基于大數(shù)據(jù)的電力變壓器智能在線監(jiān)測(cè)方法研究

徐榮祥 殷 銘

國網(wǎng)湖南省電力有限公司常德供電分公司 湖南 常德 415000

引言

變壓器在輸配電系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用,其運(yùn)行的可靠性嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變壓器運(yùn)行中,由于各種單復(fù)因素的影響,容易出現(xiàn)的故障多樣。隨著新的大容量變壓器的投入使用,能及時(shí)地、準(zhǔn)確地判斷故障類型及部位就顯得尤為重要,本文通過闡述變壓器相關(guān)理論,分析并總結(jié)故障類型及原因,探討故障監(jiān)測(cè)技術(shù),以期為變壓器的運(yùn)行維護(hù)與故障診斷提供參考。

1 智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)IEC－61850標(biāo)準(zhǔn),變電站系統(tǒng)的總體架構(gòu)一般分為“三層,雙網(wǎng)”結(jié)構(gòu),即站控層、間隔層和過程層。其中,過程層一般包含一次性設(shè)備,一個(gè)合并模塊和一個(gè)監(jiān)控模塊;分離層一般包含測(cè)控設(shè)施,保護(hù)設(shè)施,計(jì)量設(shè)施,故障錄波設(shè)施,網(wǎng)絡(luò)分析綜合設(shè)施,自備設(shè)施,低頻低壓負(fù)荷減小設(shè)施等;站控層一般包含：站控,遙控通信部分,在線檢測(cè)部分,輔助控制部分,綜合信息平臺(tái)等子系統(tǒng)。站控層和間隔層設(shè)施利用處理層網(wǎng)絡(luò)連接,而間隔層和過程層設(shè)備通過站層網(wǎng)絡(luò)連接。智能變壓器具有以下技術(shù)特性。①測(cè)量數(shù)字化：對(duì)監(jiān)控檢測(cè)的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理,并利用網(wǎng)絡(luò)讀取和使用監(jiān)控信息,以監(jiān)控其狀況。②控制網(wǎng)絡(luò)化：基于網(wǎng)絡(luò)的變壓器及其附件的控制。③狀態(tài)可視化：通過智能電網(wǎng)中的其他設(shè)備得到并顯示變壓器在線檢測(cè)系統(tǒng)獲取并共享的狀態(tài)信息,則可以在電網(wǎng)中通過多種方式可視化查看變壓器的狀態(tài)數(shù)據(jù)。④功能一體化：在不影響使用的情況下,完成各個(gè)組件與變壓器的集成,并統(tǒng)一檢測(cè),決策,保護(hù)等功能。⑤信息互動(dòng)化：通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在變電站系統(tǒng)和其他設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。

2 變壓器監(jiān)測(cè)發(fā)展概況

早期主要通過現(xiàn)場(chǎng)巡視油溫、油位及運(yùn)行聲響,并結(jié)合定期檢修等對(duì)電力變壓器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。定期檢修有自身的科學(xué)依據(jù)和合理性,但這種檢修模式存在以下弊端：工作量大,檢修成本高;缺陷檢出率不高;存在過度檢修,檢修中增加了產(chǎn)生新隱患的幾率;檢修需停電,增加了誤操作幾率;新技術(shù)發(fā)展導(dǎo)致原有檢修管理、規(guī)程及工藝與實(shí)際不符;計(jì)劃檢修周期與設(shè)備壽命及故障規(guī)律不符等?；谧儔浩鞯仍缙跈z修模式存在的問題,國家電網(wǎng)公司于2006年初開始推行狀態(tài)檢修,2009年5月,又推出智能電網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn),變壓器智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)成為智能電網(wǎng)的研究熱點(diǎn)之一。目前,國內(nèi)外對(duì)變壓器在線監(jiān)測(cè)原理研究有多種方法,如變壓器局部放電、油色譜分析、鐵芯多點(diǎn)接地等在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),但大多依據(jù)單項(xiàng)原理進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)或研究,若想獲得變壓器各種故障信息,現(xiàn)場(chǎng)需安裝多套設(shè)備及后臺(tái)裝置,存在占用空間過大及后臺(tái)裝置重復(fù)設(shè)置問題。

3 優(yōu)化措施分析

3.1 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的在線監(jiān)測(cè) 變壓器正常運(yùn)行中,帶電繞組通過寄生電容的耦合作用,使鐵芯對(duì)地產(chǎn)生懸浮電位,存在著電位差,當(dāng)兩點(diǎn)之間的電位差達(dá)到能夠擊穿其間的絕緣時(shí),便產(chǎn)生放電。為了消除這種現(xiàn)象,把鐵芯與外殼可靠地連接起來,使它與外殼等電位,但當(dāng)鐵芯或其他金屬構(gòu)件有兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地時(shí),接地點(diǎn)就會(huì)形成閉合回路,造成的環(huán)流有時(shí)可達(dá)數(shù)十甚至上百安培,引起局部過熱,導(dǎo)致油分解,絕緣性能下降,甚至使鐵芯燒壞,造成變壓器重大事故。因此在變壓器運(yùn)行過程中,能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器鐵芯及夾件接地電流變化至關(guān)重要。變壓器鐵芯接地電流監(jiān)測(cè)裝置通過檢測(cè)安裝在變壓器鐵芯接地線上的電流互感器信號(hào),可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器鐵芯接地電流,并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái),結(jié)合分析軟件實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)及故障診斷。

3.2 變壓器油色譜分析的在線監(jiān)測(cè) 變壓器油中溶解氣體色譜分析的在線監(jiān)測(cè)方法是基于油中溶解氣體理論,它直接在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)油色譜的定時(shí)在線智能化監(jiān)測(cè)與故障診斷。在正常運(yùn)行溫度下,油和固體絕緣材料老化過程主要產(chǎn)生CO和CO2;在油紙絕緣材料中存在局部放電時(shí),油裂解主要產(chǎn)生H2和CH4;在故障溫度高于正常運(yùn)行溫度不多時(shí),油裂解的產(chǎn)物主要是CH4;隨著故障溫度的升高,主要產(chǎn)生C2H4和C2H6;在溫度高于1000℃時(shí),油分解產(chǎn)生較多的C2H2;當(dāng)故障涉及到固體絕緣材料時(shí),會(huì)產(chǎn)生較多的CO和CO2。

結(jié)語

本文探討了智能變電站的總體構(gòu)成和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),描述了電力變壓器有待檢測(cè)的部分和狀態(tài)信息。在此條件下,探究了智能變壓器在線故障診斷技術(shù)的體系結(jié)構(gòu),功能,結(jié)構(gòu)和根本原理。另外,介紹了一種同時(shí)保證科技進(jìn)步和實(shí)際需要的相結(jié)合的電力變壓器智能一體化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的典型應(yīng)用案例。為運(yùn)維工作職員及時(shí)提供參考信息,從而提高資源利用,數(shù)據(jù)共享和狀態(tài)自動(dòng)化的水平。加強(qiáng)變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和變壓器故障檢測(cè)判斷的精確性是一個(gè)長期的研究過程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的發(fā)展以及新的智能化理論和技術(shù)的出現(xiàn),變壓器的監(jiān)測(cè)設(shè)備一定會(huì)越來越好。由于變壓器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及故障機(jī)制和癥狀之間的多樣性,隨機(jī)性和模糊性,絕緣故障診斷存在諸多困難,需要在后續(xù)研究中予以解決。