變壓器油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

郭恩業(yè) 高成都

摘要：隨著電網(wǎng)建設(shè)投資逐年遞增，輸變電設(shè)備規(guī)模不斷擴(kuò)大，變壓器建設(shè)和使用愈來(lái)愈頻繁，變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置作為較為成熟可靠的變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置，可對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷其內(nèi)部故障，隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。但是隨著運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)，受器件故障、油路老化等因素影響，裝置的運(yùn)行可靠性難以保證，將安裝后的裝置拆卸下來(lái)檢測(cè)并不現(xiàn)實(shí)，也會(huì)造成人力物力的浪費(fèi)。因此，需要用科學(xué)的手段對(duì)變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：變壓器油;溶解氣體;在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

引言

為了提高變壓器油中溶解氣體分析技術(shù)進(jìn)行故障診斷的快捷性，文章開發(fā)了一套主要監(jiān)測(cè)氫氣H2和乙炔C2H2的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。用Φ6管道通過(guò)變壓器預(yù)留口采集絕緣油，再通過(guò)油氣分離膜分離出氣體。采用電化學(xué)傳感器SGA-400進(jìn)行氣體數(shù)據(jù)采集，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置上進(jìn)行閾值判斷，同時(shí)，通過(guò)RS485總線傳至上位機(jī)，進(jìn)一步診斷故障類型。系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障診斷及時(shí)，分辨率高。

1裝置特點(diǎn)

變壓器油中溶解氣體分析技術(shù)（DissolvedGasesAnalysis，簡(jiǎn)稱DGA），包括從變壓器中取出油樣，再?gòu)挠椭腥〕鋈芙鈿怏w，用氣相色譜儀分析該氣體的成分和體積分?jǐn)?shù)，判定設(shè)備有無(wú)內(nèi)部故障，診斷其故障類型，并判斷故障點(diǎn)溫度、故障能量等。該方法能夠在無(wú)須停電的情況下進(jìn)行，不受外界電場(chǎng)和磁場(chǎng)因素的影響，已被世界各國(guó)公認(rèn)為監(jiān)測(cè)和診斷充油電力變壓器早期故障、預(yù)防災(zāi)難性事故最合適的方法。我國(guó)實(shí)驗(yàn)室DGA技術(shù)已經(jīng)普及，而變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置作為變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)裝置中較成熟可靠的設(shè)備，彌補(bǔ)了離線色譜法無(wú)法隨時(shí)監(jiān)控的不足。采用故障特征氣體在線監(jiān)測(cè)手段，可連續(xù)監(jiān)測(cè)、分時(shí)周期短、能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障、確定設(shè)備維護(hù)周期，對(duì)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修具有決定性作用。油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置安裝在電氣設(shè)備本體或附件上，可對(duì)變壓器油中溶解氣體組分進(jìn)行連續(xù)或周期性自動(dòng)監(jiān)測(cè)的裝置，一般由油樣采集與油氣分離、氣體檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與控制、通信與輔助等部分組成。油氣分離是油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)的核心單元，油氣分離效果的好壞直接影響裝置對(duì)主設(shè)備監(jiān)測(cè)的有效性。

2開展監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行質(zhì)量評(píng)估，提升監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行效能

2.1質(zhì)量評(píng)估方法

為規(guī)范、有序、有效地開展變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)了解變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行狀況，提升監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)行質(zhì)量和管理水平，2016年1月至5月，分別用實(shí)驗(yàn)室用色譜儀、智能控制變壓器油中溶解氣體檢測(cè)裝置開展了油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的相對(duì)測(cè)量誤差、測(cè)量重復(fù)性等試驗(yàn)研究，并采用累計(jì)維修費(fèi)用率模型、可靠性模型評(píng)估了安徽省內(nèi)油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的累積維修費(fèi)用和可靠性，結(jié)果表明該導(dǎo)則中提及的評(píng)估要素具有可操作、全面性等特點(diǎn)。通過(guò)分析總結(jié)試驗(yàn)和評(píng)估結(jié)果，并結(jié)合油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)際運(yùn)行情況，制訂了質(zhì)量評(píng)估方法。

