摘要
本文介紹了南寧電網(wǎng)變電站設(shè)備概況及變電設(shè)備檢修的現(xiàn)狀，分析電氣設(shè)備定期檢修和狀態(tài)檢修的利弊。變壓器作為電力系統(tǒng)最主要的供電設(shè)備，其可靠運(yùn)行程度直接關(guān)系到電力系統(tǒng)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。油中溶解氣體氣相色譜分析是變壓器內(nèi)部故障的重要檢測(cè)手段。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和運(yùn)行電壓的提高，油中溶解氣體氣相色譜分析技術(shù)也不斷改進(jìn)，由常規(guī)的色譜分析方法到目前采用的在線監(jiān)測(cè)，從根本上發(fā)生了質(zhì)的飛躍。
針對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有幾種油色譜檢測(cè)裝置的現(xiàn)狀，在變電站主變壓器實(shí)施以滲透氣體膜為特征的變壓器油中六種溶解氣體在線監(jiān)測(cè)，能正確反映變壓器的實(shí)際運(yùn)行情況，可信度較高，可以作為主變壓器狀態(tài)維修的主要依據(jù)。
本文以建設(shè)服務(wù)于狀態(tài)檢修的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為中心，結(jié)合目前在線監(jiān)測(cè)試點(diǎn)220kV沙田變、500kV邕州變的主變油中氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)施情況，總結(jié)了通過(guò)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估變壓器絕緣狀態(tài)的經(jīng)驗(yàn)，就試點(diǎn)變壓器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況及故障診斷和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，對(duì)安裝在試點(diǎn)變電站的主變油中氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與常規(guī)檢測(cè)法得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行考驗(yàn)表明，MGA2000-6系列在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行較為可靠、測(cè)量數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，能較正確地反映變壓器的絕緣和運(yùn)行狀況，據(jù)此可合理制訂主變停電計(jì)劃，同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了存在的一些不足和可改進(jìn)之處。
關(guān)鍵詞：變電站，變電設(shè)備，狀態(tài)檢修，定期檢修，在線監(jiān)測(cè)
1概述
1.1變電站實(shí)施變壓器油色譜故障診斷的現(xiàn)實(shí)意義
電力變壓器不僅屬于電力系統(tǒng)中最重要的和最昂貴的設(shè)備之列，而且也是導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故最多的設(shè)備之一，因此，國(guó)內(nèi)外不僅要定期作以預(yù)防性試驗(yàn)為基礎(chǔ)的預(yù)防性檢修，而且相繼都在研究以在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的預(yù)知性維護(hù)策略，以便實(shí)時(shí)或定時(shí)在線監(jiān)測(cè)與診斷潛伏性故障或缺陷。變壓器在發(fā)生突發(fā)性事故之前，絕緣的劣化及潛伏性故障在運(yùn)行電壓下將產(chǎn)生光、電、聲、熱、化學(xué)變化等一系列效應(yīng)及信息。
大型電力變壓器中的變壓器油與油中的固體有機(jī)絕緣材料在運(yùn)行電壓下因放電、過(guò)熱、氧化和電弧等多種因素作用會(huì)逐漸變質(zhì)，裂解成低分子的故障特征氣體；變壓器內(nèi)部存在的潛伏性過(guò)熱或放電故障又會(huì)加快產(chǎn)氣的速率。隨著故障的緩慢發(fā)展，裂解出來(lái)的氣體形成氣泡在油中經(jīng)過(guò)對(duì)流、擴(kuò)散作用，就會(huì)不斷地溶解在油中。同一類(lèi)性質(zhì)的故障，其產(chǎn)生的氣體的成分、含量及增長(zhǎng)速率量與故障的與變壓器內(nèi)部故障的類(lèi)型及故障的嚴(yán)重程度有密切關(guān)系，而與絕緣油的種類(lèi)和牌號(hào)無(wú)關(guān)。油中溶解氣體的組分和含量在一定程度上反映出變壓器絕緣老化或故障的程度，可以作為反映電氣設(shè)備電氣異常的特征量，通過(guò)監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解的故障特征氣體，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)部故障的在線監(jiān)測(cè)[1,3]。
油色譜分析法是將變壓器油取回到實(shí)驗(yàn)中用色譜儀進(jìn)行分析，不僅不受現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁場(chǎng)的干擾，而且可以發(fā)現(xiàn)油設(shè)備中一些用介損tg和局部放電法所不能發(fā)現(xiàn)的局部性過(guò)熱等缺陷。因此，維護(hù)、運(yùn)行部門(mén)普遍認(rèn)為用色譜法分析變壓器故障是一種重要的有實(shí)際意義的方法，其有效率可達(dá)85%以上，從預(yù)防性檢修制形成以來(lái)，得到了廣泛的使用[4]。
