杜兒坪礦110 kV 變電站變壓器油質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用分析

姜凱翔

（西山煤電集團公司發(fā)電分公司， 山西 太原 030053）

杜兒坪礦是一座年產(chǎn)500 萬t 的現(xiàn)代化礦井，杜兒坪礦井下生產(chǎn)、運輸以及地面風機房的供電電源全部來自杜兒坪礦110 kV 變電站，杜兒坪礦110 kV變電站的運行安全直接影響著井下人員的安全。杜兒坪礦110 kV 變電站站內(nèi)有2 臺容量63 MW、電壓等級110 kV/35 kV/6 kV 變壓器，變壓器是整個變電站的核心供電設(shè)備，其安全運行對礦井安全生產(chǎn)至關(guān)重要，但是變壓器是一種殼體設(shè)備，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和安全隱患都是較難直觀發(fā)現(xiàn)，通常都是按照每年固定的預(yù)防性試驗來確定其運行狀態(tài)，但是故障的發(fā)生往往具有不確定性，不能上一次的檢查情況判斷當前的狀態(tài)，因此構(gòu)建和完善變壓器的在線監(jiān)測系統(tǒng)及簡單故障診斷、預(yù)警系統(tǒng)對杜兒坪礦有著極其重要的意義。當前油浸式電力變壓器的油質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)是作為保障變電站安全運行的重要研究方向，其通過實時監(jiān)測分析油中特征氣體含量進行分析，再結(jié)合變壓器的出廠參數(shù)、定值參數(shù)等數(shù)據(jù)，利用智能算法進行故障分析，在通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C顯示檢測情況和發(fā)出告警，讓運行人員進行分析判斷故障點和進行應(yīng)急操作，為變電站的安全提供了重要依據(jù)，因此杜兒坪礦110 kV 變電站選取了型號為GTCA-3600 的變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，滿足對變壓器油色譜在線監(jiān)測的要求。

1 GTCA-3600 油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹

杜兒坪礦110 kV 變電站選用的GTCA—3600油質(zhì)系統(tǒng)是電力行業(yè)內(nèi)比較先進的一款油色譜分析產(chǎn)品，它可以同時監(jiān)測單氫、多組份、全組份油中溶解的故障氣體量，在線分析運行中變壓器油的微水的含量是它的特色功能；該套在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測速度快，能夠在檢測的同時與上次檢測結(jié)果進行比對，做出增長還是下降判斷，然后與系統(tǒng)中設(shè)置好的報警閥值進行對比，如差值超過規(guī)定范圍則會發(fā)出聲光報警信號來提醒運行人員有故障需處理，降低了變壓器大事故發(fā)生概率。當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，油質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)還能夠記錄故障時變壓器油中甲烷、乙炔等氣體含量，為技術(shù)人員判斷故障原因提供重要參數(shù)。

2 GTCA—3600 變壓器油質(zhì)色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的特點

1）該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測氫氣、一氧化碳、乙烯、二氧化碳等氣體濃度和同比上一周期增長率，并在線傳輸至后臺機。

2）該系統(tǒng)分析周期短，最短周期為1 h，最長不超過30 d，可根據(jù)需要自行設(shè)置。

3）該系統(tǒng)循環(huán)采樣變壓器油，這樣不會造成變壓器油的損失，省去因采樣需要補油的工作。

4）該系統(tǒng)可以實現(xiàn)在真空環(huán)境及磁力攪拌方式下進行快速分離油和氣體，大大穩(wěn)定脫氣率。

5）該系統(tǒng)使用專利冷阱技術(shù)，使油氣污染徹底清除，使所用設(shè)備壽命長且真正實現(xiàn)免維護。

6）該系統(tǒng)使用專用高性能單一色譜柱，系統(tǒng)檢測的可靠性大大提高，適用于戶外變壓器運行。

7）該系統(tǒng)使用先進的MEMS 集成傳感器技術(shù)，檢測靈敏度高，壽命增長，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

8）該系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)可以提供互聯(lián)網(wǎng)實時傳輸，能夠做到遠程查詢和遠程監(jiān)控。

9）該系統(tǒng)可以做到故障氣體特性曲線的自動捕捉峰值圖，并可以與原始譜圖對比分析。

10）該系統(tǒng)實現(xiàn)了多數(shù)據(jù)顯示和查詢方式的多樣化，可將數(shù)據(jù)自動生成報表和趨勢圖的形式方便用來進行分析，并提供專業(yè)的三比值法、大衛(wèi)三角法和立方體圖示法等多種故障診斷方法。

