二灘水電站在線監(jiān)測的應用

1、絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)在二灘電廠的應用葉 靈（二灘水力發(fā)電廠）摘要：絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)運用當代先進的電子技術，分析電氣設備運行過程中絕緣參數的變化，判斷電氣設備的老化程度和是否存在缺陷，實現了絕緣狀態(tài)的遠程、離線監(jiān)測，為電力生產提供了可靠的監(jiān)測手段，為設備的狀態(tài)檢修提供了有力的依據。二灘電廠在運用絕緣在線監(jiān)測裝置的過程中，獲得了一些經驗，達到了一定的效果。關鍵詞： 在線監(jiān)測 狀態(tài)檢修引言鑒于傳統(tǒng)的定期檢修體制所暴露出的問題，即一方面盲目地對多數完好的設備定期維修，造成人力物力浪費，而且這種過度維修還可能引入新的故障隱患，另一方面還存在因一些產品性能缺陷包括絕緣缺陷未得到及時發(fā)現檢修而發(fā)展成重大缺陷的可

2、能。特別是在目前全國電力緊張的情況下，送電任務越來越艱巨，對電力設備可靠性的要求越來越高，線路停電檢修的機會越來越少，進行常規(guī)試驗已難以滿足對電氣設備可靠性的要求。再加上一些進口設備，不具備常規(guī)試驗的條件，因此，安裝絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)用來監(jiān)測重要電氣設備的絕緣性能，是目前大多電力企業(yè)的必然選擇。二灘電廠是1998年投產的大型水力發(fā)電廠，重要的電氣設備如主變壓器、500KV電纜、GIS電器都是進口設備。這些電氣設備運行電壓高，而且是全封閉運行，無法對其進行常規(guī)檢測。二灘電廠結合自身實際需要，在主變壓器、500KV出線設備上安裝了絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)，并積極探索對500KV電纜絕緣實行在線監(jiān)測的可能性，

3、在提高電氣設備的可靠性方面做了大量的工作。一 500KV電力變壓器絕緣油中氣體監(jiān)測系統(tǒng)目前，對大型電力變壓器的絕緣狀態(tài)進行在線監(jiān)測的方法大致分為兩類：一類監(jiān)測變壓器內局部放電電脈沖參量，另一類監(jiān)測絕緣油中溶解性氣體。由于電力變壓器周圍存在強電場、強磁場，而局部放電信號又非常弱，通常在500pC以下，如果監(jiān)視變壓器內的局部放電量，則信號的取樣和干擾抑制相當困難。監(jiān)測絕緣油中溶解性氣體采用化學方法，受到的干擾較小，靈敏度高。此方法不但能夠監(jiān)視變壓器內的局部放電，而且還能監(jiān)視局部過熱。因此，對絕緣油中的氣體組分進行在線監(jiān)測是最經濟、最可靠的。二灘水電廠安裝了18臺日本TMT&D公司制造的C-

4、TCG-6C型油氣在線監(jiān)測儀。該儀器能在變壓器運行的情況下自動測量6種在絕緣油中存在的可燃氣體（CO，H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2），用以偵察變壓器是否有內部故障發(fā)生。該儀器安裝在變壓器旁并通過油管直接與變壓器連接，操作順序全由微機控制，在測量過程中不損耗絕緣油，也不影響變壓器運作。該儀器的工作原理與在試驗室內對絕緣油進行氣相色譜分析的工作原理基本相同，在數據處理和分析方面有了很大加強，全部采用了微機控制和計算，維護方便。其結構如圖一所示：從結構和功能上看，該儀器由取樣單元、檢測單元、數據處理單元、控制單元、報警回路5部分組成。下面分別簡要介紹各單元的組成及工作過程。取樣單元由風

5、箱式的氣體抽取器、油泵、磁化活門等經油管連接組合而成。工作時，油泵啟動，從變壓器內抽取一定量的絕緣油，注入風箱式的氣體抽取器。關閉氣體抽取器的進油閥和出油閥。脫氣電機啟動，在氣體抽取器內產生真空，溶解在絕緣油中的氣體分離出來后被送入檢測單元。打開氣體抽取器的進油閥和出油閥，將絕緣油送回變壓器。圖一 氣體監(jiān)測儀方塊圖檢測單元是整個設備的核心部件，它由一個采樣環(huán)路、色譜柱、4種氣體感應器和管閥組成。氣體分離柱加熱器的溫度由電腦自動控制，以便穩(wěn)定感應器輸出峰值的間隔以及輸出的數據。氣體檢測單元如圖二所示。傳感器模塊有4種氣體感應器，每種感應器對不同氣體的感受能力不同。感應器A對H2、CO和不飽和碳氫

