2012大型电力变压器状态监测与诊断评估的研究进展

大型电力变压器状态监测与 诊断评估的研究进展张冠军2012年10月

目1 2 3 4 3 5 研究背景录第一代变压器智能化系统 智能电网需求—初步思考 第二代变压器智能化系统 第三代？共70页 · 第2页

目1 2 3 4 3 5 研究背景录第一代变压器智能化系统 智能电网需求—初步思考 第二代变压器智能化系统 第三代？共70页 · 第3页

电力设备运行过程中的故障与老化p 电力设备在运行中受到各种应力作用，在长期运行过程会逐 渐出现故障和老化。电力设备运行过程中应力分析使用寿命与应力之间的关系p 采用合适状态检修策略可以及时发现故障、延长其使用寿命。 ！！电力设备自身并不具备全面运行状态的反映功能。共70页 · 第4页

我国6类输变电设备可靠性指标(2001-2005)类别 电压等级 可用率 非计划停运 次数 时间180.4 4.6 25.6 0.8 0.6 12.8 785 12.6 83.4 142 1 14.6 38.2 1.8 8.6 27.8 0.6 2.2 1.92 6.43 9.13 0.158 5.718 5.444 0.95 0.56 3.41 0.088 0.068 0.466 0.084 0.028 0.076 0.044 0.004 0.016(2006-2010)可用率99.63 99.23 99.47 99.80 97.52 99.62 99.84 99.68 99.69 99.9 99.78 99.75 99.94 99.83 99.79 99.92 99.84 99.77非计划停运 次数 时间170 11.4 39 0.8 1.8 19.6 526.8 26.2 103.6 331 19 71.4 107.6 8.6 17.6 68.6 2.6 25.4 0.94 2.39 3.06 0.8 0.81 1.48 0.37 0.77 1.08 0.11 0.756 0.474 0.114 0.114 0.108 0.028 0.012 0.094 共70页 · 第5页变压器电抗器断路器电流互感 器 电压互感 器 避雷器220 99.23 330 98.84 500 98.87 220 99.59 变压器问题 330 99.89 最为突出！ 500 99.13 220 99.61 330 99.41 500 99.19 220 99.80 330 99.58 500 99.49 220 99.89 330 99.71 500 99.61 220 99.84 330 99.78 500 99.59

欧洲产电力设备设备的事故率(每百台年)设备名称变压器 断路器 电压互感器 电流互感器 组合互感器 有载分接开关 避雷器 隔离开关 接地刀闸110kV0.365 0.238 0.035 0.020 0.049 0.167 0.149 0.043 0.029220kV1.537 1.179 0.068 0.047 0.116 — 0.329 0.089 0.046380kV2.069 2.359 0.113 0.147 0.095 — 0.391 0.156 0.027共70页 · 第6页

电力系统运维现状—思考长期以来，国内外电网及其设备的运行管理分为两个层面：p 通过变电站自动化系统获得电网的运行信息(电压、电流、功率 等)和设备保护装置(称为二次系统)的信息，它们反映的是电网 的正常运行信息以及一些故障发生时和发生后的信息，通称为二 次信号，用于进行电网和设备的调度、保护、控制等。 p 对于电力设备本体(一次系统)的健康状况(一次信号)，国内外的 电力部门多年来普遍采用定期进行预防性试验(主要为停电离线 后开展)来掌握其信息以决定能否继续运行，存在需要停电、试 验真实性和实时性差等缺点。共70页 · 第7页

电力系统运维现状—思考p 随后，逐渐发展起了一些参数的在线监测和诊断技术，取得 一定经验和成效，部分解决了停电试验的一些缺点。需要指 出，在线(带电)检测并不能取代所有的停电、离线试验项目。 p 进一步提出了状态检修，基本思路是融合离线/在线获得各种 状态信息开展诊断和评估。 存在的问题：诸如检测的参数不全、各家自成系统、相互间 兼容性差、不能统筹考虑、有时需要改动设备而实施困难等 缺点，还不能保证全面、实时的反映设备的运行状况，缺乏 相应的标准，造成了很大的混乱。共70页 · 第8页

电力系统运维现状—思考一次和二次之间存在明确的设备和专业界限：p 设备界限 一次系统、二次系统 p 专业差异 电力系统及其自动化专业负责控制、调度； 高电压与绝缘技术、电机电器专业负责试验、维修共70页 · 第9页

目1 2 3 4 3 5 研究背景录第一代变压器智能化系统 智能电网需求—初步思考 第二代变压器智能化系统 第三代？共70页 · 第10页

第一代变压器智能化概念(01年提出，02年挂网)p 变压器在制造生产过程或现场运行后安装多种传感器； p 通过计算机系统统筹在线/离线数据进行综合分析、诊断； p 具有自动检测、自身状态诊断评估、甚至自动控制等功能， 实现变压器运维智能一体化。共70页 · 第11页

第一代变压器智能化系统—监测对象电力变压器： 三相三绕组 120MVA 220/110/35kV 强油风冷 有载调压 安装地点： 湖南衡阳电业局 麻塘变电站共70页 · 第12页

针对不同故障的检测方法分类p 过热、放电故障 p 套管故障 p 分接开关 p 冷却系统 p 绕组变形 p 绝缘受潮 p 固体绝缘老化 宜用色谱、热点温度、局部放电等 宜测套管电容、介损、取油样等 宜测开关温度、振动、电动机电流等 宜测温度、电动机电流 宜测短路阻抗、FRA、振动等 宜测绝缘电阻、介损、微水等 宜用糠醛、CO、CO2、介电响应试验等共70页 · 第13页

第一代变压器智能化系统—监测项目1－局部放电 2－油中气体 3－油中水分 4—套管绝缘性能 5－铁芯接地电流 6－运行电压/电流 7－油温及环温 8－绕阻热点温度 9－有载调压开关 10- 冷却器状态 11- 绕组变形⑦⑧ ⑨ ② ④⑤⑥11③⑦ ①10⑦共70页 · 第14页

第一代变压器智能化系统—系统结构变 压 器(数字量)RS232 接口多种新型传感器 (模拟量) 放大, 衰减, 滤波, 光电 本 隔离等电路(调理电路) A/D 采集卡、I/O卡 内部 总线由专家系统实现信息的存 储、显示、打印以及诊断分 析、报警等功能。前 台 计 算 机 系 统后台计算机系统 远程 计算 机系 统地 通 信信息流 控制流现场工控机主控室计算机共70页 · 第15页

传感技术之一 ——局部放电(PD)监测ll局部放电传感 器采用超高频 (UHF)局部放 电检测仪 通过专用阀门 插入安装在变 压器油箱底部共70页 · 第16页

U H F局部放电监测系统共70页 · 第17页

传感器置于变压器油箱内部 ——有效提高测量的信噪比和灵敏度 q 监测频带采用超高频段(UHF) ——有效躲开干扰信号，提高灵敏度 q 经过标定，测量局部放电的灵敏度为20pC，最小 值达10pC，甚至可达5pC q 可获得放电量q 、放电次数n与放电相位 之间的 谱图分布 q 可识别四种不同类型的局部放电（绝缘纸板表面 的放电、绝缘纸的放电、悬浮金属体引起的放电 与高电位下的金属尖端放电等）q共70页 · 第18页

传感技术之二——油中气体(DGA)监测（单气体） 油中溶解气体传感器 可选用单组分气体检 测仪，该仪器采用燃 料电池的工作原理， 建立起以H2为主的可 燃性气体量 (100%H2+18%CO + 8%C2H2+1.5%C2H4) 与输出电压的关系。共70页 · 第19页