摘要：通過分析干式變壓器內(nèi)部故障的發(fā)展過程，提出了通過在線監(jiān)測油中氫氣和水分來早期檢測局部放電故障的必要性和可能性，并討論了油中氣體在線監(jiān)測裝置的基本功能。關(guān)鍵詞：干式變壓器1局部放電早期檢測油中氫水分在線監(jiān)測裝置。前言干式變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，其狀態(tài)直接影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，對(duì)電力干式變壓器進(jìn)行在線監(jiān)測，及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)，一直是電力工作者的夢想和追求。干式變壓器的狀態(tài)監(jiān)測是通過對(duì)相關(guān)參數(shù)和信號(hào)的采集和分析來檢測內(nèi)部初始故障及其發(fā)展趨勢。生產(chǎn)主管部門立即組織人員進(jìn)行綜合分析，診斷設(shè)備狀況，減少損失，避免惡性事故的發(fā)生，將傳統(tǒng)的定期維護(hù)改為狀態(tài)維護(hù)，從而提高電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高對(duì)用戶的服務(wù)質(zhì)量。由于干式變壓器的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行和維護(hù)，絕緣存在缺陷，短路電阻降低。因此，近年來主變壓器事故頻發(fā)，其中繞組局部放電故障是較嚴(yán)重的安全威脅。根據(jù)家電力公司2001年對(duì)全110千伏及以上主變壓器事故的調(diào)查，繞組事故占事故總數(shù)的74.6 [1](福建電網(wǎng)80起)。因此，提高干式變壓器安全運(yùn)行的先要任務(wù)是及早發(fā)現(xiàn)繞組局部放電缺陷。油中氣體含量分析是檢測干式變壓器內(nèi)部故障的好方法。在原電力部頒布的DL/T596-1996 《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中，已被列為干式變壓器的較好項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，通過對(duì)我油中氣體含量的分析，每年可檢測出近300臺(tái)故障或異常設(shè)備，對(duì)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要作用。但常規(guī)的油中氣體分析是離線監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)管規(guī)定，采樣周期一般為3個(gè)月到1年。這種間歇性檢測能夠檢測過熱和浮動(dòng)潛在放電故障，但難以及時(shí)檢測繞組內(nèi)部匝間和護(hù)罩之間的局部放電故障，嚴(yán)重威脅設(shè)備安全。為此，內(nèi)外學(xué)者多年來一直致力于油氣和局部放電的在線監(jiān)測。我于20世紀(jì)80年代建立了《高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測協(xié)作網(wǎng)》，2002年5月在福州召開年會(huì)，2002年12月中旬由家電力研究院高壓所和家高壓專委會(huì)在北海召開研討會(huì)，組織編寫了《在線監(jiān)測管理導(dǎo)則》，這將有效推動(dòng)我絕緣在線監(jiān)測的發(fā)展，為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測提供法律依據(jù)。目前干式變壓器的在線監(jiān)測項(xiàng)目可分為油中氣體、水分和絕緣兩類。絕緣監(jiān)測項(xiàng)目主要包括介質(zhì)損耗、泄漏電流和局部放電，其中介質(zhì)損耗和泄漏電流只能反映整體絕緣狀態(tài)，局部缺陷難以檢測；然而，局部放電在線監(jiān)測的抗干擾技術(shù)尚未解決[2]。因此，目前干式變壓器的在線監(jiān)測主要是對(duì)油中氣體和水分的在線監(jiān)測。長期從事油中氣體和水分的檢測以及內(nèi)部故障的診斷。