毛志平，陳力耕，武劍利

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司檢修公司，湖南長(zhǎng)沙410004)

換流變、平抗等大型充油設(shè)備在直流輸電系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是運(yùn)維人員關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)?yè)Q流站換流變、平抗故障的發(fā)生，越發(fā)凸顯早期故障預(yù)測(cè)的重要性。早期故障預(yù)測(cè)裝置能夠在線對(duì)換流變、平抗內(nèi)部特征氣體進(jìn)行采集、分析，提前反映設(shè)備內(nèi)部故障并進(jìn)行告知。

1 裝置概述

鵝城換流站換流變、平抗等大型充油設(shè)備早期故障預(yù)測(cè)裝置是H201 Ti在線氣體分析裝置，用于在線監(jiān)測(cè)變壓器油中氣體含量。

1.1 裝置原理

早期故障預(yù)測(cè)裝置安裝在每臺(tái)大型充油設(shè)備冷卻器總出油口處，裝置傳感器中有一層具有選擇性的高分子薄膜，變壓器油中的 H2，CO，C2H4，C2H2等4種氣體通過(guò)滲透膜進(jìn)入電化學(xué)氣體監(jiān)測(cè)器內(nèi)，在該處與空氣中的氧進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)與反映量成比例的電信號(hào)，以數(shù)字形式顯示，單位為mg/L，反映到顯示屏上以供運(yùn)維人員讀取油中混合氣體濃度值。

1.2 裝置檢測(cè)量及其故障判斷

早期故障預(yù)測(cè)裝置能夠?qū)ψ儔浩饔椭械腍2，CO，C2H4，C2H2等4種氣體的總量進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量值與上述氣體含量對(duì)應(yīng)關(guān)系即:

測(cè)量值 =100%H2+18%CO+8%C2H2+1.5%C2H4

該裝置主要通過(guò)檢測(cè)油中產(chǎn)生的異常氣體混合物讀數(shù)偏離基數(shù)的速度，預(yù)測(cè)換流站內(nèi)大型充油設(shè)備的故障。氣體采樣周期為10 min一次，在線進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)測(cè)量值達(dá)到250 mg/L時(shí)發(fā)氣體異常報(bào)警，反映在運(yùn)行人員工作站中，通知運(yùn)維人員。

該裝置測(cè)量值可反映出故障可能部位，見表1。

2 歷年數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析

運(yùn)行人員每半月抄錄一次全站變壓器設(shè)備早期故障預(yù)測(cè)裝置讀數(shù)。對(duì)鵝城換流站全部在用換流變和平抗設(shè)備近4年的在線氣體分析讀數(shù)，按年進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其變化趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)如圖1-4。

圖4 2012年測(cè)量值變化趨勢(shì)圖

分析歷年數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律:

1)歷年來(lái)最大氣體含量一直都為極ⅠY/DC相和極ⅠY/Y-A相換流變。

2)歷年來(lái)各設(shè)備在線氣體含量讀數(shù)走勢(shì)基本相同，都為向上趨勢(shì)，其中8月前向上走勢(shì)較緩慢，8月后上升趨勢(shì)加大，11月過(guò)后有下降趨勢(shì)，是由于環(huán)境溫度及負(fù)荷的變化引起。

3)各設(shè)備氣體含量排名變化不大，基本穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)變化較其它快或慢的現(xiàn)象 (圖3，4中出現(xiàn)的較大波動(dòng)是由于早期預(yù)測(cè)裝置本身故障導(dǎo)致)。

同一臺(tái)換流變的歷年數(shù)據(jù)對(duì)比情況如圖5所示(以極ⅡY/D-B相換流變?yōu)槔?。發(fā)現(xiàn)規(guī)律:換流變平抗等設(shè)備的氣體含量每年都在穩(wěn)定增加，平均以每年20 mg/L的速率增長(zhǎng)，其它含量達(dá)到250 mg/L估計(jì)需2年左右時(shí)間，即2014年左右，極ⅠY/D-C相和極ⅠY/Y-A相換流變?cè)诰€氣體分析讀數(shù)將達(dá)到250 mg/L的報(bào)警值。

圖5 極ⅡY/D-B相換流變歷年在線分析數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖

上述數(shù)據(jù)變化規(guī)律符合設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，隨著換流變、平抗服役時(shí)間加長(zhǎng)，在未進(jìn)行過(guò)濾油的情況下，油中氣體必將不斷累積。

3 存在的問(wèn)題及優(yōu)化措施

3.1 測(cè)量值每年遞增，必然達(dá)到報(bào)警

前文趨勢(shì)分析中可知，換流變平抗等設(shè)備的氣體含量每年穩(wěn)定增加，按此趨勢(shì)，達(dá)到報(bào)警值250 mg/L是必然。

