姜?jiǎng)P翔

（西山煤電集團(tuán)公司發(fā)電分公司， 山西 太原 030053）

杜兒坪礦是一座年產(chǎn)500 萬(wàn)t 的現(xiàn)代化礦井，杜兒坪礦井下生產(chǎn)、運(yùn)輸以及地面風(fēng)機(jī)房的供電電源全部來(lái)自杜兒坪礦110 kV 變電站，杜兒坪礦110 kV變電站的運(yùn)行安全直接影響著井下人員的安全。杜兒坪礦110 kV 變電站站內(nèi)有2 臺(tái)容量63 MW、電壓等級(jí)110 kV/35 kV/6 kV 變壓器，變壓器是整個(gè)變電站的核心供電設(shè)備，其安全運(yùn)行對(duì)礦井安全生產(chǎn)至關(guān)重要，但是變壓器是一種殼體設(shè)備，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和安全隱患都是較難直觀發(fā)現(xiàn)，通常都是按照每年固定的預(yù)防性試驗(yàn)來(lái)確定其運(yùn)行狀態(tài)，但是故障的發(fā)生往往具有不確定性，不能上一次的檢查情況判斷當(dāng)前的狀態(tài)，因此構(gòu)建和完善變壓器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及簡(jiǎn)單故障診斷、預(yù)警系統(tǒng)對(duì)杜兒坪礦有著極其重要的意義。當(dāng)前油浸式電力變壓器的油質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)是作為保障變電站安全運(yùn)行的重要研究方向，其通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析油中特征氣體含量進(jìn)行分析，再結(jié)合變壓器的出廠參數(shù)、定值參數(shù)等數(shù)據(jù)，利用智能算法進(jìn)行故障分析，在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示檢測(cè)情況和發(fā)出告警，讓運(yùn)行人員進(jìn)行分析判斷故障點(diǎn)和進(jìn)行應(yīng)急操作，為變電站的安全提供了重要依據(jù)，因此杜兒坪礦110 kV 變電站選取了型號(hào)為GTCA-3600 的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，滿足對(duì)變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)的要求。

1 GTCA-3600 油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

杜兒坪礦110 kV 變電站選用的GTCA—3600油質(zhì)系統(tǒng)是電力行業(yè)內(nèi)比較先進(jìn)的一款油色譜分析產(chǎn)品，它可以同時(shí)監(jiān)測(cè)單氫、多組份、全組份油中溶解的故障氣體量，在線分析運(yùn)行中變壓器油的微水的含量是它的特色功能；該套在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)速度快，能夠在檢測(cè)的同時(shí)與上次檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，做出增長(zhǎng)還是下降判斷，然后與系統(tǒng)中設(shè)置好的報(bào)警閥值進(jìn)行對(duì)比，如差值超過(guò)規(guī)定范圍則會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)來(lái)提醒運(yùn)行人員有故障需處理，降低了變壓器大事故發(fā)生概率。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，油質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還能夠記錄故障時(shí)變壓器油中甲烷、乙炔等氣體含量，為技術(shù)人員判斷故障原因提供重要參數(shù)。

2 GTCA—3600 變壓器油質(zhì)色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氫氣、一氧化碳、乙烯、二氧化碳等氣體濃度和同比上一周期增長(zhǎng)率，并在線傳輸至后臺(tái)機(jī)。

2）該系統(tǒng)分析周期短，最短周期為1 h，最長(zhǎng)不超過(guò)30 d，可根據(jù)需要自行設(shè)置。

3）該系統(tǒng)循環(huán)采樣變壓器油，這樣不會(huì)造成變壓器油的損失，省去因采樣需要補(bǔ)油的工作。

4）該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在真空環(huán)境及磁力攪拌方式下進(jìn)行快速分離油和氣體，大大穩(wěn)定脫氣率。

5）該系統(tǒng)使用專利冷阱技術(shù)，使油氣污染徹底清除，使所用設(shè)備壽命長(zhǎng)且真正實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

6）該系統(tǒng)使用專用高性能單一色譜柱，系統(tǒng)檢測(cè)的可靠性大大提高，適用于戶外變壓器運(yùn)行。

7）該系統(tǒng)使用先進(jìn)的MEMS 集成傳感器技術(shù)，檢測(cè)靈敏度高，壽命增長(zhǎng)，傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

8）該系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以提供互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸，能夠做到遠(yuǎn)程查詢和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

9）該系統(tǒng)可以做到故障氣體特性曲線的自動(dòng)捕捉峰值圖，并可以與原始譜圖對(duì)比分析。

10）該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多數(shù)據(jù)顯示和查詢方式的多樣化，可將數(shù)據(jù)自動(dòng)生成報(bào)表和趨勢(shì)圖的形式方便用來(lái)進(jìn)行分析，并提供專業(yè)的三比值法、大衛(wèi)三角法和立方體圖示法等多種故障診斷方法。

