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            关于变压器绝缘在线检测装置的探讨  

据电力部门近年来对变压器事故的统计得知,全国110KV及以上变压器每年事故约有几十台,按损坏部位统计,发现有80%为绕组和引线的故障。这些设备的内部存在绝缘缺陷或抗短路能力差,当发生出口或近区短路或雷电冲击时,绝缘受损到一定程度后,便出现局部放电,甚至设备烧损!因些,只有将内部绝缘缺陷尽早检出,采取果断措施防止事故的发生,才能扭转目前变压器事故频发的被动局面。这就是安装在线监测装置的最主要目的。由于常规试验室色譜的检测周期为数月;而目前大部分在线监测装置的检测周期为24小时,或虽为连续监测,但其对故障气体的响应时间在35小时以上,因此对绕组内部的局部放电故障无法早期检出。

近来不少人深入分析了这类突发性故障的发生原因及发展过程,认为若短路时间短、短路电流不很大、冲击过电压不是很高,则从绝缘的受损→电晕→爬电→火花放电→电弧放电一般有2小时的发展过程,选择安装对故障气体的响应时间快的油中气体连续在线监测装置,故障便能在火花放电阶段之前被检出,为生产管理部门提供1.5小时左右的时间作综合诊断,采取有效措施,这样便有可能避免恶性事故的发生。

    摩根公司生产的CALISTO油中氢气水分监测装置自备强油循环泵,采用尼龙管束采集油中气体,使其对故障气体的响应堪称世界第一速度,在欧美应用很广,且有多台成功报警检出设备内部故障。

    某些在线监测仪,在国内虽应用多,但因其选用了1′或2′的平面透膜,油从变压器油箱壁自然扩散进入300mm左右长的3′管、阀门和1′或2′过渡管后与聚四氟乙烯透膜接触来采集油中气体,使得对故障气体的响应在数小时以上。因此,其对局部放电性故障无法早期检出。如福建省水口水电厂4号主变(240MVA/220kv)于1997924曰上午8.301030在空载运行时作发电机出口开关准同期试验,因多次合闸角度较大,对变压器多次冲击后,于10:56主变差动、重瓦动作而烧损。该在线监测仪到17:00后监测值才开始上升,滯后事故6小时。

 目前有些人对在线监测仪的作用、功能有误解,要求将其做成综合诊断系统,这样便失去早期检出局部放电故障的作用。为此,进行如下讨论,供参考:

1.为什么要求在线监测仪对故障气体的响应速度要不大于20分钟?

前面已述在线监测的最主要目的是要将局部放电性故障尽早检测出来。当绝缘受损产生电晕发展成电弧事故,一般在2小时左右。当在线仪发现油中气体异常报警后,生产管理部门需要有1.5个小时以上的时间进行综合诊断,采取有效措施,才有可能避免恶性事故的发生。因此,在故障气体产生20分钟后,监测仪就应发出报警,这样才能为综合诊断等提供必要的时间。

2.    在线监测仪检测的故障气体,在目前的技术条件下为什么只能是氢,而不宜多组分?

可以从以下三方面得到论证:

① 若测多组分,只有三种途经:

a) 采用多个传感器, 分别检测某一组分。因为CH4C2H6CH2H4C2H2这些烃类气体属于同系物,性质相近,目
        前的传感器技术还不能做出只对某一组分有响应的传感器,估计此方案在近几年内无法实现。

b)  应用红外或激光技术进行多组分监测。目前正在研究,由于价格昂贵、运行维护、工作量很大,难以推广。

c)  应用色谱柱分离后进行检测。目前国内外不少厂家采用此方案。由于要在油中气体采集之后进行取样→进样→
        色谱柱分离→检测的过程,约需
20分钟至1小时左右。这样便成了间断检测。虽然有的厂家可将检测周期设置为
        1
4小时,但因不是所有变压器都会有故障,更不会每年有故障。对于局部放电故障,持续时间只有2小时左
        右
, 按年计算其安全运行的时间在99.98%以上。虽然有缩短周期的设置,但现场无法实施。因此用色谱法,难
        以将局部放电性故障早期检出。

乙炔是放电性故障最具代表性的气体,因此有些人提出,应将其作为在线监测仪的监测组份。这种想法虽很好,
       但因只对乙炔有响应的传感器的检测灵敏度在
3ppm左右,乙炔从油中渗透扩散到气室的速度较慢。对于匝间故障
       产生这么多的乙炔时,距电弧放电已很近,即使发出报警也为时已晚矣!

③  国内外都公认,油中氢气的明显增长是局部放电故障的征兆,这是因为变压器内部的油和纸、布、漆等绝缘材
        料都是碳氢化合物或碳水化合物,在受热和电作用下发生分解时,氢气最早生成。因此,在内部故障的判断方
        法中,都将氢气的含量作为其中的判据之一。另由于氢在油中的溶解度很小,分子量和分子半径也极小,因此
        最容易流动扩散,透过渗透膜而集聚在气室,使监测仪对故障的响应时间大大提前。这样便有利于对局部放电
        性故障的早期检出。

3. 为什么要进行油中水分的监测?

水是绝缘的天敌!变压器油中水分来自原油中残存、运行中外界侵入和纸绝缘老化产生等三方面。欧美发达国家非常重视油中水分含量的监测。我国近处来也发生过多起因油中水分过高引发的事故。因些,油中水分的在线监测,可以早期检出外界水分的侵入和纸绝缘的明显老化,从而提高大型主变的可靠性,对提高变压器的安全运行起到积极的作用。  

 4.  油中气体在线监测装置是变压器内部故障的“哨兵”,而非综合判断的“指挥所”。

如前所述,要扭转目前变压器放电事故较多的被动局面,除在运行中尽量减少近区短路和过电压冲击外,还应立足将放电性缺陷在火花放电之前检测出来。油中氢气的明显增长,虽不一定内部都有放电故障,但可以提示运行人员了解到设备内部有异常,应立即汇报!生产管理部门得知后,立即组织有关人员进行综合分析,若确定内部存在局部放电缺陷,则应采取果断措施,防止事故的发生。就好像2003年初我国发现非典役情时,每个人都需测量体温,但只对37.5°C以上的人士作进一步诊断,这样就把99.9%以上的人排除在外。若每个人都到医院诊断,势必使真正的“非典”患者得不到及时就诊。因此,油中气体在线监测装置只能是内部故障的“哨兵”,而不能做成综合判断的“指挥所”,否则将耽误“战机!”

 

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