20世紀(jì)80年代，我與北京、吉林、陜西、安徽、貴州的電力研究所合作，開發(fā)了一種帶氫傳感器的油中氫在線監(jiān)測裝置。雖然內(nèi)用了200多套，但當(dāng)時(shí)傳感器的穩(wěn)定性差。隨著工業(yè)，電力的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)的安全性和可靠性提出了更高的要求。希望目前的定期檢修能逐步向狀態(tài)檢修過渡，狀態(tài)檢修要求對(duì)干式變壓器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。近年來，傳感器技術(shù)、微機(jī)技術(shù)和油氣分離技術(shù)飛速發(fā)展 #p#分頁標(biāo)題#e#

因?yàn)楫?dāng)這些部件的絕緣損壞時(shí)，沿表面的放電電壓會(huì)降低，受到內(nèi)部或外部過電壓的沖擊后，絕緣性能會(huì)迅速下降，引起局部放電，甚至發(fā)展成電弧放電和燃燒。給電網(wǎng)和人民生命造成嚴(yán)重?fù)p失！因此，干式變壓器在線監(jiān)測的目的應(yīng)該是在火花放電前檢測局部放電缺陷，然后采取有效措施防止事故發(fā)生。有人認(rèn)為放電故障發(fā)展快，突發(fā)性強(qiáng)，油中氣體不能早期檢測出來。眾所周知，任何事故都有一個(gè)產(chǎn)生和發(fā)展的過程，即從量變到質(zhì)變。干式變壓器中的局部放電也有一個(gè)從電暈到爬電和火花放電的過程，較終形成電弧放電。其發(fā)展速度取決于故障位置和故障能量。作者對(duì)近十年來的主變壓器事故進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一部分事故有幾個(gè)小時(shí)的發(fā)展過程，如1987年1月福建三明后山1號(hào)主變壓器(220千伏，90兆伏安)高壓B相屏樹枝狀放電引起的事故，2000年7月31日廈門松峪發(fā)電廠2號(hào)主變壓器(220千伏，370兆伏安)低壓角接線橫木支架絕緣缺陷引起的事故。2001年8月22日，福建赤灘水電廠1號(hào)主變壓器(220千伏，150兆瓦)事故，是110千伏中壓C相繞組整體軸向變形后再次雷擊引起的，2002年3月22日廣東大亞灣核電站2號(hào)主變壓器C相低壓角接線短路事故，都有幾個(gè)小時(shí)的發(fā)展過程。如果在火花放電階段選擇并檢測對(duì)故障氣體具有快速響應(yīng)的監(jiān)控裝置，則可以防止惡性事故的發(fā)生。3.通過油中的氫在線監(jiān)測局部放電故障的必要性和可能性是眾所周知的。干式變壓器中絕緣油、紙、布、漆、木等絕緣材料都是碳?xì)浠衔锘蛱妓衔铮肿咏Y(jié)構(gòu)中碳?xì)滏I(C-H)較多，鍵能較低，分解時(shí)容易斷裂；而氫的生成熱較小，所以碳?xì)滏I斷裂后較容易生成氫；而且由于氫的分子半徑較小，在油中的溶解度也較小，使得氫更容易從油中分離出來，透過高分子膜，以較快的速度聚集在檢測室中。因此，選擇氫氣作為監(jiān)測對(duì)象應(yīng)該是局部放電故障早期檢測較理想的故障氣體。有人提出乙炔(C2H2)是放電故障較具代表性的特征氣體。這是真的，但是C2H2分子中有CC鍵，形成時(shí)必須吸收很大的能量。在局部放電的初始階段，

不可能產(chǎn)生，只有在火花放電后期才會(huì)有少量C2H2，但此時(shí)距電弧放電很近，惡性事故很快就會(huì)發(fā)生，即使這時(shí)被檢出，也沒有時(shí)間來采取防患措施，避免事故的發(fā)生了。 有的人提出，只監(jiān)測氫氣、水分不能進(jìn)行綜合判斷，而應(yīng)該監(jiān)測多組分才能作出診斷。這種想法也是很正常的，但是，我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在線監(jiān)測的是運(yùn)行設(shè)備，要停運(yùn)不可能只靠油中氣體含量的診斷來決定設(shè)備立即停電！就是目前試驗(yàn)室的色譜分析，盡管所檢測的組分很多，判斷的方法很多，也很成熟，但當(dāng)檢出油中氣體含量異常后，也不可能下令立即停電！在線監(jiān)測的目的主要是對(duì)干式變壓器內(nèi)部故障起"哨兵"的作用，即在準(zhǔn)確檢出初期故障發(fā)出報(bào)警。