變壓器在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和技術(shù)的春天來了

發(fā)布時(shí)間:2016-09-13   來源:變壓器圈

  變壓器在電網(wǎng)中長(zhǎng)期運(yùn)行,不可避免地會(huì)累積各種缺陷。這些缺陷發(fā)展為故障的進(jìn)程,可分為漸發(fā)性故障和突發(fā)性故障兩大類。對(duì)變壓器可能發(fā)生的故障及時(shí)準(zhǔn)確做出預(yù)測(cè),不僅是電網(wǎng)運(yùn)維人員關(guān)注的熱點(diǎn),也是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。作為變壓器檢修的常用方式,預(yù)防性試驗(yàn)和定期檢修具有較大的盲目性和強(qiáng)制性。建立一種預(yù)知性的檢修方式,“當(dāng)修則修”,而非“到期就修”,已成為狀態(tài)檢修的必然趨勢(shì)。因此建立一種在線的、時(shí)時(shí)監(jiān)控的、智能變壓器、以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的變壓器監(jiān)測(cè)模式成為中國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展中的必然一步。變壓器在線監(jiān)測(cè)機(jī)遇來了。

變壓器

  變壓器是變電站的重要設(shè)備之一,其安全運(yùn)行對(duì)保障供電可靠性至關(guān)重要。變壓器在線監(jiān)測(cè),就是依據(jù)變壓器的各種機(jī)械和電氣特性,通過對(duì)油中溶解氣體分析、局部放電、鐵心接地電流、繞組變形在線分析和振動(dòng)分析,監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)?,F(xiàn)代傳感技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,為變壓器等高電壓設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。智能變壓器作為變電站的重要設(shè)備,與傳統(tǒng)變壓器的核心區(qū)別,就在于它具有智能化的在線監(jiān)測(cè)功能。

  1.變壓器在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)越性

  變壓器在電網(wǎng)中長(zhǎng)期運(yùn)行,不可避免地會(huì)累積各種缺陷。這些缺陷發(fā)展為故障的進(jìn)程,可分為漸發(fā)性故障和突發(fā)性故障兩大類。漸發(fā)性故障主要表現(xiàn)為變壓器在正常運(yùn)行過程中,由于絕緣老化、受潮等,使絕緣性能逐漸下降,最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。盡管此類故障的發(fā)生幾率很高,但卻具有一定的規(guī)律性,是完全可以通過在線監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并加以避免的。對(duì)變壓器可能發(fā)生的故障及時(shí)準(zhǔn)確做出預(yù)測(cè),不僅是電網(wǎng)運(yùn)維人員關(guān)注的熱點(diǎn),也是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

  作為變壓器檢修的常用方式,預(yù)防性試驗(yàn)和定期檢修具有較大的盲目性和強(qiáng)制性。建立一種預(yù)知性的檢修方式,“當(dāng)修則修”,而非“到期就修”,已成為狀態(tài)檢修的必然趨勢(shì)。它以設(shè)備當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)狀況為依據(jù),通過智能化的監(jiān)測(cè)手段,對(duì)設(shè)備進(jìn)行縱向、橫向比較分析,識(shí)別故障的早期征兆,并對(duì)故障部位與程度以及發(fā)展做出趨勢(shì)性判斷,作為變壓器檢修的基礎(chǔ)依據(jù)。

  變壓器狀態(tài)檢修與傳統(tǒng)定期檢修相比,主要具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì):增強(qiáng)了輸變電設(shè)備的供電可靠性;對(duì)故障實(shí)施早期檢測(cè),幫助制定更可靠的維修計(jì)劃;降低了檢修成本和檢修難度,減少了設(shè)備檢修風(fēng)險(xiǎn);節(jié)省了大量人力物力;延長(zhǎng)了變壓器的全壽命周期。

  2.變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

  變壓器電網(wǎng)狀態(tài)檢修主要由狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)診斷兩部分構(gòu)成。監(jiān)測(cè)方式一般為常規(guī)監(jiān)測(cè)、在線監(jiān)測(cè)、特殊監(jiān)測(cè)等。變壓器在線監(jiān)測(cè)是基于各傳感器獲取的變壓器的狀態(tài)信息,再通過計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算,對(duì)變壓的運(yùn)行狀態(tài)做出科學(xué)的評(píng)估和預(yù)測(cè),最終經(jīng)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)進(jìn)行綜合智能診斷,給出決策方案,以確定其最佳檢修時(shí)間。在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì),就在于其監(jiān)測(cè)功能和診斷功能有機(jī)結(jié)合后具有綜合判斷決策能力。

  變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可分為集中式與分散式兩種。其中,集中式是對(duì)所有被測(cè)設(shè)備進(jìn)行定時(shí)或巡回監(jiān)測(cè);分散式是采用專門的測(cè)試儀器所測(cè)取的信號(hào)進(jìn)行就地測(cè)量。