6、化合物具有高的敏感度。感應器B對飽和碳氫化合物具有高的敏感度。感應器C對H2具有高的敏感度。感應器D對CO具有高的敏感度。工作時，打開氣閥，氣體進入氣樣管。關閉氣樣管兩端閥門，截取定量的氣樣?？諝獗脝樱瑥耐獠课虢涍^干燥、過濾的空氣做為載氣，將氣樣帶入分離柱。由于氣體分子在分離柱中的移動系數不相同，經過狹長的分離柱后，各類氣體就被分離出來。由于各感應器對氣體的感受能力不同，氣體通過時，各產生不同的電信號，經過數據處理模塊計算，就可得到各氣體成分的含量。圖二 氣體檢測單元圖數據處理單元將輸出的信號（電壓）轉換成氣體濃度再輸出給控制單元?？刂茊卧獙υ撛O備的測量過程進行控制。整個過程全部由微機完成

7、。設備按預設的參數來進行自動測量。一但發(fā)生任何故障，故障的性質就會在控制面板上顯示出來。報警回路能夠通過無電壓的繼電器節(jié)點在設備內部發(fā)送故障信息并使TCG報警、每種氣體以及TCG趨勢。除此之外，詳細的設備故障將會在控制面板和LCD屏上顯示。該儀器至1999年在二灘投運以來，運行情況基本正常，能夠實現其預定的功能，測試數據與試驗內用色譜儀測得的數據基本相同?？偟膩碚f該儀器有以下優(yōu)點：(1)能定時自動測量6種氣體的含量及其總量，并與設定值比較發(fā)出報警。(2)能監(jiān)測氣體總量的增加趨勢，并與設定值比較發(fā)出報警。(3) 快速測量。整個測量過程耗時40分鐘。(4) 免油耗，由于測量后絕緣油將送回變壓器,因

8、此該儀器不需耗油。(5) 安裝簡便，它容易安裝在任何帶有抽樣油閥及回油閥的變壓器上。由于該儀器是從日本進口的，國內的代理商很少，因此在設備的維修和保養(yǎng)上存在諸多的不便。特別是氣體分離柱和氣體感應器易老化，需要定期更換，維護費用相當大。二500KV出線電氣設備絕緣性能監(jiān)測系統(tǒng)500KV出線設備是二灘電廠的咽喉，直接關系到發(fā)出的電量能否送得出。為了及時、準確地監(jiān)測出線避雷器和CVT的絕緣性能，二灘電廠安裝了一套由四川電力研究院研制的TIA-2000絕緣狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采集避雷器泄漏電流、CVT末屏電流、母線電壓信號，通過微機計算，可以得出避雷器的阻性電流、容性電流和功率損耗，CVT的電容量、介

9、質損耗，母線的電壓有效值、3次諧波等特征參量。其原理接線圖如圖三所示。將這些測量參數按照時間繪成曲線，可以有效地判斷出現設備的運行狀態(tài)。TIA-2000絕緣狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是一套針對110KV以上變電站電氣設備，實施絕緣狀態(tài)在線診斷的完整解決方案。與以往的集中式相比，TIA2000系統(tǒng)有以下優(yōu)勢。（1）該系統(tǒng)采用了現場總線技術。它通常由安裝在變電站內的監(jiān)測系統(tǒng)和安裝在管理中心的數據管理診斷系統(tǒng)兩部分組成，通過公共電話網絡，可以把多個變電站監(jiān)測系統(tǒng)的的測試數據匯集到上層的數據管理系統(tǒng)，實現對多個變電站內的電氣設備絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測和診斷。該系統(tǒng)特別適合于電業(yè)局和流域開發(fā)公司對多個變電站電氣設備的統(tǒng)一

10、監(jiān)測。（2）測試精度高，分散性小。通常的在線監(jiān)測系統(tǒng)采用穿心結構的電磁式傳感器，由與激磁電流的影響，難以提高其測量精度，達到測試介損測量的要求。TIA2000系統(tǒng)采用了先進的自動補償式電流傳感器，除了選用起始導磁率較高、損耗較小的坡莫合金做鐵心外，還采用了深度負反饋補償技術，能夠對鐵心的激磁磁勢進行全自動補償，保持鐵心工作在接近理想的零磁通狀態(tài)。使用結果表明，這種電流互感器可以滿足現場測試的要求。如果需要檢測電壓信號，只要通過無電感電阻預先把電壓信號轉化為電流信號即可。（3）監(jiān)測數據實現完全共享。安裝在局域網內的數據管理部門，可通過局域網與其它終端計算機進行數據共享。數據管理軟件能夠對監(jiān)測數據