2.2在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由油氣采集單元、氣體檢測(cè)單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信控制單元和監(jiān)控軟件等模塊組成。各個(gè)功能模塊協(xié)同工作。氣體監(jiān)測(cè)單元采用兩條不銹鋼軟管與變壓器的預(yù)留監(jiān)測(cè)接口相連，其中所有接口均采用Φ6卡氣套連接，并保證接口密封，不能漏油。氣體監(jiān)測(cè)單元是系統(tǒng)的主要設(shè)備環(huán)節(jié)，主要由油氣分離膜組件、電化學(xué)傳感器組件（H2和C2H2傳感器）、溫度控制和壓力控制組件組成。油氣分離膜組件一端連接取油管道，將絕緣油和氣體分離后，另一端連接回油管道上的油泵，絕緣油重回變壓器油箱，分離出的氣體經(jīng)過(guò)第3個(gè)接口連接壓力控制模塊，分離出來(lái)的氣體被送進(jìn)電化學(xué)傳感器室，電化學(xué)傳感器采用SGA-400B系列的智能傳感器模組進(jìn)行氣體數(shù)據(jù)采集。溫度控制模塊主要實(shí)現(xiàn)溫度控制，提高檢測(cè)的精度。壓力控制模塊和溫度控制模塊配合，在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到油氣平衡。氣體數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)電化學(xué)傳感器采集后在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置上進(jìn)行報(bào)警閾值判斷，同時(shí)，通過(guò)485總線同步傳給上位機(jī)，計(jì)算出氫氣和乙炔的含量，根據(jù)氣體標(biāo)定，進(jìn)行故障判斷。

2.3現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法

為克服傳統(tǒng)方法的弊端，研究一種現(xiàn)場(chǎng)方法，可以前往現(xiàn)場(chǎng)對(duì)油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)對(duì)比。首先將變壓器空白油與特征氣體以一定配比混合，達(dá)到氣液溶解平衡。然后利用實(shí)驗(yàn)室離線色譜儀對(duì)油濃度繼續(xù)進(jìn)行標(biāo)定，使標(biāo)定濃度數(shù)據(jù)接近其配比的理論濃度。最后將配制的理論濃度油樣作為標(biāo)準(zhǔn)油樣，存儲(chǔ)在密封良好、可模擬變壓器出油壓力、便于攜帶的標(biāo)準(zhǔn)油樣存儲(chǔ)裝置中，直接用于油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的檢驗(yàn)。用已知理論濃度的標(biāo)準(zhǔn)油樣為標(biāo)準(zhǔn)樣品，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的檢驗(yàn)要求，可從油樣采集單元到輸出單元全部檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行檢驗(yàn)對(duì)比。不同于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室色譜數(shù)據(jù)對(duì)比法，這種方案可對(duì)油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的乙炔等關(guān)鍵氣體檢測(cè)準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)。

結(jié)語(yǔ)

確保裝置運(yùn)行狀態(tài)的正常及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，對(duì)油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢定，能夠及時(shí)有效地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，保證在線監(jiān)測(cè)裝置能夠良好反映變壓器絕緣油的實(shí)時(shí)狀態(tài)，保證變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，防止事故發(fā)生。該方法對(duì)各電科院以及大型變電站進(jìn)行油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品大量檢定工作，都具有很重要的應(yīng)用意義。對(duì)油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)裝置的檢驗(yàn)，既可對(duì)沒(méi)有進(jìn)行到貨驗(yàn)收檢驗(yàn)就投運(yùn)的裝置進(jìn)行全面的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，也可以徹底有效地對(duì)投運(yùn)中的在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行定性定量診斷，能夠精準(zhǔn)掌握在線監(jiān)測(cè)裝置的運(yùn)行情況，預(yù)警變壓器的故障，避免事故發(fā)生，保證變壓器穩(wěn)定運(yùn)行，具有極高的社會(huì)效益。開發(fā)了一套主要監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解氣體H2和C2H2的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)管道采集變壓器絕緣油，再經(jīng)過(guò)油氣分離膜進(jìn)行油氣分離，分離出來(lái)的氣體經(jīng)過(guò)電化學(xué)傳感器SGA-400B進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置上顯示，并與標(biāo)定的氣體濃度進(jìn)行比較，判斷是否報(bào)警處置，同時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)RS485總線傳到上位機(jī)，進(jìn)行故障類型的診斷。系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障診斷及時(shí)，分辨率高。

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