為此,在線監(jiān)測裝置不僅要求連續(xù)在線，而且要求對(duì)故障氣體的響應(yīng)速度要快。若檢測多組分只能通過二個(gè)方法來實(shí)現(xiàn):一為色譜法，這將帶來取樣、進(jìn)樣和色譜柱分離等過程，使監(jiān)測變成間斷進(jìn)行；二為用多個(gè)傳感器分別監(jiān)測各組分，因目前傳感器質(zhì)量不過關(guān)，近年內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)。通過上述分析，得知選擇連續(xù)監(jiān)測油中氫氣才是檢出早期局部放電故障的較佳方法。4.油中水分在線監(jiān)測 干式變壓器油是內(nèi)部的主要絕緣材料，水是影響絕緣性能較主要的因素。當(dāng)油中水分含量增加到一定值后，將引起絕緣性能的急劇下降，及至引起事故。因此，通過監(jiān)測干式變壓器油中水分含量，不僅可以防止干式變壓器油絕緣強(qiáng)度降低到危險(xiǎn)水平，而且還可對(duì)干式變壓器整體的絕緣狀況進(jìn)行評(píng)估[4]。 近年來，我也曾發(fā)生過幾起因干式變壓器受潮進(jìn)水引起的事故，造成嚴(yán)重的損失。因此，實(shí)時(shí)檢測干式變壓器油中水分也非常重要,尤其對(duì)于強(qiáng)油水冷和濕度較大地區(qū)的重要干式變壓器顯得更為迫切。其裝置不僅要求反應(yīng)速度快，而且要穩(wěn)定準(zhǔn)確。這就要求濕度傳感器安裝在強(qiáng)油循環(huán)部位或自備循環(huán)油泵回路上。5.油中氣體在線監(jiān)測裝置應(yīng)具備的功能 由于油中氣體在線監(jiān)測的目的是為了早期檢出局部放電性故障，因此，該裝置應(yīng)具備的較重要功能可歸納為準(zhǔn)、快、簡三個(gè)方面。所謂準(zhǔn)，就是所選擇的監(jiān)測對(duì)象應(yīng)該是局部放電初期主要的特征氣體，前面已述油中氫氣是各種故障時(shí)較先產(chǎn)生的特征氣體，更是局部放電性故障的主要特征氣。然而值得說明的是,目前的離線色譜檢測，在取樣、貯運(yùn)、脫氣、進(jìn)樣等操作環(huán)節(jié)中，氫氣極易損失，使分析結(jié)果往往出現(xiàn)較大的分散性，因而曾引起一些人懷疑氫氣監(jiān)測的有效性的。 所謂快，就是對(duì)故障氣體的反應(yīng)速度要盡量快！因?yàn)榫植糠烹娦怨收系陌l(fā)展速度快，因此要求監(jiān)測裝置在故障氣體產(chǎn)生20分鐘后，就應(yīng)發(fā)出報(bào)警，運(yùn)行人員立即向有關(guān)部門匯報(bào)，進(jìn)行綜合分析后,采取有效果斷的措施，以便防止惡性事故的發(fā)生。這不僅要求采樣、檢測單元安裝在強(qiáng)油循環(huán)回路上或本身備有循環(huán)油泵，而且油氣分離的透膜要大，以便氣體快速進(jìn)入檢測室。 所謂簡，就是要求裝置系統(tǒng)簡單、安裝方便、運(yùn)行維護(hù)少乃至免維護(hù)。 因此，在線監(jiān)測裝置只有具備了"準(zhǔn)"、"快"，才能對(duì)內(nèi)部故障起到"哨兵"的作用;只有做到"簡"，給用戶帶來了方便、經(jīng)濟(jì)，才能得到推廣。6.結(jié)束語 通過本文論述，得出如下看法： 油中氣體在線監(jiān)測的較主要目的是對(duì)干式變壓器內(nèi)部局部放電性故障起"哨兵"的作用，而非綜合分析；生產(chǎn)主管部門在得知在線監(jiān)測裝置的準(zhǔn)確"報(bào)警"后，應(yīng)立即采取果斷有效措施，以便減少損失，避免惡性事故的發(fā)生。 氫氣是干式變壓器內(nèi)部局部放電性故障較早產(chǎn)生的主要特征氣體，選用性能穩(wěn)定，對(duì)故障氣體響應(yīng)快的油中氫氣在線監(jiān)測裝置，可望對(duì)干式變壓器內(nèi)部局部放電發(fā)展較慢的缺陷，在火花放電階段檢測出來,從而減少損失,避免惡性事故的發(fā)生。 我們?cè)谶x擇油中氣體在線監(jiān)測裝置時(shí)，必須走出用色譜法檢測多組分的誤區(qū),而要從"準(zhǔn)"、"快"、"簡"入手，對(duì)其功能作綜合評(píng)價(jià),安裝上對(duì)安全經(jīng)濟(jì)具有實(shí)效的裝置。 來源：中華電力網(wǎng)#p#分頁標(biāo)題#e#