变压器寿命管理

变压器寿命管理摘要二十世纪九十年代的事实已经促使电力公司和其他电力变压器的所有者们关注他们当前资产的维护以及拓展其可能的使用寿命.因此,所有的用户都在研究如何从他们当前安装的设备中榨取最后一滴性能.同时,新的对不同维护方法的思考也已经昭示,存在很多种新的方法,可花较少的钱来提高设备的可靠性.技术的进步已经提供了新的方法,并将分布式思想应用到变压器和其他设备中,不仅提供了有关运行条件的数据,而且现在也能够进行实时的诊断,从而为所有者提供关于这些受监测的设备的重要信息,管理设备使用寿命的概念现在变成了现实.引言:电力公共设施面临的挑战在过去数年内,电力公司面临的挑战概括为一句话说就是降低运行费用,提高发电及输电设备的可用性,以及改善对客户群的电力供应和服务.同时,在一个可用资源正在无情减少的环境中,来自股东和竞争的压力正在不断地上升.由于费用以及对新资本的需求必须大幅消减,所有相关方面的联合行动肯定会影响收益论述和资产平稳表中的内容.重要的充油式电气设备如变压器,并联电抗器,电流互感器和高压套管,都是电力电源系统中的关键部件.它们可靠连续地运行对发电和输电的赢利是至关重要的,其采集,更换,运输,安装和维修方面的费用在整个系统中也是最高的.它们如果出现失效并因而导致无法使用,将带来收益上的损失.这些失效如果是灾难性的,将需要相当的费用,用于外围设备的破坏,环境破坏和非计划的紧急使用人力资源以及替代电源等方面.对变压器,并联电抗器,电流互感器和高压套管中初始故障的早期检测将会创造经济收益,产生可以预测的结果影响,该结果用于应对面临的挑战.一.变压器监控和管理的优点概述1.能够以最大的经济效益运行变压器监测使得计划性停电成为可能,也可以用于设备使用的管理.在一个没有管制的环境中,对过负荷突发需求的快速反应和市场机会的充分利用将会成为任何一个电力供应商获得成功的关键.2.以高效的和经济的维护来管理和延长变压器的使用寿命由于设备的维修按照既定的维修计划进行,常常是现场维修,并且多数是在保用期内,因此将会降低运行费用.当故障以适度的可预见的速度发展时,设备可以一直处于运行状态,有时处于减负荷状态.这种状况可以避免收益受到损失,可提供时间用于有序的计划设备的维修和更换.这些行动常常在现场即可进行,因为时间因素提高了必要资源的可用性.现场维修可以创造不菲的经济上的收益,不但对于变压器的所有者,而且对于那些产品还处于保用期的制造商来说亦是如此.管理和延长电力设备的使用寿命需要可靠的和连续的监控,因为所采取的对变压器使用寿命有影响的任何行动的有效性都需要定期进行测试.对电力设备使用寿命的成功的管理和延长可以产生资金上的收益,对资产平稳表产生影响,从而可以将资本更多地投入到其它需要中去.3.能够检测到故障的最初迹象,监视已出现的故障的发展.一旦探测出一个故障并且对其发展进行跟踪监视,那么就可以对该故障的严重程度进行评估,从而可依据监视做出行动决定.检测出早期故障并且及时采取行动,可限制其对设备的损害.早期检测可以限制临近损害的数量,确定需要进行维修和维护的区域.4.减少和尽可能的避免非计划停电和故障变压器内部初始故障的早期检测可以大大减少非计划性停电,提高电力和服务的可靠性.故障状态常常会导致灾难性事故.其早期检测可以限制这种事件的产生,提高变电站人员的安全性.监视一个快速发展的故障并评估其发展,可提供必要的信息来配置所有基本的资源及时做出反应,减少其整体的损害.二.变压器监测和管理充油式变压器对于所有业主来说都是其资产的重要部分,其意外故障或者停电带来严重的后果占有巨大的比例.电力变压器在正常的运行中是可靠的,其总的故障率为1~2%.自二战以后在电力事业有着巨大投资,这种情况持续到二十世纪七十年代初期,那时形成的一定数量的变压器群体,理论上已经接近了其使用寿命的末期.变压器寿命的终结通常定义为绕组内固体绝缘的机械强度的丧失.随着绝缘系统(油和纸)测试技术的进步,依靠检测绝缘系统退化的早期信号,通过连续的在线监测,可以延长某些设备的使用寿命.