對(duì)于變壓器油中溶解氣體色譜分析的在線監(jiān)測(cè)方法，雖然仍以油中溶解氣體為反映故障的特征量，但它是直接在變壓器現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)油色譜的定時(shí)在線智能化監(jiān)測(cè)與故障診斷。這樣，不僅可以及時(shí)掌握變壓器的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)和跟蹤存在的潛伏性故障，并且可以及時(shí)根據(jù)專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)故障自動(dòng)進(jìn)行診斷，以便運(yùn)行人員迅速作出處理；同時(shí)，可以降低常規(guī)油色譜分析法的誤差，提高故障診斷的可靠性；可以在主控室對(duì)變電站每臺(tái)主變的油色譜分析進(jìn)行巡回在線監(jiān)測(cè)；根據(jù)需要，還可以實(shí)現(xiàn)反映變壓器電氣異常的多特征量的在線智能化監(jiān)測(cè)和對(duì)故障綜合評(píng)判診斷，以及與變電站其它在線監(jiān)測(cè)與診斷裝置聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站運(yùn)行工況的在線智能化監(jiān)測(cè)與診斷；采用在線監(jiān)測(cè)裝置在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上都有顯著的優(yōu)勢(shì)，既提高了變電站運(yùn)行的管理水平，又可為從預(yù)防性檢修體系過(guò)渡到預(yù)知性檢修體系奠定基礎(chǔ)[2]。因此，變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)我們變電站維護(hù)、運(yùn)行部門(mén)具有重要的實(shí)用價(jià)值。
圖1.1狀態(tài)檢修與定期計(jì)劃?rùn)z修間的關(guān)系
1.2主要研究?jī)?nèi)容
建立以設(shè)備為中心，以常規(guī)變壓器油色譜試驗(yàn)項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)、歷史為對(duì)比依據(jù)，建立現(xiàn)場(chǎng)變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，初步找到實(shí)現(xiàn)主變壓器狀態(tài)檢修的途徑，提出初步實(shí)現(xiàn)主變壓器狀態(tài)檢修的方法。對(duì)南寧電網(wǎng)沙田、邕州和安城試點(diǎn)變電站的主變壓器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況及故障診斷和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過(guò)技術(shù)監(jiān)督管理信息系統(tǒng)，對(duì)收錄的2007-2009年變電設(shè)備油氣常規(guī)離線檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得出主變壓器是否存在故障的結(jié)論的正確性。分析常規(guī)離線檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)間數(shù)值偏差產(chǎn)生的原因，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)離散性是否如何，總烴及各組份含量變化趨勢(shì)是否一致，在線監(jiān)測(cè)結(jié)果誤差是否達(dá)到工程應(yīng)用和規(guī)程的要求，主變油色譜在線監(jiān)測(cè)是否有取代常規(guī)離線檢測(cè)的可能性。
1.3國(guó)內(nèi)外油色譜在線監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀
雖然電氣設(shè)備定期停電試驗(yàn)的預(yù)防性檢修制對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行起了重要作用，但因不能實(shí)時(shí)反映絕緣運(yùn)行狀態(tài)，常有潛伏性故障在試驗(yàn)周期內(nèi)引發(fā)事故，不能滿足國(guó)計(jì)民生對(duì)供電高可靠性的要求，并且停電試驗(yàn)還間接造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)可以克服常規(guī)油色譜分析的不足，實(shí)現(xiàn)油中溶解氣體定時(shí)在線智能化監(jiān)測(cè)與故障診斷，可及時(shí)掌握變壓器的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)和跟蹤潛伏性故障，及時(shí)掌握變壓器的健康狀況，為變壓器的可靠運(yùn)行提供保障。以在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢修策略逐步取代預(yù)防性檢修制已是必然趨勢(shì)。
目前大型電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)原理及方法的系統(tǒng)研究，解決了現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾下弱小信號(hào)的采集、多種特征量提取、故障分類(lèi)及模式識(shí)別、綜合智能化診斷、以電力地理信息系統(tǒng)構(gòu)建電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷等關(guān)鍵技術(shù)。美國(guó)、日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家在六、七十年代就開(kāi)始使用可燃性氣體檢測(cè)裝置來(lái)測(cè)定變壓器油中的氣體以判斷變壓器的絕緣狀態(tài)，并且開(kāi)始使用氣相色譜儀分析油中溶解氣體。后來(lái)，隨著能使油中氣體分離的高分子塑料滲透膜的發(fā)明和應(yīng)用，研制成功了油中氣體分析的在線監(jiān)測(cè)裝置。形成變壓器的早期故障監(jiān)測(cè)器。