3.1.1 目前存在的問(wèn)題

1)由于一個(gè)極所有變壓器的在線氣體分析裝置共用一個(gè)告警，當(dāng)某臺(tái)變壓器的在線氣體分析裝置讀數(shù)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)報(bào)警 (不會(huì)導(dǎo)致跳閘)，且該報(bào)警將長(zhǎng)期存在，這樣將掩蓋該極其它變壓器的該類報(bào)警提醒運(yùn)行人員，必須現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)監(jiān)視。

2)在線氣體裝置報(bào)警后，為真實(shí)掌握換流變油的情況，運(yùn)維人員必須開展油色譜分析，并持續(xù)進(jìn)行跟蹤，無(wú)疑增加了運(yùn)維人員工作量。

3.1.2 改進(jìn)措施

1)在線氣體分析讀數(shù)達(dá)到報(bào)警值前，將換流變和平抗進(jìn)行集中濾油，降低在線氣體分析裝置測(cè)量的讀數(shù)。

2)對(duì)在線氣體分析讀數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，延時(shí)其達(dá)到報(bào)警值的時(shí)間，或更改其報(bào)警定值，將250 mg/L更改為300 mg/L或更高。

3.2 早期預(yù)測(cè)裝置

3.2.1 充油設(shè)備早期預(yù)測(cè)裝置報(bào)警單一

1)當(dāng)采集到的在線氣體分析讀數(shù)大于或等于250 mg/L時(shí)，發(fā)出“Hydan Gas abnormal” (在線氣體不正常)，小故障報(bào)警。

2)當(dāng)斷開在線氣體裝置電源，在線氣體讀數(shù)小于 -125 mg/L，或大于2 250 mg/L時(shí)，發(fā)出“minor faulty”(小故障報(bào)警)。

除此2個(gè)報(bào)警外再無(wú)其它報(bào)警。對(duì)于定值，僅有高設(shè)定段報(bào)警，無(wú)低設(shè)定段，且無(wú)突變報(bào)警，因此對(duì)于測(cè)量值的突變沒(méi)有任何報(bào)警。對(duì)于裝置，僅有“minor faulty”(小故障)報(bào)警，而沒(méi)有具體的故障信息，并且是和其它的傳感器故障共用的小故障報(bào)警，如果發(fā)生故障，無(wú)法直觀地了解故障原因。

3.2.2 存在的問(wèn)題分析

1)在線氣體分析定值報(bào)警僅有高設(shè)定段，無(wú)低設(shè)定段、無(wú)突變報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)裝置故障報(bào)警無(wú)法體現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)中，這樣無(wú)法監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)裝置是否有故障，且如果換流變內(nèi)部故障導(dǎo)致?lián)Q流變內(nèi)部氣體突然增加，在線氣體讀數(shù)突然增加且未達(dá)到報(bào)警值時(shí)，就不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理。

2)當(dāng)在線氣體裝置電源跳閘后，監(jiān)控系統(tǒng)僅發(fā)“minor faulty”，無(wú)其它報(bào)警，無(wú)法直觀反映到在線氣體裝置是否跳閘，需通過(guò)查看軟件和現(xiàn)場(chǎng)檢查才能確認(rèn)，不利于運(yùn)行人員及時(shí)判斷和處理故障。

3.2.3 改進(jìn)措施

1)在軟件里設(shè)定低設(shè)定段報(bào)警，日變化、月變化量突變報(bào)警，定值和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定一致，或單獨(dú)建立一套換流變?cè)诰€氣體監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)引入控制室，并具備報(bào)警和分析功能。

2)在軟件里設(shè)定由在線氣體裝置電源跳閘或裝置本身故障導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤時(shí)，加入“在線氣體裝置故障”報(bào)警事件記錄，和“minor faulty”一同報(bào)出。

3.3 早期故障預(yù)測(cè)裝置無(wú)對(duì)時(shí)功能

在線氣體分析裝置的時(shí)間是以該機(jī)器的時(shí)間為準(zhǔn)，沒(méi)有對(duì)時(shí)功能，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，會(huì)有很大偏差，需手動(dòng)定期進(jìn)行校對(duì)。建立一套換流變?cè)诰€氣體監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)引入控制室，進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)時(shí)，即可解決問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中分析換流變、平抗早期故障預(yù)測(cè)裝置相關(guān)報(bào)警及目前鵝城換流站換流變平抗充油設(shè)備故障預(yù)測(cè)裝置測(cè)量值的發(fā)展和變化規(guī)律，以便運(yùn)維人員進(jìn)行故障判斷時(shí)參考，保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社;2012.

〔2〕國(guó)家電網(wǎng)公司.直流換流站運(yùn)維技能培訓(xùn)教材—換流站運(yùn)行〔M〕.北京:中國(guó)電力出版社，2012.

〔3〕湖南省電力公司.500 kV鵝城換流站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程〔S〕.2012.

〔4〕瑞典ABB公司.H201 Ti在線氣體分析裝置說(shuō)明書〔R〕.2006.