变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断系统的开发与应用.pdf

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1、变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断系统 第 1 页 共 5 页 变压器油中溶解气体 变压器油中溶解气体 在线监测及故障诊断系统的开发与应用 在线监测及故障诊断系统的开发与应用 青海电力科学试验研究院 路自强 李红献 李玉海 摘要：根据变压器油中溶解气体浓度的变化来判断变压器隐患和故障在长期的实践中已被证明是一个非常有效的技术手段。限于通讯条件，过去的变压器油在线监测仅限于本地环境，大量的、有价值的连续监测数据无法由具有丰富经验的工程师或专家进行分析，用于变压器状态评价和故障诊断。本文通过对现有现场监测装置接口和数据格式的分析，以已有的网络环境为基础，提出了一个可以连接现场监测装置和后方分析工

2、作站、管理部门的实时在线监测方案，介绍了一个变压器油在线监测及故障诊断系统的具体实现，并对存在的问题进行了分析，提出了今后努力的方向。关键词：变压器油，溶解气体，在线监测，故障诊断 Abstract Diagnosing the potential faults of power transformer by detecting the change of deliquescent gas components in transformer oil has been proven a very effective technical measure in long time practice.

3、Limited by the communication environment,the past transformer oil on-line monitor system play a limited part in local environment,the valuable data from the monitor apparatus is not available for the engineers or specialists with rich professional experience to diagnose faults and to evaluate the op

4、eration of power transformer.Based on a careful analysis on the interface and data format of the existing apparatus,this paper proposes a blue-print of a new on-line monitor system that connect to the analysis workstations and management departments in backside through WAN,describes the practical on

5、-line monitor and diagnosis system,analyses the the problems in the development of the system and suggests future works.Keywords:Transformer Oil;Deliquescent Gas,On-line Monitor,Fault Diagnosis.0 前言 随着电网的不断发展，电力行业面临的主要问题是提高输变电设备运行的可靠性。变压器作为输变电系统的主要设备，其运行的可靠性对电网安全至关重要。为了加强对变压器的技术监督工作，近年来对其加装了在线监测设备，以

6、弥补现行检测手段的不足。目前在国内使用最有效的是变压器油中气体在线监测技术，其对实现状态检修，提高运行管理水平，降低维护成本有一定的指导意义。青海省电力公司从 1998 年开始在本系统安装变压器油中溶解气体在线监测装置。由于该系统在各变电站分列运行，一般由变电所值班人员管理，造成该系统未能充分发挥应有的技术监督效能。为了提变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断系统 第 2 页 共 5 页 高对大型变压器监控的有效性，充分发挥在线监测装置的效能，有必要充分利用现有的网络环境建立连接现场监测装置、后方工程师分析工作站和管理监督部门的实时在线监测系统，由在后方工作的专业人员和管理人员结合其它试验进行综

7、合分析，以判断变压器内部状况，确保设备的安全、可靠运行。针对这个问题，我们借鉴国内先进经验，利用已经具备的网络环境，研究开发了一套延伸到后方的变压器在线监测及故障诊断系统，在利用先进科技手段提高变压器技术监督水平方面进行了有益的尝试。1 存在的问题 青海电网有 330kV 变电站 9 座，变压器 19 台，容量 4200000kVA，除乌兰 1#主变外，另 8 座 330kV变电站的 18 台主变压器安装了变压器油中溶解气体在线监测装置，分别采用了加拿大 HYDRAN201i 和北京理工大学的 TRANB 单组分油中气体监测装置。与定期通过手工采样试验来检测诊断变压器故障的传统监督方式相比，这

8、些安装在现场的在线监测装置可以自动地连续地对变压器油中溶解气体浓度进行测量和监视，使变电站运行维护人员能够直接监测油中气体变化，缩短了对潜在故障的反应时间，另外通过接入变电站综合自动化系统，在检测到潜在故障时可以直接发出报警或启动保护。但在线监测装置的数据仅限于变电站内部，因此监测装置的效能没有得到充分利用，这主要表现在以下几个方面：（1）现场运行维护人员不能充分利用监测数据。限于具体的工作职责和专业知识，变电站运行维护人员只能针对监测装置发出的报警信息和数据进行常规处理，无法充分利用监测装置所产生的连续数据研判发展趋势和潜在故障。(2)而那些具有丰富诊断经验和熟练分析技术的工程师和技术专家却

9、无法获得这些有价值的连续监测数据，而依赖于定期的油样试验数据，由于试验周期一般都比较长，因此研判发展趋势和潜在故障就有一定的困难。(3)连续的监测数据限于变电站范围内，无法达到后方，也就无法与其它试验数据进行综合分析，就限制了故障分析判断的准确性。(4)相反，如果这些监测数据能够传到后方，就可以与其它试验数据、设备管理信息整合在一起，实现变压器的状态监测和评价。2 基于网络的实时在线监测方案 针对上述问题，我们结合青海电网的实际，充分利用已有的网络环境，提出并实现 了一个延伸到后方的变压器油在线监测方案。系统结构如图 1 所示。变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断系统 第 3 页 共 5 页