寶雞供電局早在70年代初期，就針對(duì)開(kāi)關(guān)提出了當(dāng)時(shí)稱(chēng)之為彈性檢修的檢修模式。80年代以來(lái)我國(guó)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，電科院、西交大結(jié)合油中氣體分析開(kāi)展了用于絕緣診斷的專(zhuān)家系統(tǒng)的研究工作。自1985年以來(lái)由電力部主持先后三次召開(kāi)了“全國(guó)電力設(shè)備絕緣帶電測(cè)試設(shè)計(jì)技術(shù)交流會(huì)”，進(jìn)行了廣泛的學(xué)術(shù)交流和討論。寶雞供電局從89年開(kāi)始，先后在開(kāi)關(guān)、變壓器、送電線路、繼電保護(hù)、自動(dòng)化、通訊等六個(gè)專(zhuān)業(yè)開(kāi)展了狀態(tài)檢修工作的探索，他們90年就將預(yù)試周期由一年調(diào)整到兩年，2000年又調(diào)整到3年。開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修后，開(kāi)關(guān)正確動(dòng)作率100％，開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢修的整體效果是好的，依靠大修發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)重大缺陷的幾率為0，開(kāi)關(guān)定期檢修事倍功半。變壓器大修缺陷檢出率較低，所發(fā)現(xiàn)缺陷均為廠家質(zhì)量問(wèn)題，如果廠家質(zhì)量得到控制，則定期大修工作完全不必要。兩年一次的預(yù)試發(fā)現(xiàn)缺陷的幾率也較低，說(shuō)明頻繁預(yù)試付出的無(wú)用功比例太多，預(yù)試周期還可以延長(zhǎng)。考慮到停電副作用因素，延長(zhǎng)周期后設(shè)備的可靠性增加了大連供電局從90年代初就大膽提出并開(kāi)展了狀態(tài)檢修，他們提出從10kV系統(tǒng)全面鋪開(kāi)，66kV系統(tǒng)大膽試行，220kV系統(tǒng)慎重對(duì)待。94年就大連電業(yè)局制定了《供電設(shè)備狀態(tài)檢修規(guī)定》，廣州供電局、鄭州電業(yè)局、宜昌供電局等許多供電局也開(kāi)展了多年的狀態(tài)檢修工作，積累了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，2003年中電聯(lián)制定《供電設(shè)備狀態(tài)檢修導(dǎo)則》，南方電網(wǎng)公司2004年制訂了《輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》。
隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的深入、在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的普遍運(yùn)用，開(kāi)發(fā)的單一或多參量多功能在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的系列成果已由企業(yè)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，在全國(guó)電力及工礦企業(yè)的100多個(gè)35-500kV變電站投入使用，成功預(yù)警多起絕緣故障，延長(zhǎng)了預(yù)防性試驗(yàn)周期，社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)效益顯著。
1.4南寧電網(wǎng)的電網(wǎng)特點(diǎn)
1.4.1南寧電網(wǎng)特點(diǎn)分析與狀態(tài)檢修要求
至2008年6月，南寧電網(wǎng)變電站有：500kV變電站1座，主變3臺(tái)（含500kV平果變＃2主變），容量為500MVA；220kV變電站8座，主變16臺(tái)，容量2310MVA；110kV變電站32座，主變59臺(tái)，容量2280MVA；35kV變電站3座，變壓器4臺(tái)，容量23.6MVA。我局?jǐn)嗦菲骺倲?shù)為1285臺(tái)，隔離開(kāi)關(guān)2890臺(tái)（其中，10kV隔離開(kāi)關(guān)829臺(tái)），其中，500kV斷路器11臺(tái)，220kV斷路器67臺(tái)，110kV斷路器172臺(tái)，GIS斷路器間隔37臺(tái)，35kV斷路器197臺(tái)，10kV斷路器823臺(tái)，6kV斷路器15臺(tái)；其中，六氟化硫數(shù)量達(dá)414臺(tái)，真空斷路器數(shù)量達(dá)799臺(tái)，無(wú)油化率由2004年底的66%提高無(wú)油化率提高到08年6月的94.40%。
南寧電網(wǎng)變電設(shè)備的運(yùn)行主要由變電運(yùn)行管理所負(fù)責(zé)運(yùn)行，檢修主要由變電維護(hù)管理所進(jìn)行，基本按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行定期檢修為主，至2009年4月，已在220kV試點(diǎn)沙田變（#1、#2、#3）、林村變（#1、#2、#3）、瑯東變（#1、#2）、五一變（#1、#2）、500kV試點(diǎn)邕州變（#2變、5043防邕線高抗）、110kV試點(diǎn)數(shù)字化楊丁變（#1）的17套主變油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在110kV橫縣變、明陽(yáng)變、蘇琴變的避雷器等少<
