从近年来大型变压器的事故情况看, 许多事故形成很快, 在几天, 十几天内就形成恶性破坏事故。这从一个侧面证明了目前常规试验项目和试验周期仍存在一定的局限性, 一些事故先兆信息不能及时捕捉到。因此, 对大型变压器进行有效及时的在线监测在安全上显得十分重要, 在经济上也能得到丰厚的回报。本文简要介绍了某厂目前变压器在线溶解气体监测技术的应用状况及成功监测到#1主变故障案例分析, 供广大电力系统变压器用户参考。
1 变压器在线溶解气体监测技术原理及应用状况
随着在线监测技术的日益成熟, 变压器油色谱在线监测技术由单组分监测向三组分、全组分监测发展, 变压器在线气体监测技术的应用越来越广泛。某厂8台主变分别安装了加拿大S Y P R O T E C公司研制的HYDRAN 201Ti型变压器溶解气体在线监测装置。其设计原理是根据变压器绝缘油及固体绝缘材料在热或电作用下的劣化, 劣解机理, H Y D R A N的监测技术认为氢气和一氧化碳是变压器发生早期故障的两种主要特征气体, 该装置通过监测它们来预测变压器内部是否存在潜伏性故障。该装置工作原理是通过传感器内部的高分子膜选择性地透过特征气体, 借助于空气中氧气与传感器内部的燃料电池发生化学反应, 输出的电信号经整流放大和温度补偿后, 以体积分数值μL/L形式显示在装置的显示屏上。根据高分子膜的选择性及燃料电池对不同气体的敏感程度, 其中氢气为100%, 一氧化碳为 (18±3) %, 乙炔为 (8±2) %, 乙烯为 (1.5±0.5) %, 显示值与DGA方法测试值的关系为:显示值=H2×100%+CO×18%+C2H2×8%+C2H4×1.5% (其中H2, C O, C2H2, C2H4为DGA方法的测定值) 。HYDRAN 201Ti装置的传感器直接安装在变压器本体阀门上, 该阀门位于潜油泵出口总管左侧。在线监测装置主要是通过监测读数偏离自身读数基值的变化趋势来预测变压器的故障。
目前该厂8台主变溶解气体在线监测装置已建立网络服务器通讯系统, 在厂外可以通过客户端软件连接至服务器下载8台主变在线监测数据;该套系统通过软件分别监测到气体含量、每24h增长趋势、30天增长趋势曲线图, 气体含量曲线图最短可以记录到每15min的主变气体含量, 通过软件可以修改气体含量报警值等。
某年8月14日和次年1月7日该厂#1主变溶解气体在线监测装置成功预测到#1变压器内部存在的潜伏性故障, 两次监测到#1主变油气含量增大现象。
2 变压器溶解气体在线监测的重要性
2.1 实验室色谱分析 (D G A) 的欠缺与不足
变压器的潜伏性故障, 无论是热性故障还是电性故障, 最终都将导致设备绝缘介质裂解, 产生各种特征气体。对这些特征气体的检测, 通常采用实验室DGA来完成, 但从设备状态检测的在线检测要求来看, 实验室DGA的不足和应用局限就比较明显了。
首先此法从取样至最后获得分析结果的时间较长。其次由于整个测试过程的中间环节多, 可能导致分析结果的精确度受到影响。再者DGA受到实施周期的限制, 无法在两个周期检测点的间隔中对变压器进行有效的监测, 有可能错过迅速发展故障的短期预兆, 导致受监视设备的状态在一定时间内的处在“失控”状态。另外DGA不易检测故障气体早期的生成速度, 即使采取短周期进行跟踪检测, 也不像在线检测那样可以连续监测设备重要参数的整个动态变化过程, 及在不受外部干扰的情况下了解真实的产气速率, 有助于对设备早期故障的正确诊断。
2.2 变压器溶解气体在线监测技术应用的重要意义
变压器故障在线检测技术是预测变压器突发故障的有效手段, 变压器溶解气体在线监测装置应用具有十分重要的意义。根据国内外有关故障统计资料表明, 突发性故障占了超高压变压器事故相当大的比重, 通过变压器溶解气体在线监测装置应用可以有效地预测变压器内部存在的潜伏性故障, 避免事故的发生。以该厂#1主变为例, 变压器故障前油气分析各种特征气体含量尚未达到注意值, 在线监测装置显示值稳定, 故障时气体含量明显增加并达到报警值, 通过采取相应紧急措施避免了事故的发生, 对实现变压器的状态检修, 降低检修维护成本都是极为有利的。同样在珠海某电厂变压器在线气体监测也成功的发现了变压器的缺陷。杭州某水电厂通过变压器全组分气体在线监测装置现正密切监视着其总烃含量过高的变压器运行。
3#1主变故障监测案例分析
3.1 故障情况记录
次年1月7日5:43:39, 该厂#1机组在抽水工况运行时, #1主变溶解气体在线监测装置检测到气体含量超过80μL/L报警值并发出报警, 该厂及时根据现场的相关信息进行了分析判断, 并据已有的预案决策, 对运行中的机组进行了果断、及时、正确的停机操作, 并采取了相应的跟进措施, 避免了事故的发生。
3.2#1主变运行背景简介
