二滩水电站在线监测的应用

绝缘在线监测系统在二滩电厂的应用叶灵（二滩水力发电厂）摘要：绝缘在线监测系统运用当代先进的电子技术，分析电气设备运行过程中绝缘参数的变化，判断电气设备的老化程度和是否存在缺陷，实现了绝缘状态的远程、离线监测，为电力生产提供了可靠的监测手段，为设备的状态检修提供了有力的依据。二滩电厂在运用绝缘在线监测装置的过程中，获得了一些经验，达到了一定的效果。关键词：在线监测状态检修引言鉴于传统的定期检修体制所暴露出的问题，即一方面盲目地对多数完好的设备定期维修，造成人力物力浪费，而且这种过度维修还可能引入新的故障隐患，另一方面还存在因一些产品性能缺陷包括绝缘缺陷未得到及时发现检修而发展成重大缺陷的可能。特别是在目前全国电力紧张的情况下，送电任务越来越艰巨，对电力设备可靠性的要求越来越高，线路停电检修的机会越来越少，进行常规试验已难以满足对电气设备可靠性的要求。再加上一些进口设备，不具备常规试验的条件，因此，安装绝缘在线监测系统用来监测重要电气设备的绝缘性能，是目前大多电力企业的必然选择。二滩电厂是1998年投产的大型水力发电厂，重要的电气设备如主变压器、500KV电缆、GIS电器都是进口设备。这些电气设备运行电压高，而且是全封闭运行，无法对其进行常规检测。二滩电厂结合自身实际需要，在主变压器、500KV出线设备上安装了绝缘在线监测系统，并积极探索对500KV电缆绝缘实行在线监测的可能性，在提高电气设备的可靠性方面做了大量的工作。一．500KV电力变压器绝缘油中气体监测系统目前，对大型电力变压器的绝缘状态进行在线监测的方法大致分为两类：一类监测变压器内局部放电电脉冲参量，另一类监测绝缘油中溶解性气体。由于电力变压器周围存在强电场、强磁场，而局部放电信号又非常弱，通常在500pC以下，如果监视变压器内的局部放电量，则信号的取样和干扰抑制相当困难。监测绝缘油中溶解性气体采用化学方法，受到的干扰较小，灵敏度高。此方法不但能够监视变压器内的局部放电，而且还能监视局部过热。因此，对绝缘油中的气体组分进行在线监测是最经济、最可靠的。二滩水电厂安装了18台日本TMT&D公司制造的C-TCG-6C型油气在线监测仪。该仪器能在变压器运行的情况下自动测量6种在绝缘油中存在的可燃气体（CO，H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2），用以侦察变压器是否有内部故障发生。该仪器安装在变压器旁并通过油管直接与变压器连接，操作顺序全由微机控制，在测量过程中不损耗绝缘油，也不影响变压器运作。该仪器的工作原理与在试验室内对绝缘油进行气相色谱分析的工作原理基本相同，在数据处理和分析方面有了很大加强，全部采用了微机控制和计算，维护方便。其结构如图一所示：从结构和功能上看，该仪器由取样单元、检测单元、数据处理单元、控制单元、报警回路5部分组成。下面分别简要介绍各单元的组成及工作过程。取样单元由风箱式的气体抽取器、油泵、磁化活门等经油管连接组合而成。工作时，油泵启动，从变压器内抽取一定量的绝缘油，注入风箱式的气体抽取器。关闭气体抽取器的进油阀和出油阀。脱气电机启动，在气体抽取器内产生真空，溶解在绝缘油中的气体分离出来后被送入检测单元。打开气体抽取器的进油阀和出油阀，将绝缘油送回变压器。变压器进油出油脱气单元检测单元放大器A/D转换器数据处理器报警,设备故障操作屏微机报警回路(延时输出)控制单元气体监视仪器图一气体监测仪方块图检测单元是整个设备的核心部件，它由一个采样环路、色谱柱、4种气体感应器和管阀组成。气体分离柱加热器的温度由电脑自动控制，以便稳定感应器输出峰值的间隔以及输出的数据。气体检测单元如图二所示。传感器模块有4种气体感应器，每种感应器对不同气体的感受能力不同。感应器A对H2、CO和不饱和碳氢化合物具有高的敏感度。