基于PI的變電站油色譜在線預(yù)警及輔助診斷系統(tǒng)

王振華，盧 琦，董悅倩

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

0 引言

離線式油中溶解氣體分析技術(shù)在電力系統(tǒng)開展多年，實踐證明，變壓器油中溶解氣體分析技術(shù)（DGA）對于發(fā)現(xiàn)油浸式變壓器內(nèi)部潛伏性故障相當有效和可靠。但利用傳統(tǒng)的離線氣相色譜法檢測油中溶解氣體，存在環(huán)節(jié)多、操作手續(xù)繁瑣、試驗周期長、取樣工作受天氣影響等弊病，同時，傳統(tǒng)的DGA主要是依據(jù)變壓器類型或運行時間周期進行檢測，有些發(fā)展期較短的故障在兩次定期取樣期間可能檢測不到。

隨著智能電網(wǎng)的推進和變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，對變壓器油色譜數(shù)據(jù)進行監(jiān)測預(yù)警和故障診斷成為可能。通過PI實時數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)對已安裝色譜在線監(jiān)測的主變壓器進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和歷史查詢，并提供超限數(shù)據(jù)的報警功能。同時，通過三比值法、電協(xié)研法和羅杰斯法進行初步的故障判斷，為運行、檢修人員及時掌握變壓器運行狀態(tài)和變壓器故障診斷提供重要的參考依據(jù)。

1 多組分氣體在線監(jiān)測方法

在線色譜監(jiān)測技術(shù)按測試對象主要有單組分在線監(jiān)測和多組分在線監(jiān)測。多組分在線監(jiān)測是單組分在線監(jiān)測的進一步發(fā)展，是先對變壓器油中溶解氣體進行油氣分離，再對表征變壓器故障的多種氣體進行組分分離和測量。湖州電力局采用的多組分氣體在線監(jiān)測裝置能測量氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳共6個組分含量，可實現(xiàn)對變壓器的全面監(jiān)測。

2 設(shè)計思路

運用PrecessBook開發(fā)工具對PI數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)對油色譜數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和歷史查詢，并實現(xiàn)關(guān)鍵組分的超標預(yù)警功能。同時，運用編程功能將三比值法、電協(xié)研法、羅杰斯法等3種比值法的編碼規(guī)則和故障性質(zhì)判斷表嵌入后臺程序，在界面呈現(xiàn)簡單的故障編碼、故障分析診斷結(jié)果和典型例子的簡明結(jié)論，為變電檢修人員及時了解變壓器運行狀況并在設(shè)備異常時及時進行故障判斷提供參考。

3 功能模塊

湖州地區(qū)變電站油色譜在線預(yù)警及輔助診斷系統(tǒng)的主要功能模塊包括：實時數(shù)據(jù)柱狀圖報警功能、數(shù)據(jù)圖顯示及歷史查詢功能、3個故障診斷模塊及變壓器油溫顯示。

3.1 實時數(shù)據(jù)柱狀圖報警功能

3.1.1 各組分的注意值

當變壓器內(nèi)部發(fā)生潛伏性故障時，會加速故障氣體的產(chǎn)氣速度，并經(jīng)對流和擴散不斷溶解在油中。故障氣體的組成和含量與故障的類型、嚴重程度密切相關(guān)，可按總烴、乙炔、氫氣含量進行判斷，超過注意值的，表示設(shè)備可能存在故障。其中總烴的注意值為150 μL/L，氫氣的注意值為150 μL/L，220 kV變壓器的乙炔注意值為5 μL/L，500 kV 變壓器的乙炔注意值為 1 μL/L。

3.1.2 報警功能的主畫面

氫氣、乙炔和總烴是變壓器最重要的3個控制指標，因此在本系統(tǒng)中設(shè)立專門的報警模塊，通過柱狀圖顯示各控制指標的實時數(shù)據(jù)，并以標準允許的最大值為其報警值，當實時數(shù)據(jù)超出報警值時，柱狀圖的顏色顯示為紅色并伴有閃爍，以實現(xiàn)報警功能。