此外該系統(tǒng)還有發(fā)現(xiàn)異常事件及時報警功能，而且配套在變壓器上的裝置安裝和維護都很簡單，都可以進行帶電設(shè)備整體安裝和操作，實用性大大增強，減少對變電器進行的操作，節(jié)省了時間和成本。

3 GTCA—3600 變壓器油質(zhì)色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

GTCA—3600 變壓器油質(zhì)色譜監(jiān)測系統(tǒng)的主要工作原理是氣相色譜分析原理如圖1 所示，該原理檢測油中溶解氣體含量結(jié)果準確、可靠。當運行中的變壓器發(fā)生內(nèi)部短路故障時，變壓器線圈還有連接引線就會發(fā)熱，變壓器油和其他絕緣物質(zhì)就會因受熱產(chǎn)生CH4、CO、C2H2等特征性氣體，與此同時還會產(chǎn)生一些其他氣體，比如氫氣、二氧化碳等。以上提到的各氣體在變壓器油中含量濃度的百分比與變壓器油中的可燃氣體的總濃度百分比（即國際統(tǒng)稱的TCG），這些氣體含量的變化是作為分析變壓器內(nèi)部故障點的主要判據(jù)。

當GTCA-3600 變壓器油質(zhì)譜在線監(jiān)測系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，油樣采集元件利用壓力差原理通過泵吸方式將油吸入其中，然后借助內(nèi)部油泵使采集到的油樣進行循環(huán)，并導入到真空環(huán)境中進行一定時間的磁力攪拌，隨后就可以快速達到油氣分離的效果，再經(jīng)過專業(yè)的冷阱技術(shù)分離排除雜質(zhì)后，使因變壓器故障而產(chǎn)生的指定氣體通過氣管導入至六通閥定量管中。在定量管中的這些因故障產(chǎn)生的各種氣體相互混合，最后在運載氣體的帶動作用下進入專門的色譜柱，通過色譜柱對不同的氣體親和力的不同，能夠?qū)⒉煌卣鳉怏w進行分離，進而判斷出各種特征氣體的含量。

色譜柱分析出各種氣體及含量后，就需要進行數(shù)模轉(zhuǎn)換并以數(shù)據(jù)的形式展現(xiàn)在后臺機上以便運行人員閱讀。接下來色譜柱吸入的氣體會按一定的出峰順序一一通過其敏傳感元件，氣體傳感器逐對它們逐一進行檢測，各種特征氣體的含量百分比會轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的信號。此時數(shù)據(jù)采集元件的核心部件CPU 會進行轉(zhuǎn)換處理運算，并存儲這些電信號。上位機通過數(shù)據(jù)采集獲取每日在線監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)。這些原始數(shù)據(jù)通過工控機的數(shù)據(jù)分析軟分析處理后，就能計算出各種氣體的分別含量百分比和總烴含量百分比。最后經(jīng)過后臺工控機的變壓器故障診斷系統(tǒng)軟件分析計算出的油色譜數(shù)據(jù)結(jié)合設(shè)好的正常數(shù)據(jù)值給出故障判斷，這樣就完成了變壓器內(nèi)部故障的在線診斷監(jiān)測功能。

此外GTCA-3600 型油質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)還具有其他輔助功能，例如監(jiān)測系統(tǒng)能夠接收到一些預(yù)警信號，這些信號可以使數(shù)據(jù)采集元件就地輸出的多路無源觸點式預(yù)警信號；還可以進行油中的微水檢測，這些檢測由專門的外置微水在線檢測裝置進行，其得到的檢測數(shù)據(jù)會傳輸至油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據(jù)庫，方便日后的查詢和故障的判斷。

圖1 GTCA-3600 變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)圖

4 結(jié)語

杜兒坪礦110 kV 變電站的變壓器的GTCA-3600 型變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，確保了能夠提前發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的故障，同時能夠診斷故障發(fā)生點，做到了安全預(yù)警，確保了杜兒坪礦供電的安全連續(xù)性，避免了井下由于主變故障長時間失電的發(fā)生，對其他礦井單位實現(xiàn)變壓器的在線監(jiān)測和故障判斷提供了指導經(jīng)驗，具有很好的借鑒意義。