感应器B对饱和碳氢化合物具有高的敏感度。感应器C对H2具有高的敏感度。感应器D对CO具有高的敏感度。工作时，打开气阀，气体进入气样管。关闭气样管两端阀门，截取定量的气样。空气泵启动，从外部吸入经过干燥、过滤的空气做为载气，将气样带入分离柱。由于气体分子在分离柱中的移动系数不相同，经过狭长的分离柱后，各类气体就被分离出来。由于各感应器对气体的感受能力不同，气体通过时，各产生不同的电信号，经过数据处理模块计算，就可得到各气体成分的含量。图二气体检测单元图数据处理单元将输出的信号（电压）转换成气体浓度再输出给控制单元。控制单元对该设备的测量过程进行控制。整个过程全部由微机完成。设备按预设的参数来进行自动测量。一但发生任何故障，故障的性质就会在控制面板上显示出来。报警回路能够通过无电压的继电器节点在设备内部发送故障信息并使TCG报警、每种气体以及TCG趋势。除此之外，详细的设备故障将会在控制面板和LCD屏上显示。该仪器至1999年在二滩投运以来，运行情况基本正常，能够实现其预定的功能，测试数据与试验内用色谱仪测得的数据基本相同。总的来说该仪器有以下优点：(1)能定时自动测量6种气体的含量及其总量，并与设定值比较发出报警。(2)能监测气体总量的增加趋势，并与设定值比较发出报警。ABCDＰ分离柱传感器块ー空气泵气体样品气样管三通阀↑←空气(3)快速测量。整个测量过程耗时40分钟。(4)免油耗，由于测量后绝缘油将送回变压器,因此该仪器不需耗油。(5)安装简便，它容易安装在任何带有抽样油阀及回油阀的变压器上。由于该仪器是从日本进口的，国内的代理商很少，因此在设备的维修和保养上存在诸多的不便。特别是气体分离柱和气体感应器易老化，需要定期更换，维护费用相当大。二．500KV出线电气设备绝缘性能监测系统500KV出线设备是二滩电厂的咽喉，直接关系到发出的电量能否送得出。为了及时、准确地监测出线避雷器和CVT的绝缘性能，二滩电厂安装了一套由四川电力研究院研制的TIA-2000绝缘状态监测系统。该系统采集避雷器泄漏电流、CVT末屏电流、母线电压信号，通过微机计算，可以得出避雷器的阻性电流、容性电流和功率损耗，CVT的电容量、介质损耗，母线的电压有效值、3次谐波等特征参量。其原理接线图如图三所示。将这些测量参数按照时间绘成曲线，可以有效地判断出现设备的运行状态。TIA-2000绝缘状态监测系统是一套针对110KV以上变电站电气设备，实施绝缘状态在线诊断的完整解决方案。与以往的集中式相比，TIA2000系统有以下优势。（1）该系统采用了现场总线技术。它通常由安装在变电站内的监测系统和安装在管理中心的数据管理诊断系统两部分组成，通过公共电话网络，可以把多个变电站监测系统的的测试数据汇集到上层的数据管理系统，实现对多个变电站内的电气设备绝缘状态的在线监测和诊断。该系统特别适合于电业局和流域开发公司对多个变电站电气设备的统一监测。（2）测试精度高，分散性小。通常的在线监测系统采用穿心结构的电磁式传感器，由与激磁电流的影响，难以提高其测量精度，达到测试介损测量的要求。TIA2000系统采用了先进的自动补偿式电流传感器，除了选用起始导磁率较高、损耗较小的坡莫合金做铁心外，还采用了深度负反馈补偿技术，能够对铁心的激磁磁势进行全自动补偿，保持铁心工作在接近理想的零磁通状态。使用结果表明，这种电流互感器可以满足现场测试的要求。如果需要检测电压信号，只要通过无电感电阻预先把电压信号转化为电流信号即可。（3）监测数据实现完全共享。安装在局域网内的数据管理部门，可通过局域网与其它终端计算机进行数据共享。数据管理软件能够对监测数据进行分析判断，筛选出绝缘参数异常的电气设备，提供包括参数变化趋势图在内的相关信息，供管理人员做出更为精确的诊断。（4）配置灵活。增加或减少监测设备和监测项目均不需要改变系统结构，可根据需要配置系统控制单元。