變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)典型故障分析

姚大川

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司錦州運(yùn)維分部,遼寧錦州 121013)

變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)典型故障分析

姚大川

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司錦州運(yùn)維分部,遼寧錦州 121013)

近年來,隨著電力科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)迅速、廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中,變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)是用于電力變壓器油中溶解氣體的在線分析與故障診斷,適用于110kV及以上電壓等級的電力變壓器、電弧爐變壓器、電抗器以及互感器等以絕緣油作為絕緣介質(zhì)的高壓設(shè)備。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)可定量、自動(dòng)、快速地在線監(jiān)測變壓器等油浸式電力高壓設(shè)備的油中溶解氣體的含量及增長率,并通過故障診斷系統(tǒng)早期預(yù)報(bào)設(shè)備故障隱患信息,避免設(shè)備事故,減少重大損失,提高設(shè)備的可靠運(yùn)行。本文對一種應(yīng)用較為廣泛的變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)典型故障進(jìn)行了分析。

變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng) 典型故障 氣體采樣泵

近年來，隨著電力科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)迅速、廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)是用于電力變壓器油中溶解氣體的在線分析與故障診斷，適用于110kV及以上電壓等級的電力變壓器、電弧爐變壓器、電抗器以及互感器等以絕緣油作為絕緣介質(zhì)的高壓設(shè)備。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)可定量、自動(dòng)、快速地在線監(jiān)測變壓器等油浸式電力高壓設(shè)備的油中溶解氣體的含量及增長率，并通過故障診斷系統(tǒng)早期預(yù)報(bào)設(shè)備故障隱患信息，避免設(shè)備事故，減少重大損失，提高設(shè)備的可靠運(yùn)行。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)可為電力變壓器實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程時(shí)時(shí)分析，為電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修提供依據(jù)。同時(shí)就要求變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、可靠性、準(zhǔn)確性，如果在線監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將影響對變壓器等電力設(shè)備狀態(tài)的判斷。本文對一種應(yīng)用較為廣泛的變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)典型故障進(jìn)行了分析。

1 變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)組成及工作原理

變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)是指在不影響變壓器運(yùn)行的條件下，對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)自動(dòng)監(jiān)測的系統(tǒng)。變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)主要分為單組分、多組分氣體在線監(jiān)測兩大類，目前使用較多的是多組分氣體在線監(jiān)測。多組分氣體在線監(jiān)測的氣體與實(shí)驗(yàn)室油色譜分析的特征氣體基本一致，主要包括氫氣H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2，共計(jì)7種特征氣體(H2O選配)。

變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測單元、主站單元及監(jiān)控軟件組成?，F(xiàn)場監(jiān)測單元即色譜數(shù)據(jù)采集器由油樣采集單元、油氣分離單元、氣體檢測單元、數(shù)據(jù)采集單元、現(xiàn)場控制單元、通訊控制單元及輔助單元組成。

變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)工作時(shí)，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(jìn)行油樣循環(huán)；油氣分離單元快速分離油中溶解氣體至氣室，內(nèi)置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(nèi)并自動(dòng)進(jìn)樣；在載氣的推動(dòng)下，樣氣經(jīng)過色譜柱分離，順序進(jìn)入氣體檢測器；數(shù)據(jù)單元完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和采集，處理單元對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算和分析，最后通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和故障分析。

2 變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)典型故障分析

2.1 故障前設(shè)備運(yùn)行情況

該變電站電壓等級為500千伏，變電站地處遼寧西部朝陽地區(qū)，承擔(dān)朝陽地區(qū)大部分符合。該變電站內(nèi)共有500千伏主變壓器6臺(tái)，單相容量為250000千伏安，安裝變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)6套，2010年安裝后一直穩(wěn)定運(yùn)行。2013年12月開始，在省公司評價(jià)中心查閱油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)日常數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)500千伏2號(hào)主變B相、500千伏3號(hào)主變A、C相在線監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，全部6組分特征氣體含量均大幅度減少(表1)。分析認(rèn)為500千伏2、3號(hào)主變近期運(yùn)行正常，且電網(wǎng)運(yùn)行方式正常，查閱2號(hào)主變A、C相及3號(hào)主變B相油色譜在線監(jiān)測數(shù)據(jù)均正常，判斷一次設(shè)備無問題，變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生故障。見表1。

2.2 油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)故障分析

首先檢查油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)后臺(tái)，排除油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件故障誤上傳數(shù)據(jù)的可能。由于數(shù)據(jù)變化的趨勢是突然間改變，且特征氣體量是減少的，分析可能為油樣采集單元無法采集到定量的油樣，導(dǎo)致油中溶解氣體含量的變少，經(jīng)檢查油樣采集單元油泵工作正常，油樣循環(huán)正常，排除油樣采集單元故障可能。

