，同時(shí)加裝在線(xiàn)測(cè)試裝置，開(kāi)展換流站換流變油色譜氣體變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。最終，技術(shù)人員確定短期內(nèi)大的故障不會(huì)發(fā)生，這是由于故障能量不大，換流變的立即更換并不經(jīng)濟(jì)。而受到故障能量不大影響，故障點(diǎn)在換流變更換后也可能無(wú)法發(fā)現(xiàn)，換流變?cè)趽Q下后也會(huì)面臨無(wú)法作為故障變壓器和備用變壓器的尷尬場(chǎng)面。因此，需強(qiáng)化換流站換流變油色譜在線(xiàn)分析監(jiān)控，并提前做好換流變更換準(zhǔn)備工作方案的編制。案例換流站的2018 年迎峰度夏順利度過(guò)，011B 換流變B 相存在緩慢下降的氫氣和乙炔監(jiān)測(cè)值，這與投運(yùn)以來(lái)的022B 換流變A 相投運(yùn)以來(lái)的情況較為相似。分析011B 換流變B 相2018 年6 月后的油色譜分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，存在一直運(yùn)行正常的換流變，局部放電或火花放電未在內(nèi)部發(fā)生。2019 年1 月停電期間開(kāi)展絕緣油脫氣處理，處理過(guò)程中對(duì)011B 換流變B 相內(nèi)部開(kāi)展細(xì)致全面的檢查，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)一個(gè)墊片存在于換流變的本體內(nèi)部，同時(shí)放電痕跡未發(fā)現(xiàn)，因此無(wú)法判斷該墊片引起異常。2019 年7 月，結(jié)合多次開(kāi)展的油色譜分析結(jié)果進(jìn)行分析，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)存在穩(wěn)定于3～4μL/L 的乙炔含量，同時(shí)存在正常的其他氣體組分，這說(shuō)明換流變內(nèi)部近期不存在故障或故障不明顯。最終，可判斷案例中換流變氫氣和乙炔超標(biāo)原因可能源于兩種情況。第一，油中雜質(zhì)帶來(lái)的火花放電。對(duì)于運(yùn)行時(shí)溫度較高的換流變來(lái)說(shuō)，水分會(huì)由絕緣紙傳遞給油，含水量升高的油因此出現(xiàn)，而在溫度降低時(shí)，油中水分會(huì)由絕緣紙吸取。如氣溫驟降或換流變停止運(yùn)行，油紙中含水量在溫度降低后尚未達(dá)到新的平衡，此時(shí)析出的油中水分會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)纖維受潮，火花放電將產(chǎn)生乙炔和氫氣。在新的平衡形成后，消失的火花放電現(xiàn)象不會(huì)影響變壓器正常運(yùn)行。第二，換流變繞組磁通較大及運(yùn)行時(shí)的直流偏磁現(xiàn)象影響，溫升受此影響可能加大，氫氣可能因鐵芯層間油膜裂解產(chǎn)生，某種特定運(yùn)行狀況下的換流變絕緣材料也能夠生成乙炔氣體。

3 結(jié)論

綜上所述，換流站換流變油色譜異常的分析與處理需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文結(jié)合實(shí)際案例開(kāi)展的故障分析和故障處理探討，則為換流站換流變油色譜異常的分析與處理提供可行性較高的路徑。對(duì)于本文未能解決的超標(biāo)氣體含量趨于穩(wěn)定或緩慢下降問(wèn)題，筆者將在未來(lái)工作中開(kāi)展進(jìn)一步研究。