目前，能够实现电容型设备、避雷器阻、母线电压、环境温湿度等绝缘参数的测量。安装时，传感器连线与本地测量单元的对应端子连接即可，不需要调节测量单元的检测精度。（5）维修简单。由于测量单元全部采用模块化设计结构，对于使用数量较多的电容型及避雷器测量单元采用了完全相同的硬件结构，具备高度的通用性和互换性。由于现地测量单元提供的信号是已经经过隔离并且电压等级足够，可以在设备带电运行的条件下安全地对所有部件进行维修和更换，不会影响电气设备的正常运行。但是，在线监测装置的性能受多方面的条件制约，硬件和软件的配合、测试原理上的偏差、测试精度的选择、系统的可靠性和稳定性等都是影响其性能的重要因素。由于以上几种原因造成的误差不可避免，在线监测装置测试的结果与实际值有一定的偏差，而且在线监测装置测试值受环境条件的影响变化较大，它无法与停电预试的结果进行比较，因此给在线监测装置测得的任何绝缘参数做一个准确的限定是很困难的。但是，对于同一线路，三相之间的变化规律应基本一致，在趋势图上反映出来应是三条平行的曲线。如果在运行过程中，发现某一相的测试值突然偏大或某一相的测试值逐渐增大，应当引起足够的重视，必要时应停电试验，进行检查确认。因此，在线监测装置虽不能全部代替停电预试，但它能为停电预试提供参考。可以根据在线监测的数据，适当延长停电预试的周期。TIA-2000绝缘状态监测系统投运3年来，运行情况基本稳定。能够实现其应有的功能，但仍然有一些地方有待改进。例如：（1）TIA-2000数据分析软件功能单一，界面单调，不易于操作，且数据分析功能有限，存取数据的方式也较复杂。最主要是测得数据不能导出备份，只能靠中央控制器单元存储，数量有限。（2）CVT末端电流取样方法需要改进。（3）设备的电子器件容易损坏。三．500KV干式电缆绝缘性能在线监测系统探索二滩的500KV电缆有18条LDPE型电缆和2条XLPE型电缆，全部由法国SAGEM公司提供。单根电缆最长达525米。至投运以来，已经2条电缆（3号机变组单元C相和4号机变组单元A相）发生了对地击穿故障。由于二滩电厂采用的是单元接线方式。任何一条电缆击穿，就会导致一台550MW机组停运。而且检修周期较长，即使更换为备用电缆，至少也要1周左右的时间。可见，电缆对地击穿故障造成的维修费用和电量损失是很大的。由于制造过程中不可避免地在主绝缘层中遗留一些绝缘弱点（例如：气泡、水珠和结焦），在高电场的作用下，绝缘弱点不断发展，形成水树枝和电树枝，最终导致绝缘被击穿。在绝缘弱点的发展过程中，必然会一些特殊的放电现象，对这些现象进行分析，就可判断电缆的运行状态。因此，对电缆的绝缘状态进行在线监测应当是可行的、有效的。目前，国内外对500KV干式电缆绝缘状态进行在线监测的研究工作刚刚起步，很多研究成果还在初级阶段，离现场实际运用还一定的差距。二滩电厂目前仍在密切关注这个方面研究的进展情况。四．结束语绝缘在线监测系统运用当代先进的电子技术，分析电气设备运行过程中绝缘参数的变化，判断电气设备的老化程度和是否存在缺陷，实现了绝缘状态的远程、离线监测，为电力生产提供了可靠的监测手段，为设备的状态检修提供了有力的依据。随着微电子技术在电气设备绝缘诊断方面应用研究的不断深入，绝缘在线监测技术的经济性和实用性会越来越高，绝缘在线监测装置的重要性就会逐渐显示出来。二滩电厂在运用绝缘在线监测装置的过程中，获得了一些经验，达到了一定的效果。同时，仍在针对一些重要设备（例如：500KV电缆、GIS系统等）进行在线监测做一些咨询和探索。参考文献：1．《电力设备的绝缘诊断》，[日]，速水敏幸著，科学出版社。2003年6月出版。2．《高电压绝缘》，朱德恒、严璋著，清华大学出版社。1992年2月出版。3．《高压电气设备试验方法》，李建明、朱康等编写，中国电力出版社。2001年8月出版。