11、進行分析判斷，篩選出絕緣參數異常的電氣設備，提供包括參數變化趨勢圖在內的相關信息，供管理人員做出更為精確的診斷。（4）配置靈活。增加或減少監(jiān)測設備和監(jiān)測項目均不需要改變系統(tǒng)結構，可根據需要配置系統(tǒng)控制單元。目前，能夠實現電容型設備、避雷器阻、母線電壓、環(huán)境溫濕度等絕緣參數的測量。安裝時，傳感器連線與本地測量單元的對應端子連接即可，不需要調節(jié)測量單元的檢測精度。（5）維修簡單。由于測量單元全部采用模塊化設計結構，對于使用數量較多的電容型及避雷器測量單元采用了完全相同的硬件結構，具備高度的通用性和互換性。由于現地測量單元提供的信號是已經經過隔離并且電壓等級足夠，可以在設備帶電運行的條件下安全地對所

12、有部件進行維修和更換，不會影響電氣設備的正常運行。但是，在線監(jiān)測裝置的性能受多方面的條件制約，硬件和軟件的配合、測試原理上的偏差、測試精度的選擇、系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性等都是影響其性能的重要因素。由于以上幾種原因造成的誤差不可避免，在線監(jiān)測裝置測試的結果與實際值有一定的偏差，而且在線監(jiān)測裝置測試值受環(huán)境條件的影響變化較大，它無法與停電預試的結果進行比較，因此給在線監(jiān)測裝置測得的任何絕緣參數做一個準確的限定是很困難的。但是，對于同一線路，三相之間的變化規(guī)律應基本一致，在趨勢圖上反映出來應是三條平行的曲線。如果在運行過程中，發(fā)現某一相的測試值突然偏大或某一相的測試值逐漸增大，應當引起足夠的重視，必要

13、時應停電試驗，進行檢查確認。因此，在線監(jiān)測裝置雖不能全部代替停電預試，但它能為停電預試提供參考?？梢愿鶕诰€監(jiān)測的數據，適當延長停電預試的周期。TIA-2000絕緣狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)投運3年來，運行情況基本穩(wěn)定。能夠實現其應有的功能，但仍然有一些地方有待改進。例如：（1）TIA-2000數據分析軟件功能單一，界面單調，不易于操作，且數據分析功能有限，存取數據的方式也較復雜。最主要是測得數據不能導出備份，只能靠中央控制器單元存儲，數量有限。（2）CVT末端電流取樣方法需要改進。（3）設備的電子器件容易損壞。三500KV干式電纜絕緣性能在線監(jiān)測系統(tǒng)探索二灘的500KV電纜有18條LDPE型電纜和2條XL

14、PE型電纜，全部由法國SAGEM公司提供。單根電纜最長達525米。至投運以來，已經2條電纜（3號機變組單元C相和4號機變組單元A相）發(fā)生了對地擊穿故障。由于二灘電廠采用的是單元接線方式。任何一條電纜擊穿，就會導致一臺550MW機組停運。而且檢修周期較長，即使更換為備用電纜，至少也要1周左右的時間?？梢姡娎|對地擊穿故障造成的維修費用和電量損失是很大的。由于制造過程中不可避免地在主絕緣層中遺留一些絕緣弱點（例如：氣泡、水珠和結焦），在高電場的作用下，絕緣弱點不斷發(fā)展，形成水樹枝和電樹枝，最終導致絕緣被擊穿。在絕緣弱點的發(fā)展過程中，必然會一些特殊的放電現象，對這些現象進行分析，就可判斷電纜的運行狀態(tài)。因此，對電纜的絕緣狀態(tài)進行在線監(jiān)測應當是可行的、有效的。目前，國內外對500KV干式電纜絕緣狀態(tài)進行在線監(jiān)測的研究工作剛剛起步，很多研究成果還在初級階段，離現場實際運用還一定的差距。二灘電廠目前仍在密切關注這個方面研究的進展情況。四結束語絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)運用當代先進的電子技術，分析電氣設備運行過程中絕緣參數的變化，判斷電氣設備的老化程度和是否存在缺陷，實現了絕緣狀態(tài)的遠程、離線監(jiān)測，為電力生產提供了可靠的監(jiān)測手段，為設備的狀態(tài)檢修提供了有力的依據。隨著微電子技術在電氣設備絕緣診斷方面應用研究的不斷深入，絕緣在線監(jiān)測