前一年8月14日, #1主变在线监测系统所测气体含量由最初长期稳定的15μL/L突然增长到42μL/L, 之后缓慢增长到最大值53μL/L;色谱分析检测出乙炔含量为8.8μL/L, 三比值法判断为#1主变内部存在低能量放电。自8月16日起, #1主变暂时空载运行。通过加强色谱分析监测#1主变气体含量稳定, 无增长趋势, 于8月29日恢复#1机组的正常运行方式, 同时要求继续进行密切监测。自某年8月16日至次年1月7日期间, #1主变气体含量稳定, 且乙炔含量下降至0μL/L, 期间#1机组发电工况启动260次, 运行时间:785.23h;抽水工况启动147次, 运行时间:721.92h;某年8月29日至次年1月7日, #1机组总运行时间:1507.15h, 平均每日运行时间:11.4h, 发电工况单次最长连续运行时间:9.73h, 抽水工况单次最长连续运行时间:9.93h。
3.3#1主变气体在线监测系统所测数据及其分析
本次#1主变气体含量突变主要发生在次年1月7日4:28:39至5:43:39, 气体含量由最初长期稳定的37μL/L快速增长到84μL/L, 之后缓慢增长, 至18:13:39增长到最大值103μL/L, 其后气体含量保持基本不变。
气体含量突变记录见表1所示:
本次气体含量突变曲线:如图1所示。
本次#1主变在线监测气体含量突变分析:气体浓度曲线, 很明显看到从4:30至5:45#1主变气体浓度突然增长, 主变本体内部存在放电故障使油品裂解产生大量的可燃气体;在6:00时现地检查#1主变气体在线监测仪传感器已显示为gas H2>80, 即氢气含量超过80μL/L, 意味着可燃气体主要成份为氢气, 与油样色谱分析结果相吻合;#1主变气体时变化率 (μL/L/24h) 在气体浓度突然增长后亦有明显的增长趋势, 但从16:18后保持为0μL/L/24h, 即#1主变气体浓度稳定保持在103μL/L不再增长, #1主变本体内油气溶解达到相对平衡。
3.3.1#1主变色谱试验数据及分析
#1主变色谱试验数据:如表2所示。
结果分析: (1) 如次年1月7日#1主变油样色谱分析结果所示, #1主变产生特征气体乙炔并超过注意值, 氢气含量明显增加;根据《导则》的改良三比值法, 计算得到特征气体C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三比值编码为101, 故障类型判断为低能量放电, 故障多为不同电位体的不良连接点间或者悬浮电位体的连续火花放电, 固体材料之间油的击穿。中试所复测结果与我厂结果相吻合; (2) 由上表看, 氢气、总烃含量虽然并未达到《变压器油中溶解气体分析和判断导则DL/T 722-2000》中规定的150μL/L, 但根据《导则》中月相对产气速率计算公式计算其相对产气速率氢气γr (%) = (Ci2-Ci1) / (Ci1×△t) ×100= (88.8-32.1) / (32.1×1/3) ×100=530%/月。
γr (%) 为相对产气速率, Ci2为前次气体含量, Ci1为本次气体含量, △t为前次与本次时间间隔 (月) 。
由计算结果看, 氢气、总烃含量相对产气速率远大于《导则》中规定的10%的注意值, 可进一步确认为放电故障。
4.3.2 该厂采取的措施及跟进的工作
#1机组运行方式变更:#1机组禁止运行, 主变暂时空载运行;由化学技术人员每天取油样进行色谱分析, 并通过D D A系统 (短信自动发送系统) 向相关人员通报结果;重新调整主变在线监测系统的报警设定值, 一级:1 0 5μL/L;二级:110μL/L;当读数超报警值时, 在线监测系统向中控室报警站发出报警信号并通过DDA系统向值班人员通报;在集控室监测电脑上安装好主变油气在线监测系统客户端软件, 由运行集控室值班员每1小时刷新监控窗数据曲线一次, 并留意曲线的变化趋势, 若每半小时增加1μL/L, 则通报相关值班人员。
4.3.3#1主变故障后处理
次年1月14日#1主变退备返厂大修, 现场检修未发现明显故障点;返厂大修发现#1主变C相低压线排存在明显过热故障、三相低压绕组及铁芯存不同程度的变形等故障。大修后重新安装至今运行稳定。
4.3.4 成功监测到#1主变故障的重要作用
变压器溶解气体在线监测装置应用起到了关键作用, 及时的检测到故障的发展征兆, 该厂通过即时措施执行和相关跟进工作的开展, 避免了#1主变故障的扩大, 避免了事故的发生, 一定程度上降低了检修维护成本, 提高了设备的安全运行可靠性。
5 结语
变压器在线气体监测技术作为变压器在线监测技术的一个重要分支, 在某水电厂得到了充分的应用, 并且在预测变压器早期故障方面起到了极其重要的作用。变压器溶解气体在线监测装置发出报警后, 再通过实验室色谱分析的进一步确认, 能有效的判断出变压器内部是否存在着潜伏性故障。通过该厂变压器在线气体监测在#1主变的成功应用, 进一步证实了变压器气体在线监测技术是一项值得推广的较成熟的技术。
摘要：作为一项成熟的检测技术变压器油中溶解气体气相色谱分析 (DGA) 在有效检测变压器各类故障方面发挥了毋容置疑的作用。与此同时变压器在线溶解气体检测技术的应用已成为确保变压器安全运行、状态检修工作有效开展的一个重要前提, 对此本文简要介绍了某厂目前变压器在线溶解气体监测技术的应用状况及成功监测到#1主变故障分析。
关键词：DGA,在线溶解气体检测技术,应用现状,主变故障