表1:500千伏2號(hào)主變B相、3號(hào)主變A、C相異常在線監(jiān)測數(shù)據(jù)

檢查載氣氣壓，氣瓶高壓側(cè)、低壓測壓力表均在正常指示范圍內(nèi)，減壓閥位置正確且壓力值在正常范圍內(nèi)，故排除因載氣不足原因?qū)е掠蜕V在線監(jiān)測系統(tǒng)故障的可能。

分析油色譜在線線監(jiān)測系統(tǒng)的色譜柱是否存在提前老化的情況，樣氣在經(jīng)過色譜柱時(shí)，無法將樣氣中各組分氣體分離，造成數(shù)據(jù)異常，經(jīng)過咨詢廠家，認(rèn)為該站有6套油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行，有3套監(jiān)測系統(tǒng)的色譜柱同時(shí)出現(xiàn)老化的情況可能性極小。

由于在線監(jiān)測數(shù)據(jù)是突然變化的、且數(shù)據(jù)變化范圍大，大部分特征氣體數(shù)據(jù)接近0。根據(jù)以上數(shù)據(jù)特征，經(jīng)綜合分析判斷:如果油氣分離單元無問題，故障原因就是內(nèi)置微型氣體采樣泵損壞，無法將分離的特征氣體輸送到六通閥的定量管內(nèi)，導(dǎo)致大部分樣氣沒有進(jìn)入色譜分離柱，所以不能監(jiān)測到氣體組分。在對故障原因做出初步判斷后，組織技術(shù)人員對油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行檢修。首先檢查油氣分離單元，油氣分離單元沒有發(fā)現(xiàn)任何異常，在拆下內(nèi)置微型采樣泵后，對其進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采樣泵損漏氣損壞，導(dǎo)致無法將分離的特征氣體輸送到六通閥的定量管內(nèi)，大部分樣氣泄漏，致在線監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生大幅度改變。

損壞的內(nèi)置微型氣體采樣泵，為德國KNF泵業(yè)集團(tuán)制造隔膜液泵，型號(hào)為:PML4954-NF30型。其工作原理是一個(gè)安裝在偏心曲軸上的彈性膜片在電機(jī)的帶動(dòng)下，上下往復(fù)。使得腔體發(fā)生形隔膜原理，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的抽入和排出。

通過對損壞的氣體采樣泵進(jìn)行解體，可發(fā)現(xiàn)是由于內(nèi)置微型氣體采樣泵的隔膜損壞，從而導(dǎo)致從油氣分離單元分離出油中溶解的特征氣體發(fā)生了泄漏，沒有氣體被輸送到六通閥的定量管內(nèi)并自動(dòng)進(jìn)樣，所以數(shù)據(jù)發(fā)生突然變化。還有一套油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的情況是，氣體采樣泵的隔膜并未損壞，但發(fā)現(xiàn)該型氣體采樣泵與輸送氣體管路連接的部分采用的是內(nèi)螺紋，且材質(zhì)為塑料，而輸送氣體的管路材質(zhì)為鋼，存在密封不嚴(yán)的情況，且在運(yùn)行過程中，金屬管路受溫度變化發(fā)生形變后，已造成該型氣泵內(nèi)螺紋損壞，也會(huì)導(dǎo)致從油氣分離單元分離出油中溶解的特征氣體發(fā)生了泄漏。如圖1、圖2所示。

圖1:氣泵隔膜正常

圖2:氣泵隔膜損壞

3 結(jié)語

通過對3套變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的檢修，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致變壓器在線監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生變化的原因。

(1)雖然是由于采樣氣泵隔膜的損壞，導(dǎo)致變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)發(fā)生了異常。但采樣氣泵隔膜的損壞是由于未按照氣泵參數(shù)設(shè)置采樣量而致采樣氣泵過符合工作，造成隔膜發(fā)生損壞，要要求變壓器油色譜在線監(jiān)測制造商設(shè)置合理的采樣量。

(2)由于該500千伏變電站，地處遼寧西部朝陽地區(qū)，該地區(qū)晝夜溫差大，冬季寒冷、夏季炎熱，該型采樣氣泵的隔膜材質(zhì)是否能夠承受氣溫變化對其造成的影響，建議在冬季，可為采樣氣泵采取保暖措施，延長采樣氣泵使用壽命，其他兄弟單位也存在采樣氣泵損壞問題，可認(rèn)定該缺陷為變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的典型故障。

(3)隨著大量變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)網(wǎng)運(yùn)行，要加強(qiáng)在線監(jiān)測系統(tǒng)管理工作，在出廠驗(yàn)收、現(xiàn)場安裝、試運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理，從而保證在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠長期可靠運(yùn)行。

[1] Q/GDW 538-2010國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)范.國家電網(wǎng)公司,2011-01-28.

姚大川(1984—),男,國網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司錦州運(yùn)維分部電氣試驗(yàn)管理,工程師/技師。