通过对变压器运行主要指示信号或者参数进行连续的在线监测(如油中溶解的气体),可以实施对此运行数据进行行业认可的诊断,确定该装置的状况.在电力变压器中出现的热和电气故障总是伴随着油中溶解的气体的形成.对这些气体进行分析是对于早期故障的探测,故障类型的识别以及监视其随着时间的发展的一个受到普遍认同的方法.这种方法的灵敏度相当高,在问题变得严重到足以从瓦斯继电器中产生报警之前,发展中的故障即可被探测出来.这种早期报警可以让所有者在出现以外故障之前即可做一些提前的计划,对设备进行维修或者更换.传统方法,SCADA,集中数据采集和分析集中数据采集和管理起源于SCADA应用程序.迄今为止,很多用户已经使用了SCADA技术在变电站中对设备进行数据的采集和传输.按一定的周期采集信号(通常4~20mA,或者RTD测量),然后每小时或者每天进行传送.这种概念需要大量数据的存储能力,很少或者没有数据处理或者建模.其重点是数据向中心点(通常是控制室内)传送中达到预设的门限值时产生报警.SCADA系统只是一个数字的累积系统.如果对数据进行任何的处理或者建模,则常常需要人工的干预和建模,或者进行数据的统计分析.而大多数的工程师已经没有这个时间了.不仅如此,关一个存放特定变压器信息(不同的数据库)位置的数量是大量和复杂的.通常很难找到所需要的数据.对测试结果的诊断可以通过目前提供的多种商业软件来实现.但这需要进入公司内的其它数据库,以及要进入其它的您最需要而无法找到的信息的位置.这些测试结果数据库通常没有与SCADA系统联系在一起.因此,测试结果数据的操作与变压器上的基本信息之间的关联将耗费大量的时间.分布式概念与集中式数据存储和分析每一台变压器都有其不同之处,这一点就象人一样,有其特殊的属性和运行特点.即使变压器采用同样的设计,在同一个工厂内于相同的时间制造,或者以同样的方式进行测试,它们仍然有其独特性.这是由在工厂内所允许的变压器的制造误差所引起的.比如,每个单元都有不同的空载荷和载荷损失数值.这些数值在一台变压器的载荷能力中占很小的部分.有一个能够充分利用带有实时输入的PC机的运算能力以及变压器工程测试数据的系统,这就是FARADAYTMTransformerMonitoring&ManagementSystem(FARADAYTM变压器检测和管理系统,FARADAYTMTMMSTM),由PointeClaireQC的GESyprotecInc.公司生产.FARADAYTMTMMSTM是一个动态的,适应智能的,交互的集成系统,用来监测和管理变压器的性能.FARADAYTMTMMSTM的设计用来采集和处理重要的运行数据,解释性能和进行诊断,从而为变压器所有者提供决策依据.FARADAYTMTMMSTM的设计为永久性安装在变压器上,对变压器的使用寿命进行监视和管理.实时运行的行业标准如型号,加载向导等,都集中在该设备以及其独特的特征和从变压器各种传感器发来的实时信号输入上.结合实时输入和存储在FARADAYTMTMMSTM上的测试数据(测试结果等),可连续的计算变压器的性能,如果有任何情况超出预先设定的范围,则会产生警报.这样将省掉对昂贵的数据传输费用的需求,以及不需要将不容易建模的信息向中央数据库填充.测量数值随着时间(每隔一定的时间间隔即进行一次测试)可以输入至每个单元的FARADAYTMTMMSTM中.结果驻留在数据库中,可以通过访问数据库对数据进行分析,也可以观察出测试值的发展趋势,从而进行诊断.如果一个通信连接被中断或者切除,那么集中的数据采集和分析系统也被断开而无法运行.FARADAYTMTMMSTM的设计为自主运行.即使没有通信连接,它仍将继续采集数据,将数据分析成为信息并进行建模.变压器也继续受到监测.FARADAYTMTMMSTM的设计为变压器寿命历史的电子信息库.系统的设计可以使公司的所有人都知道到哪里可以获取信息,测试结果(通过诊断),并在具体的变压器上实施维护行动.