安全管理中變壓器早期故障在線監(jiān)測

1 前言

變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，其狀態(tài)好壞，直接影響電網(wǎng)的安全進(jìn)行。由于變壓器在設(shè)計、制造、安裝和進(jìn)行維護(hù)等方面原因使絕緣存在缺陷，抗短路能力降低，因此近年來主變的事故較多，其中威脅安全最嚴(yán)重的為繞組局部放電性故障。根據(jù)國家電力公司對2001年全國110kv及以上主變事故的調(diào)查，得知繞組的事故占總事故臺數(shù)的74.6%（福建省網(wǎng)為80%）。因此，提高變壓器安全運(yùn)行的最主要任務(wù)是早期檢出繞組內(nèi)部的局部放電性缺陷。

目前變壓器在線監(jiān)測項(xiàng)目可分為油中氣體、水分和絕緣兩大類。絕緣監(jiān)測項(xiàng)目主要有介損、泄漏電流和局部放電，其中介損和泄漏電流只能反映總體絕緣狀態(tài)，難以檢出局部缺陷；而局部放電在線監(jiān)測的抗干擾技術(shù)尚未得到解決，因此，目前變壓器在線監(jiān)測在很大程度上是油中氣體和水分在線監(jiān)測。近年來，傳感器技術(shù)、微機(jī)技術(shù)和油氣分離技術(shù)得到迅速的發(fā)展，為變壓器在線監(jiān)測的實(shí)施創(chuàng)造了條件。

2 變壓器內(nèi)部局部放電的特點(diǎn)

眾所周知，任何事故都有一個產(chǎn)生、發(fā)展的過程，也就是從量變到質(zhì)變的過程。變壓器內(nèi)部局部放電，也有一個從電暈發(fā)展到爬電、火花放電，最后形成電弧放電的過程。其發(fā)展速度取決于故障部位和故障能量的大小。筆者分析了十幾年來發(fā)生的主變事故，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)數(shù)量的事故有幾個小時的發(fā)展過程，如1987年1月福建三明后山1號主變（220kv,90mva）因高壓b相屏樹枝狀放電引起的事故，2000年7月31日廈門嵩嶼電廠2號主變（220kv,370mva）因低壓角接線水平木支架絕緣缺陷引起的事故，以及2002年3月22日廣東大亞灣核電站2號主變c相低壓角接線的短路事故等，都有數(shù)小時的發(fā)展過程。如果選用對故障氣體響應(yīng)快的監(jiān)測裝置，使其在火花放電階段被檢出，則就有可能防止惡性事故的發(fā)生。

3 油中氫氣在線監(jiān)測局部放電性故障的必要性和可能性

變壓器內(nèi)部的絕緣油、紙、布、漆和木頭等絕緣材料都為碳?xì)浠衔锘蛱妓衔?，在分子結(jié)構(gòu)中碳?xì)滏I（c-h）最多，其鍵能最低，因此在分解時最容易斷裂；而氫氣的生成熱最小，因此在碳?xì)滏I斷裂后氫氣最容易生成，又因?yàn)闅錃獾姆肿影霃阶钚?，在油中的溶解度也最小，使氫氣最容易從油中析出后滲透過高分子模，使其以最快的速度集聚到檢測室。因此，選擇氫氣為監(jiān)測的對象應(yīng)是局部放電性故障早期檢出最理想的氣體。

有的人提出乙炔（c2h2）是放電性故障最具代表的特征氣體。這確實(shí)如此，但c2h2分子中有cc鍵，生成時必須吸收較大的能量，在局部放電的初期不可能產(chǎn)生，只有在火花放電后期才會有少量c2h2，但此時距電弧放電很近，惡性事故很快就會發(fā)生，即使這時被檢出，也沒有時間來采取防患措施，避免事故的發(fā)生了。

有的人提出，只監(jiān)測氫氣、水分不能進(jìn)行綜合判斷，而應(yīng)該監(jiān)測多組分才能作出診斷，這種想法也是很正常的，但是，我們應(yīng)該認(rèn)識到，在線監(jiān)測是運(yùn)行設(shè)備，要停運(yùn)不可能只靠油中氣體含量的診斷來決定設(shè)備立即停電！就是目前試驗(yàn)室的色譜分析，盡管所檢測的組分很多，判斷的方法很多，也很成熟，但當(dāng)檢出油中氣體含量異常后，也不可能立即下令停電！在線監(jiān)測的目的主要是對變壓器內(nèi)部故障起“哨兵”的作用，即在準(zhǔn)確檢出初期故障發(fā)出報警。為此，在線監(jiān)測裝置不僅要求連續(xù)在線，而且要求對故障氣體的響應(yīng)速度要快。若檢測多組分只能通過二個方法來實(shí)現(xiàn)：一為色譜法，這將帶來取樣、進(jìn)樣和色譜柱分離等過程，使檢測變成間斷進(jìn)行；二為用多個傳感器分別監(jiān)測各組分，因目前傳感器質(zhì)量不過關(guān)，近年內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)。通過上述分析，得知選擇連續(xù)監(jiān)測油中氫氣才是檢出早期局部放電故障的最佳方法。