在线监测系统在电厂变压器中综合应用浅析

学术论文 2017-09-22 11:04:07
    经济发展电力先行,随着经济的高速发展电力行业也在不断进步,大容量、高电压的发电设备不断地出现在人们的视野中。在电厂中承担着向外输送电能的主变其可靠性自然值得重点关注。在线监测系统能不停电监测,对事故早期有一定的预判作用。本文结合某电厂的实际案例来浅要分析一下在线监测系统在电厂变压器中的应用。
    在变压器常见的故障中可以分為内部故障和外部故障,本文主要分析介绍内部故障的一些常见监测方法。其中内部故障按不同的分类方式,可以分为内部主体部分故障和内部附件的故障、过热性故障和放电性故障(进水可以算是一种内部潜在故障划分到放电性故障里)、电路故障和磁路故障,而在实际运行中放电性故障比较常见,故本文主要讨论分析放电性故障的在线监测(一般性过热性故障不会产生乙炔,较严重的过热故障一般是由放电性故障发展、演变而来的)。
    某电厂主变由3台大容量单相变压器组成(3×417000kVA),冷却方式为强迫油循环风冷,中性点直接接地,调压装置采用无载调压方式,由国外某厂商设计、制造,2002年出厂,2003年投入运行,直到故障发生前未有明显征兆。2005年时此电厂主变A相线圈发生电弧放电,击穿绝缘材料,重瓦斯保护动作,相邻开关断开,故障后乙炔、氢气、总烃含量有着明显的升高,事后发现一定量的硅胶颗粒和碎末分布在油箱底部,对此电厂可靠运行造成了一定的冲击,更造成了一定的经济损失。无独有偶,在2008年4年一次的解体大修后此主变B相经检查维护合格后投入运行,突发了一次较大的事故,经检查为A柱高压绕组调压区线圈变形致X柱高,低压线圈之间发生主绝缘击穿并对地短路,其中主变B相油箱内部存在较多导致局部放电的异物是其放电的根本原因,此次故障造成了B相低压侧软连接和中性点、24kV母线有不同程度的烧毁以及一次非计划的停机事件。另外,此电厂A相换相后在2009年大修后又出现了内部局部放电的现象,同时也造成了一次非计划停机,严重危害了该电厂的经济效益。虽然此型号变压器存在一定程度的设计缺陷,但是其根本原因还是由于异物流动于油箱内各处并有一定的累积,使电场分布发生畸变从而造成较为严重的局部放电以致损坏设备。在随后的人工油色谱分析结果可以验证,局部放电的特征气体严重超标,但是由于没有在线监测系统,故无法识别早期故障,无法及时干预才导致上述事件的发生。此时引入变压器色谱在线监测设备就显得尤为重要了。
    功率运行时,变压器内的绝缘油以及绝缘材料在外界的作用下会产生一些少量的烃类气体,属于正常现象。判断变压器内部放电故障的特征气体是在线监测装置原理的根本,区别于正常运行时的烃类气体在故障时这些特征气体会大量、迅速地增加,故可以借鉴这些有价值的特征气体来预判事故的发生。例如:乙炔是绝缘油热分解的产物,一般烃类气体的不饱和度是随着裂解温度的增加而变化的,顺序一般是烷烃后是烯烃最后才是炔烃。所以,在设备的实际运行中一旦有乙炔产生,必须引起足够的重视,除此之外还要以氢气、一氧化碳、二氧化碳来判断是否是严重事故的前兆还是其他因素的影响(由于篇幅有限,各产气对应不同的故障就不一一阐述列举)。而现在普遍的气体在线监测原理就是基于特征气体透过油气分离装置经透气膜再流入复合色谱柱,被前置放大的检测信号传输到诊断系统来监测判断。
    在引进变压器色谱在线监测系统以后,此电厂又出现了几次较为典型的局部放电现象,但都由于发现及时而得到了有效遏制。通过在线监测各气体的含量能较好地判断其是否属于高能放电、是否需要停机检修,可以最大限度地在保证安全的情况下继续运行,保持了较好的经济效益。而该装置的缺点就是在乙炔含量较高的情况下运行较长时间后,通过油的流动,乙炔有可能在一些死角地带不会彻底析出,在故障处理完成后重新投入运行有时会产生误报警,这就需要运行人员在监盘时重点关注。
    变压器内部的放电故障一般危害性较大,需及早发现干预以免发生严重事故,除用变压器色谱在线监测系统监测外还可以加装局部放电在线监测装置监测故障点放电量的变化,更加准确直观地监视变压器的运行。
    局部放电在线监测系统常用的几种监测方法是光测法、射频检测法、超声波法、脉冲电流法。在上述电厂变压器中,加装的局部放电在线监测装置是脉冲电流法和超声波法两种结合实现检测的。简而言之,脉冲电流法就是通过安装在接地线或套管根部的CT检测局部放电引起的脉冲电流来获得故障点的放电量。超声波法就是通过在油箱壁或者变压器油中放置超声波探测器,若变压器内发生局部放电此时就会产生超声波信号,随着超声波的传播来实现放电信号的监测。上述的监测方法注定该装置在实际应用中存在以下的缺点:(1)在雨天时,容易造成信号的干扰,在某一些测点会存在持续较高的放电信号易造成误报警,需运行人员进行甄别。(2)如果在该变压器周围进行震动较大的施工作业,若误碰到超声波探测器有可能使其信号消失或显示不准,这就需要在管理上进行控制防范。但瑕不掩瑜,在2014年此电厂变压器A相出现了间歇性放电现象,原因是高压套管均压球与卡盘接触不牢加上长期运行时产生振动,最后导致该相均压球定位桩的烧毁。然而在此次事件中由于加装了色谱和局部放电在线监测装置,实时反映了变压器内部的故障,使该变压器在一定限度内长久地安全稳定运行,取得了良好的经济效益。
    此电厂在经过上述几次事件以后,目前运行情况稳定、良好。但是随着机组运行时间的增加,设备的老化和一些不确定因素的左右,设备的一些潜在隐患肯定会逐渐增大。所以,要在做好设备在线监测的同时,不断地演练应急响应预案,增加以在线监测系统数据为辅助决策的分析和管理程序,保证正常的机组运行,减小非计划停机的次数。综上所述,在线监测系统的加装对事故的预判和事故的跟踪还是很有指导意义的,值得推广和应用。
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