安全管理中变压器早期故障在线监测

安全管理中变压器早期故障在线监安全管理中变压器早期故障在线监 测测 1 前言前言 变压器是电力系统的重要设备 其状态好坏 直接影响电 网的安全进行 由于变压器在设计 制造 安装和进行维护等 方面原因使绝缘存在缺陷 抗短路能力降低 因此近年来主变 的事故较多 其中威胁安全最严重的为绕组局部放电性故障 根据国家电力公司对 2001 年全国 110kv 及以上主变事故的调查 得知绕组的事故占总事故台数的 74 6 福建省网为 80 因此 提高变压器安全运行的最主要任务是早期检出绕组内部 的局部放电性缺陷 目前变压器在线监测项目可分为油中气体 水分和绝缘两 大类 绝缘监测项目主要有介损 泄漏电流和局部放电 其中 介损和泄漏电流只能反映总体绝缘状态 难以检出局部缺陷 而局部放电在线监测的抗干扰技术尚未得到解决 因此 目前 变压器在线监测在很大程度上是油中气体和水分在线监测 近 年来 传感器技术 微机技术和油气分离技术得到迅速的发展 为变压器在线监测的实施创造了条件 2 变压器内部局部放电的特点变压器内部局部放电的特点 众所周知 任何事故都有一个产生 发展的过程 也就是 从量变到质变的过程 变压器内部局部放电 也有一个从电晕 发展到爬电 火花放电 最后形成电弧放电的过程 其发展速 度取决于故障部位和故障能量的大小 笔者分析了十几年来发 生的主变事故 发现有相当数量的事故有几个小时的发展过程 如 1987 年 1 月福建三明后山 1 号主变 220kv 90mva 因高压 b 相屏树枝状放电引起的事故 2000 年 7 月 31 日厦门嵩屿电厂 2 号主变 220kv 370mva 因低压角接线水平木支架绝缘缺陷 引起的事故 以及 2002 年 3 月 22 日广东大亚湾核电站 2 号主 变 c 相低压角接线的短路事故等 都有数小时的发展过程 如 果选用对故障气体响应快的监测装置 使其在火花放电阶段被 检出 则就有可能防止恶性事故的发生 3 油中氢气在线监测局部放电性故障的必要性和可能性油中氢气在线监测局部放电性故障的必要性和可能性 变压器内部的绝缘油 纸 布 漆和木头等绝缘材料都为 碳氢化合物或碳水化合物 在分子结构中碳氢键 c h 最多 其键能最低 因此在分解时最容易断裂 而氢气的生成热最小 因此在碳氢键断裂后氢气最容易生成 又因为氢气的分子半径 最小 在油中的溶解度也最小 使氢气最容易从油中析出后渗 透过高分子模 使其以最快的速度集聚到检测室 因此 选择 氢气为监测的对象应是局部放电性故障早期检出最理想的气体 有的人提出乙炔 c2h2 是放电性故障最具代表的特征气 体 这确实如此 但 c2h2 分子中有 cc 键 生成时必须吸收较 大的能量 在局部放电的初期不可能产生 只有在火花放电后 期才会有少量 c2h2 但此时距电弧放电很近 恶性事故很快就 会发生 即使这时被检出 也没有时间来采取防患措施 避免 事故的发生了 有的人提出 只监测氢气 水分不能进行综合判断 而应 该监测多组分才能作出诊断 这种想法也是很正常的 但是 我们应该认识到 在线监测是运行设备 要停运不可能只靠油 中气体含量的诊断来决定设备立即停电 就是目前试验室的色 谱分析 尽管所检测的组分很多 判断的方法很多 也很成熟 但当检出油中气体含量异常后 也不可能立即下令停电 在线 监测的目的主要是对变压器内部故障起 哨兵 的作用 即在准 确检出初期故障发出报警 为此 在线监测装置不仅要求连续 在线 而且要求对故障气体的响应速度要快 若检测多组分只 能通过二个方法来实现 一为色谱法 这将带来取样 进样和 色谱柱分离等过程 使检测变成间断进行 二为用多个传感器 分别监测各组分 因目前传感器质量不过关 近年内无法实现 通过上述分析 得知选择连续监测油中氢气才是检出早期局部 放电故障的最佳方法 4 油中水分在线监测油中水分在线监测 变压器油是内部的主要绝缘材料 水是影响绝缘性能最主 要的因素 当油中水分含量增加到一定值勤后 将引起绝缘性 能的急剧下降 及至引起事故 因此 通过监测变压器油中水 分含量 不仅可以防止变压器油绝缘强度降低到危险水平 而 且还可对变压器整体的绝缘状况进行评估 5 油中气体在线监测装置应具备的功能油中气体在线监测装置应具备的功能 由于油中气体在线监测的目的是为了早期检出局部放电性 故障 因此 该装置应具备的最重要功能可归纳为准 快 简 三个方面 所谓准 就是选择的监测对象应该是局部放电初期主要的 特征气体 前面已述油中氢气是各种故障时最先产生的特征气 体 更是局部放电性故障的主要特征气 然而值得说明的是 目前的离线色谱检测 在取样 贮运 脱气 进样等操作环节 中 氢气极易损失 使分析结果往往出现较大的分散性 因而 曾引起一些人怀疑氢气监测的有效性的 所谓快 就是对故障气体的反应速度要尽量快 因为局部 放电性故障的发展速度快 因此要求监测装置在故障气体产生 20 分钟后 就发出报警 运行人员立即向有关部门汇报 进行 综合分析后 采取有效果断的措施 以便于防止恶性事故的发 生 这不仅要求采样 检测单元安装在强油循环回路上或本身 备有循环油泵 而且油气分离的透膜要大 以便气体快速进入 检测室 所谓简 就是要求装置系统简单 安装方便 运行维护少 乃至免维护 因此 在线监测装置只有具备了 准 快 才能对内部故 障起到 哨兵 的作用 只有做到 简 给用户带来了方便 经济 才能得到推广 结束语结束语 油中气体在线监测的最主要目的是对变压器内部局部放电 性故障起 哨兵 的作用 而非综合分析 生产主管部门在得知 在线监测装置的准确 报警 后 应立即采取果断有效措施 以 便减少损失 避免恶性事故的发生 氢气是变压器内部局部放电性故障最早产生的主要特征气 体 选用性能稳定 对故障气体响应快的油中氢气在线监测装