  變壓器在線監(jiān)測(cè)是以微處理技術(shù)為核心,它集傳感器、數(shù)據(jù)收集、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析功能于一體,通過連續(xù)監(jiān)測(cè)在一段時(shí)間內(nèi)狀態(tài)參數(shù),及時(shí)捕捉變壓器早期故障的先兆信息,根據(jù)變壓器參數(shù)的變化趨勢(shì)來判定變壓器運(yùn)行狀態(tài)。不僅能夠有效防范變壓器各種故障的發(fā)生和發(fā)展,還降低了意外停電所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)運(yùn)行中的變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),彌補(bǔ)了常規(guī)試驗(yàn)與檢測(cè)手段的不足。盡管依據(jù)捕捉到的變壓器動(dòng)態(tài)信息對(duì)其進(jìn)行內(nèi)部突發(fā)性故障預(yù)測(cè)還存在一定的局限性,但它仍是目前制訂變壓器檢修計(jì)劃最有效的技術(shù)依據(jù),具有十分重要的指導(dǎo)意義。

  在線監(jiān)測(cè)對(duì)所采用的傳感器與監(jiān)測(cè)儀,具有高度可靠性、免維護(hù)性和自檢功能。一旦監(jiān)測(cè)儀自身存在問題,可自動(dòng)發(fā)出聲光呼叫報(bào)警信號(hào)。因此,它消除了常規(guī)檢測(cè)方法中檢測(cè)裝置異常所導(dǎo)致的誤判問題。

  變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的投資費(fèi)用,主要包括傳感器和智能監(jiān)測(cè)軟件兩部分。據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),一套完整的變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本一般約為變壓器價(jià)格的  1%。但由于能夠及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)變壓器的早期故障,使其運(yùn)行維護(hù)成本降低75%,每年所節(jié)約的費(fèi)用相當(dāng)于變壓器價(jià)格的2%,而且可以延長(zhǎng)使用壽命10年左右,其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

  3.變壓器在線監(jiān)測(cè)方法

  變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)變壓器的故障判定,一般不是根據(jù)所測(cè)參數(shù)絕對(duì)值進(jìn)行,而是根據(jù)其參數(shù)的變化趨勢(shì)判定。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在相應(yīng)數(shù)據(jù)傳感采集的基礎(chǔ)上,進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析處理,最終得出變壓器的趨勢(shì)性故障預(yù)測(cè)。其基本監(jiān)測(cè)程序是:傳感器—數(shù)據(jù)收集—數(shù)據(jù)存儲(chǔ)—狀態(tài)分析—故障分類—判定故障—提出方案。

  實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)取自于變壓器的本體和附屬組件,數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)變壓器的全面信息,包括原始參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和診斷結(jié)果等。

  狀態(tài)分析以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析為基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)處理和故障分類一般采用快速傅里葉變換或先進(jìn)的小波變換法。對(duì)于鐵芯、繞組、油溫、負(fù)荷等眾多繁雜的數(shù)據(jù),經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元的特征分析,將預(yù)分析結(jié)果變換成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適宜處理的形式,提高了其運(yùn)算推理速度。

  故障分類主要是區(qū)分變壓器的故障性質(zhì),如繞組過熱、鐵芯過熱、油中氣體、絕緣缺陷、鐵芯接地電流、局部放電故障等。

  監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)最終將分析結(jié)果與數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)作為判據(jù),做出故障判定并提出變壓器的維護(hù)解決方案。監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的所有信息均可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上傳與查詢,給電網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)帶來極大方便,滿足智能電網(wǎng)的要求。

  變壓器在線監(jiān)測(cè)的范圍極其廣泛,它幾乎囊括了可能出現(xiàn)故障的所有問題。如熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)、油中氣體總量、局部放電、套管的介質(zhì)損耗和電容、冷卻裝置功能、油中濕度酸度、負(fù)載電流、紙絕緣的濕度和遷移情況、繞組頂部和底部油溫、電介質(zhì)和動(dòng)力系統(tǒng)的缺陷、構(gòu)件的夾緊力、有載調(diào)壓系統(tǒng)的性能和缺陷、鐵芯接地故障和繞組缺陷、儲(chǔ)油柜的油位等。

  4.變壓器在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

  從變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用情況看,雖然還存在著抗電磁干擾能力不強(qiáng)、使用壽命偏短、價(jià)格偏高等缺陷,但由于其具有常規(guī)檢測(cè)手段所無可比擬的優(yōu)越性,所有問題都將在發(fā)展中逐步得以解決。