此外該系統(tǒng)還有發(fā)現(xiàn)異常事件及時(shí)報(bào)警功能，而且配套在變壓器上的裝置安裝和維護(hù)都很簡(jiǎn)單，都可以進(jìn)行帶電設(shè)備整體安裝和操作，實(shí)用性大大增強(qiáng)，減少對(duì)變電器進(jìn)行的操作，節(jié)省了時(shí)間和成本。

3 GTCA—3600 變壓器油質(zhì)色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理

GTCA—3600 變壓器油質(zhì)色譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要工作原理是氣相色譜分析原理如圖1 所示，該原理檢測(cè)油中溶解氣體含量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。當(dāng)運(yùn)行中的變壓器發(fā)生內(nèi)部短路故障時(shí)，變壓器線圈還有連接引線就會(huì)發(fā)熱，變壓器油和其他絕緣物質(zhì)就會(huì)因受熱產(chǎn)生CH4、CO、C2H2等特征性氣體，與此同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一些其他氣體，比如氫氣、二氧化碳等。以上提到的各氣體在變壓器油中含量濃度的百分比與變壓器油中的可燃?xì)怏w的總濃度百分比（即國(guó)際統(tǒng)稱的TCG），這些氣體含量的變化是作為分析變壓器內(nèi)部故障點(diǎn)的主要判據(jù)。

當(dāng)GTCA-3600 變壓器油質(zhì)譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，油樣采集元件利用壓力差原理通過(guò)泵吸方式將油吸入其中，然后借助內(nèi)部油泵使采集到的油樣進(jìn)行循環(huán)，并導(dǎo)入到真空環(huán)境中進(jìn)行一定時(shí)間的磁力攪拌，隨后就可以快速達(dá)到油氣分離的效果，再經(jīng)過(guò)專業(yè)的冷阱技術(shù)分離排除雜質(zhì)后，使因變壓器故障而產(chǎn)生的指定氣體通過(guò)氣管導(dǎo)入至六通閥定量管中。在定量管中的這些因故障產(chǎn)生的各種氣體相互混合，最后在運(yùn)載氣體的帶動(dòng)作用下進(jìn)入專門的色譜柱，通過(guò)色譜柱對(duì)不同的氣體親和力的不同，能夠?qū)⒉煌卣鳉怏w進(jìn)行分離，進(jìn)而判斷出各種特征氣體的含量。

色譜柱分析出各種氣體及含量后，就需要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并以數(shù)據(jù)的形式展現(xiàn)在后臺(tái)機(jī)上以便運(yùn)行人員閱讀。接下來(lái)色譜柱吸入的氣體會(huì)按一定的出峰順序一一通過(guò)其敏傳感元件，氣體傳感器逐對(duì)它們逐一進(jìn)行檢測(cè)，各種特征氣體的含量百分比會(huì)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的信號(hào)。此時(shí)數(shù)據(jù)采集元件的核心部件CPU 會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理運(yùn)算，并存儲(chǔ)這些電信號(hào)。上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集獲取每日在線監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)。這些原始數(shù)據(jù)通過(guò)工控機(jī)的數(shù)據(jù)分析軟分析處理后，就能計(jì)算出各種氣體的分別含量百分比和總烴含量百分比。最后經(jīng)過(guò)后臺(tái)工控機(jī)的變壓器故障診斷系統(tǒng)軟件分析計(jì)算出的油色譜數(shù)據(jù)結(jié)合設(shè)好的正常數(shù)據(jù)值給出故障判斷，這樣就完成了變壓器內(nèi)部故障的在線診斷監(jiān)測(cè)功能。

此外GTCA-3600 型油質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有其他輔助功能，例如監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠接收到一些預(yù)警信號(hào)，這些信號(hào)可以使數(shù)據(jù)采集元件就地輸出的多路無(wú)源觸點(diǎn)式預(yù)警信號(hào)；還可以進(jìn)行油中的微水檢測(cè)，這些檢測(cè)由專門的外置微水在線檢測(cè)裝置進(jìn)行，其得到的檢測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)傳輸至油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便日后的查詢和故障的判斷。

圖1 GTCA-3600 變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

4 結(jié)語(yǔ)

杜兒坪礦110 kV 變電站的變壓器的GTCA-3600 型變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，確保了能夠提前發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的故障，同時(shí)能夠診斷故障發(fā)生點(diǎn)，做到了安全預(yù)警，確保了杜兒坪礦供電的安全連續(xù)性，避免了井下由于主變故障長(zhǎng)時(shí)間失電的發(fā)生，對(duì)其他礦井單位實(shí)現(xiàn)變壓器的在線監(jiān)測(cè)和故障判斷提供了指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，具有很好的借鑒意義。