这种信息库与变压器安装在一起,其数据库中存有下列信息:运行寿命,负载,温度,油中溶解的气体.测试结果(DGA,油的物理测试等).测试结果的解释和诊断.变压器老化的计算.变压器的负载能力.冷却系统(风扇和泵)的故障排除.高级OLTC监控的平台.FARADAYTMTMMSTM的典型输入三.变压器监视和管理分布式概念的应用由于DGA的重要性非常突出,许多业者都决定应用在线的油中气体监测,作为报警系统的第一道防线,为设备内潜在发展的破坏性故障提供报警.当一个设备发出报警时,可以进行进一步的DGA测试,来确定故障的根源和严重程度.ManitobaHydro已经在他们的充油式高压直流设备中安装了HYDRAN201IncipientFaultMonitors(HYDRAN201早期故障监测仪).最近,他们在变压器经受了一次逆弧以后(溶解气体以很大的速率突然增加引起),在高压直流转换变压器上的HYDRAN201Ti上发出一连串的报警.他们进行了三次内部检测,全面了解了故障产生的原因.HVDC整流器用变压器上ManitobaHydroHYDRAN201Ri的故障探测第二次检测第一次检测HYDRAN201Ri读数(单位为PPM)97年2月19日97年3月5日97年3月19日97年4月2日97年4月16日在第一次内部检测中发现很小的过热点,在顶部夹钳上带有燃弧痕迹.对其进行了维修,但是这个过热点并不能说明有大量气体产生.返回投运后,HYDRAN立即探测到气体又开始生成,表示问题还没有发现.气体超过允许水平以后,又进行了第二次的内部检测.发现在底部夹钳的很多螺栓上都在燃弧并且过热.更换了这些螺栓,并用铜带对这些连接进行了改进.返回使用后几天又开始生成气体.第三次的内部检测集中在对铁心部件的检查上,发现铁心叠片上的四个部分在油通道内的有些地方被短路.另外有两个部分发现在1000V侧油间隙发出火花.此火花解释了高氢气含量以及乙炔含量升高的原因.于是得出了最后的结论,由于铁心叠片被短路和燃弧导致出现核心循环电流,钳位环流通过了底部夹钳上的接线螺栓.由于没有备用单元来更换这个单相变压器,于是决定让其继续运行,但同时对其进行密切监视.安装GESyprotecInc.公司生产的连续在线气体监视系统FARADAYTMTransformerNursingUnit(变压器护理单元)和一个便携式在线脱气装置.这种组合使ManitobaHydro中的常驻专家可以对各种气体产生和集中的速率进行监视,确定何时启动在线的脱气装置来去除油中的气体.最初一段时间过后,脱气装置投入连续运行.如果不应用这种技术,那么可能每周七天,每天两次要进行取样和DGA分析,才能保证能够避免严重情况的出现.现在这种工作的巨额费用被节省了.另一个选择是停止此变压器的运行,等待几个月替换新变压器.这样会给所有者带来很大的损失.由于这项技术在气体测量方面的可靠性和可重复性已经得到证实,此变压器从1997年6月至今天都一直保持运行.这台变压器已经计划退出服役,更换为新的变压器.FARADAYTNU的安装(1)取样头组合件.(2)现有的HYDRAN201Ti上图详细显示出了在连续运行状态下带有脱气装置的T21A实际的气体产生历史纪录.气体的增加可以表示出变压器的过负荷,并显示了气体产生的速率如何超过脱气装置的容量的详细信息.气体的下降可以表示出变压器为低负荷,脱气装置将生产的气体从油中去除.基于监测和在气体达到危险的高水平时执行油的脱气工作的方法给ManitobaHydro带来很大的经济收益,连续收益平均每天达到8万加元.BrianSparling,GESyprotecInc公司系统部门的生产经理,该公司位于加拿大蒙太尔市.他致力于与变压器监视和管理相关的系统和技术的生产.他在电力和输送变压器领域内拥有二十多年的经验,曾经在CSA和加拿大电力协会的多个标准委员会工作,在该协会中曾经是配电变压器委员会的主席.他是IEEE变压