  在技術(shù)層面,硬件設(shè)備將向更加智能化方向發(fā)展,免維護(hù)性將更高。智能型傳感器的采用,使將電磁干擾得到有效抑制;隨著新型材料的廣泛采用,色譜分析的透氣膜等設(shè)備的使用壽命也將延長(zhǎng)。故障分析軟件系統(tǒng)也將與離線試驗(yàn)、設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息有機(jī)融合,開展綜合化的在線診斷,不同系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將通過網(wǎng)絡(luò)共享。

  在政策層面,由于智能電網(wǎng)建設(shè)的需求推動(dòng),以及各科研院所、在線監(jiān)測(cè)公司研發(fā)力度的不斷加大,在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用工作正在穩(wěn)步推進(jìn),不僅促使變壓器檢修規(guī)程、管理方法要隨之變革,而且必將導(dǎo)致規(guī)范的狀態(tài)檢修管理體系的確立,以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的最終統(tǒng)一。

  在經(jīng)濟(jì)層面,隨著國(guó)內(nèi)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備生產(chǎn)與軟件開發(fā)廠商研發(fā)力度的加強(qiáng)和國(guó)外同類產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng),以及電網(wǎng)需求旺盛等因素的影響,不僅其軟硬件產(chǎn)品的價(jià)格將大幅下降,而且性價(jià)比也將大幅提高。

  綜上所述,只有建立在變壓器智能化在線監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上的狀態(tài)檢修,才具有真正的現(xiàn)實(shí)意義。它不僅避免了預(yù)防性試驗(yàn)和定期檢修所帶來的盲目性和強(qiáng)制性,節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力,而且增強(qiáng)了輸變電設(shè)備的供電可靠性,延長(zhǎng)了變壓器的使用壽命,具有廣闊的發(fā)展前景。

  智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其子系統(tǒng)

  智能變壓器作為智能變電站的核心組成部分,其建設(shè)獲得了越來越多的關(guān)注。根據(jù)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn),智能變電站是指采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備,以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求,自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能,并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能,實(shí)現(xiàn)與相鄰變電站互動(dòng)的變電站。智能變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保證變壓器正常工作并預(yù)估設(shè)備的損耗以建立合理的檢修計(jì)劃,智能變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能變電站的基礎(chǔ)設(shè)備之一。

  變壓器是電力系統(tǒng)中重要的也是昂貴的關(guān)鍵設(shè)備,它承擔(dān)著電壓變換,電能分配和轉(zhuǎn)移的重任,變壓器的正常運(yùn)行是電力系統(tǒng)安全、可靠地經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和供用電的重要保證,因此,必須最大限度地防止和減少變壓囂故障或事故的發(fā)生。但由于變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行中,故障和事故是不可能完全避免的。引發(fā)變壓器故障和事故的原因繁多,如外部的破壞和影響,不可抗拒的自然災(zāi)害,安裝、檢修、維護(hù)中存在的問題和制造過程中留下的設(shè)備缺陷等事故隱患,特別是電力變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行后造成的絕緣老化、材質(zhì)劣化等等,已成為故障發(fā)生的主要因素。同時(shí),客觀上存在的部分工作人員素質(zhì)不高、技術(shù)水平不夠或違章作業(yè)等,也會(huì)造成變壓器損壞而造成事故或?qū)е率鹿实臄U(kuò)大,從而危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

  正因?yàn)樽儔浩鞴收系牟豢赏耆苊猓瑢?duì)故障的正確診斷和及早預(yù)測(cè),就具有更迫切的實(shí)用性和重要性。但是,變壓器的故障診斷是個(gè)非常復(fù)雜的問題,許多因素如變壓器容量、電壓等級(jí)、絕緣性能、工作環(huán)境、運(yùn)行歷史甚至不同廠家的產(chǎn)品等等均會(huì)對(duì)診斷結(jié)果產(chǎn)生影響。

  智能變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架如圖1-1所示:

變壓器

  圖1-1智能變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

  其中包括的子系統(tǒng)包括:

  1、變壓器油中溶解氣體檢測(cè)技術(shù)

圖:主變油色譜安裝位置示意圖

  2、鐵芯接地電流

  3、變壓器局放監(jiān)測(cè)

圖:油閥式傳感器

  4、變壓器套管在線監(jiān)測(cè)

圖:本地采集單元安裝示意圖

圖:套管監(jiān)測(cè)本地電流采集單元

  5、變壓器繞組溫度監(jiān)測(cè)

變壓器

圖:變壓器油溫監(jiān)測(cè)示意圖

  6、變壓器冷卻系統(tǒng)監(jiān)測(cè)

  7、變壓器有載調(diào)壓

變壓器

圖:有載分接開關(guān)控制示意圖

  8、變壓器非電量保護(hù)系統(tǒng)

  9、變壓器壽命預(yù)測(cè)

  10、變壓器負(fù)載分析

  11、智能變壓器組件柜

      關(guān)鍵詞: 變壓器

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