3.2 數(shù)據(jù)圖顯示及歷史查詢功能

在油色譜監(jiān)測過程中，數(shù)值的變化趨勢也同樣重要，如果某一組分數(shù)值突然增大，很可能意味著變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障。因此，本系統(tǒng)中添加了數(shù)據(jù)圖顯示及歷史查詢功能，利用在線監(jiān)測可以不間斷實時監(jiān)測優(yōu)勢，將各時間點的數(shù)據(jù)繪制成曲線。通過直觀的趨勢圖可以更好地了解變壓器氣體組分的變化趨勢，從而了解變壓器的內(nèi)部變化。為了全面了解變壓器的運行狀況，可設(shè)置時間查詢控件和氣體組分選擇控件，通過時間查詢控件選擇查看任一時間段內(nèi)的氣體組分變化情況，通過氣體組分選擇控件則可以選擇任一氣體組分進行查看。

3.3 三比值故障診斷模塊

大量的研究證明，變壓器故障診斷不能只依賴于油中氣體的組分含量，還取決于氣體的相對含量。熱力動力學研究結(jié)果表明，隨著故障點溫度的升高，變壓器油裂解產(chǎn)生的烴類氣體按CH4→C2H6→C2H4→C2H2的順序推移，低溫時，H2由局部放電的離子碰撞游離所產(chǎn)生?；谏鲜鲇^點提出了以 C2H2/C2H4，CH4/H2，C2H4/C2H6進行判斷的三比值法。GB/T 7252-2001《變壓器油中溶解體分析和判斷導(dǎo)則》給出了三比值法的編碼規(guī)則，其判斷方法見表1。

系統(tǒng)設(shè)置了三比值診斷界面，點擊各變壓器的三比值法診斷按鈕，即可顯示三比值法的診斷結(jié)果及故障的典型例子。

3.4 羅杰斯法診斷模塊

應(yīng)用溶解氣體濃度的4組比值來構(gòu)成一組代碼以確定故障的性質(zhì)，即羅杰斯法。文獻[3]給出了羅杰斯法的編碼規(guī)則，其判斷方法見表2。

表2 羅杰斯比值法故障判斷

系統(tǒng)設(shè)置了羅杰斯法診斷界面，點擊各主變壓器的羅杰斯法診斷按鈕，即可顯示羅杰斯法的診斷結(jié)果及典型例子。

3.5 電協(xié)研法診斷模塊

表1 三比值法的故障性質(zhì)判斷

表3 電協(xié)研法的故障類型診斷

電協(xié)研法是在IEC三比值法的基礎(chǔ)上，對編碼對應(yīng)的比值范圍上、下限作了更明確的規(guī)定，同時簡化了故障的分類。文獻[3]給出了電協(xié)研法的編碼規(guī)則，其判斷方法見表3。

系統(tǒng)設(shè)置了電協(xié)研法診斷的界面，點擊各變壓器的電協(xié)研法診斷按鈕，即可顯示電協(xié)研法的診斷結(jié)果及典型例子。

3.6 變壓器油溫顯示

該模塊可實時顯示各變壓器的實時油溫，便于了解變壓器內(nèi)絕緣油的實時溫度，實現(xiàn)與變壓器油色譜判斷的良好結(jié)合。

4 功能模塊運行環(huán)境要求

硬件環(huán)境要求：CPU為Pentium4 2.0 GHz及以上，內(nèi)存為512 MB及以上，硬盤為40 GB及以上，顯示器分辨率設(shè)置為1 024×768及以上。

軟件環(huán)境要求：操作系統(tǒng)為Windows XP/2000/7，使用 PI Processbook。

5 結(jié)論

變電站油色譜在線預(yù)警及輔助診斷系統(tǒng)結(jié)合PI數(shù)據(jù)庫，充分發(fā)掘在線監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)勢，通過Processbook和VB編程的雙重開發(fā)，實現(xiàn)了湖州地區(qū)變壓器油色譜的在線預(yù)警和智能化輔助診斷，為提高湖州電網(wǎng)的智能化水平、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供了技術(shù)支持。

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