试谈在线监测技术应用
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【摘 要】 在线监测包含了运行中的被测对象、测试方法及装置、测试项目和特征量，以及故障类型与所测特征量相关规律的诊断技术等，对电力设备的使用维护，提高变压器的综合管理水平，降低事故风险率，发挥着重要的意义。
【关键词】 变压器 在线监测
1 在线监测技术的发展基础
由于大型电力变压器设计、制造、材料质量和运行等诸多方面的原因，设备的恶性事故和故障时有发生，严重影响了电网的安全稳定运行（全国每年大约发生几十起大型电力变压器事故）。另外由于电网扩大，设备增多而备用量不足，安排停电试验有时非常困难。随着无人值班变电站的增多，希望在对站内设备的各种运行参数的自动测量和控制的同时，增加对设备运行可靠性方面的监测手段。同时，不少运行部门已开始实施状态检修与周期性检修相结合的检修原则，而状态检修的一个重要方面是了解设备运行中存在的缺陷及其严重程度。在运行中实时检测，了解设备状态，做到心中有数。为确保变压器类充油电力设备的安全运行，实施在线监测随时监视设备运行情况，一旦问题发展可及时退出，最大限度地利用这些设备的剩余寿命，及时发现设备的故障隐患，防患于未然。
几十年来，随着电力系统的日益发展，对供电可靠性的高要求与不尽人意的设备故障之间的矛盾愈加突出，从最原始的带电试验开始到近十年来测试技术和测试装置的发展和逐步完善，为在线监测提供了必要的条件。反之又从实施监测过程中不仅体会到减少设备停电时间，节省停电试验在人力、物力上的费用，减少因试验操作不当的事故，还从中逐步积累了在线监测经验，进而促进在线监测技术提高的良性循环。
2 对在线监测实效的评估
（1）在线监测包含了运行中的被测对象、测试方法及装置、测试项目和特征量，以及故障类型与所测特征量相关规律的诊断技术等，涉及诸多方面的内容，对其效果的评价要按具体情况分析。特别是一些尚不过关的产品作为商品推广使用，将会逐渐暴露出问题。但有一点需要取得共识的是：使用在线监测，不论装置多么可靠，并不能杜绝设备事故的发生。这主要是由故障性质所决定的。
运行中电力变压器设备的故障有三种类型。第一种是缓慢发展的故障：通过定期的试验（例如对变压器定期取样作油中溶解气体分析）能发现故障的存在，有足够的时间进行观察、研究和处理。第二种是急剧发展的恶性事故：事先没有明显的征兆，在很短的时间内发展为严重事故，例如变压器匝间绝缘的某些缺陷，在潜伏阶段由于匝间电压不高，绝缘的劣化过程表现不明显或者根本没有外部表现，而一旦形成 短路，就会变成电弧通道，立即引起事故。第三种故障介于上述两种类型之间：事故的发展有一个过程，这个过程可能在两次定期试验之间，如采用在线监测技术就有可能及时发现，经一段时间的观察和研究，采取适当的措施可以避免事故的发生。
另外，对在线监测的技术要求与产品本身质量检验手段不同，对其试验要求及判据应区别对待。在线监测的目的是发现发展中的重大缺陷，由此确定的监测技术与判据更具实用性，如并不把提高测量精度放在首要位置。
（2）在线监测故障气体的同时，可接入其它外部传感器信号，如：负荷电流、电压、环境温度、油箱顶部油温，主油箱压力释放，瓦斯保护动作等，管理可能存在潜在故障的变压器，监测故障演变，在后端进行综合处理，采取及时有效的防护措施，以便对变压器实施全面的管理与看护。减少和避免非计划停运时间，延长设备的使用年限。
（3）以下是一个在线监测处理的实例：
SFZ-750000/110升压变、2002年3月出厂。2008年5月20日轻瓦斯保护动作，经取气鉴定为无色、无味、不可燃气体。故障开始几小时，每隔1小时左右轻瓦斯保护就动作一次，随后每10～30分钟轻瓦斯动作一次，每次产气500mL。故障前油中气体和水分分析结果见表1.从6月份开始含水量逐渐增大，氢气、甲烷、乙烷、乙烯也有增加。继电器动作后，对气体及本体油进行色谱、含水量、耐压等分析，结果认为不存在内部故障，主要是外部进气所致。为了消除外部进气，采取的堵漏和检漏措施如下：1）将所有法兰、阀门、蝶阀检查紧固一遍；2）用玻璃泥抹在法兰、阀门、蝶阀等处以堵漏；3）将冷却器分别一组一组地停用，停用时间1～2小时。对潜油泵入口等负压区重点检查。通过检查发现了第4组冷却器潜油泵入口处有渗漏，但停用第4组后较长时间，轻瓦斯保护仍频繁动作。
经过上述处理，并没有消除外部进气，为了防止重瓦斯保护误动，派人在现场监视，及时放气，并对气体进行鉴定和色谱分析。
一周后计划小修、主变消缺，具体做法如下：1）对变压器进行静压检漏，静压为0.04Mpa.检漏并没有找到明显的泄漏点，如果负压区进气，静压0.04 Mpa时可能查不出渗漏。2）更换主变所有出口阀门、法兰、蝶阀等密封垫，发现部分蝶阀密封垫有老化现象。3）对潜油泵进行全面检查。4）更换净油器所有硅胶。5）对绝缘油进行真空脱气、脱水滤油。最后测定含气量3%左右，含水量在25ppm以下。6）对冷却器解体大修后，进行泵压试验，试验压力为0.14～0.15Mpa。7）工作结束后，进行变压器的各项试验，均正常。
该变投运后一直正常。认为变压器因外部进气引起轻瓦斯频繁动作，进气部位不止一处。运行中停用冷却器检查，因为时间较短，油中已有不少气体而没有找出泄漏点。
分析：油中气体分析既是定期性试验项目，又是检查性（如瓦斯继电器动作后）试验项目，但一旦发现有异常时，很难作进一步确诊。为了查明是否存在故障、故障的部位及严重程度，确定处理方法（如是否需要立即停运），以便为检修提供更详细可靠的依据，为此就要进行相应的试验。利用油中气体分析，不仅是对一些突发性故障难以发现，也有一些缓慢发展的故障，如绝缘受潮未引起油纸绝缘在电、热作用下分解时，有些故障原因未与流动的油直接接触而得不到反映，因此还需要其他一些试验监测手段相配合。
3 结语
在线监测方法，在技术上非常成熟，已经成功地预防了很多变压器的严重事故。变压器在线检测与诊断系统可以克服传统气相色谱分析及其它气体检测技术在应用于在线检测上的不足，实现真正的在线检测、分析、诊断，为管理者提供及时、准确、连续的决策依据。变压器在线监测与诊断系统，以其先进的测量技术，稳定可靠的元件工艺水平，及时准确的数据反应，通过其后端强大的人工智能专家分析软件，提供了比传统气相色谱更及时、准确和丰富的数据，对于提高变压器的综合管理水平，降低事故风险率，提高变压器状态检修水平都有重要的意义。目前，利用这一关系监视充油电力设备的运行状况，判断充油电力设备内部故障，已成为电力系统对充油电力设备进行监督，保证电网安全运行不可缺少的手段。
参考文献：
[1]《电气工程》.强十渤，程协瑞.
[2]《电力变压器》.辽宁科技出版社.
[3]《电力变压器的使用与维护》.中国电力科学院.