10、其中首先用串口-以太网口协议转换器将现场在线监测装置采集的数据从监测装置 RS-232 口转送到变电站广域网接口，再通过广域网传送到后方的监测数据服务器，经服 务器处理后写入数据库，化学分析工程师或有关人员通过广域网从各自的工作站访问服 务器，查询、浏览实时监测数据或进行分析。330kV 阿兰变、硝湾变、花园变主变安装的 是宁波理工监测设备有限公司生产的 TRANB 绝缘油中溶解气体在线监测装置，330kV 湟源变、景阳变、黄家寨变、大石门变主变安装的是加拿大生产的 HYDRAN201 系列绝缘油 中溶解气体在线监测装置，由于两种监测装置采用不同的数据格式和通讯规约，因此针对 不同监测装置开发

11、了两种不同的数据采集模块部署在监测数据服务器，完成定时（周期为 15 分钟）从现场在线监测装置读取监测数据的任务。3 监测数据管理与分析 广域网设备 服务器 黄家寨 花园变 湟源变景阳变大石门硝湾变变阿兰变格尔木变100M/2M SDH 设备设备100M 100M 100M 100M 100M 100M 100M 100M 2M 2M 2M 2M 2M 2M 2M 2M 2M/100M 2M 2M 2M 2M 100M 100M 以太网交换机以太网交换机 100M 100M 100M 100M 中试所 生技部 西供局 100M 100M 100M 100M 海东局 变压器油中溶解气体在线监测及

12、故障诊断系统 将监测数据传送到后方的目的在于与其它试验数据、设备数据进行集成，以便进行综合分析和故障诊断，为此研究开发了一套数据管理软件，以实现实时在线监测数据的管理和分析，该软件（CHEMANS）由数据采集软件、数据管理软件、分析诊断软件三部分组成，采用客户/服务器体系结构，其中集成了在线数据监视、变压器油质数据和色谱数据管理、预试计划和设备参数管理功能，可以实现变压器油中溶解气体监测数据的在线监视、趋势分析，并自动对监测数据、时变化率、时相对变化率、日变化率、日相对变化率、月变化率、月相对变化率进行越限判断，并给出合适的报警。另外该软件还针对现场油化试验工作，提供数据管理和分析功能，实现对

13、油质、色谱试验数据的管理，依据色谱试验数据对变压器存在的潜在故障进行分析诊断。该软件同时也实现了油化预防性试验的计划管理，使管理人员方便监督变压器油预防性试验进行情况，并自动生成未来的预防性试验计划。该软件提供方便的设备对象选择树，可使用户方便地按运行单位和变电站归属选择设备对象，同时提供的时间窗口选择器使用户可以选择监测数据和试验数据的时间窗口，系统自动筛选窗口内的数据显示出来，或形成趋势图。该软件支持数据的即时打印和数据导出。所有显示数据都可导出为 XML 格式文件，以便于利用第三方软件进行进一步的分析处理。为了方便技术人员快速诊断变压器潜在故障，软件中嵌入了三比值法、三角形法和特征气体法

14、故障诊断模块，选择任意组试验数据，鼠标点击操作之间就可以完成诊断运算，给出诊断结果，省去了繁复的人工计算过程，非常适合于一线技术人员使用，另外也预设了接口，可以嵌入其它故障诊断算法，为扩展诊断功能提供了基础。图 2 所示即为该软件主窗口界面图。4 开发中存在的问题 通过本系统的研究开发，基本实现了将现场在线监测装置的数据传送到后方，将变压器油在线监测系统延伸到后方的目标，使后方分析人员和管理部门也能够获得实时的监测数据，通过对有关数据的综第 4 页 共 5 页 变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断系统 第 5 页 共 5 页 合分析比较准确地研判变压器运行状态和变化趋势，判断和发现潜在故障，同

15、时也实现了变压器油监督数据的统一管理，为监督人员提供了一个有效的管理工具。但在本系统的研究开发过程中，也有一些不足之处，主要存在如下的主要问题，需要进一步研究解决：（1）由于网络环境的复杂性和变化以及接口设备质量等问题，经过协议转换的数据传输有时会出现不稳定，会导致数据传输中断，影响系统的使用。（2）虽然系统软件按多组分气体监测设计，但整个系统仍按单组分考虑，鉴于目前多组分在线监测装置已大量应用、而且直接提供 TCP/IP 端口的情况，需要研究开发必要的接口模块。（3）需要在进一步总结技术专家丰富诊断经验的基础上，研究开发新的诊断算法，丰富诊断功能（包括综合其它专业测试数据），提高故障诊断水平

16、，实现状态评价功能，使之成为一个实用工具。6 结论 变压器故障分析诊断是技术监督工作的重要内容，也是集专业经验和先进科技手段为一体的、复杂的专业工作。本文所涉及课题通过变压器油在线监测及故障诊断系统的研究开发，实现了将现场监测装置产生的连续性实时数据传送到后方的目标，将局限于现场环境的在线监测系统延伸到了后方，并在成熟诊断算法的基础上实现了故障的快速分析诊断，为技术监督工作提供了一个便捷的工具，但随着多组分在线监测装置的普及应用和其它在线监测技术的发展，研究开发综合性的在线监测和故障分析诊断系统已成为可能，因此需要结合电网安全运行的实际需求，对这个课题进行进一步的深入研究。参考资料：1中能电力科技开发公司.变压器在线监测技术及装置资料汇编，2002.1 2中能电力科技开发公司编译.变压器油中主要故障气体在线监测运行经验，1997.12 3GB 7252-87 变压器油中溶解气体分析和判断导则，2001.1 4 北京理工现代电气设备有限公司.TRAN-B 变压器故障监测仪使用说明书，2000