基于PI的變電站油色譜在線預警及輔助診斷系統

王振華，盧 琦，董悅倩

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

0 引言

離線式油中溶解氣體分析技術在電力系統開展多年，實踐證明，變壓器油中溶解氣體分析技術（DGA）對于發現油浸式變壓器內部潛伏性故障相當有效和可靠。但利用傳統的離線氣相色譜法檢測油中溶解氣體，存在環節多、操作手續繁瑣、試驗周期長、取樣工作受天氣影響等弊病，同時，傳統的DGA主要是依據變壓器類型或運行時間周期進行檢測，有些發展期較短的故障在兩次定期取樣期間可能檢測不到。

隨著智能電網的推進和變壓器油色譜在線監測技術的發展，對變壓器油色譜數據進行監測預警和故障診斷成為可能。通過PI實時數據庫，可以實現對已安裝色譜在線監測的主變壓器進行實時數據監測和歷史查詢，并提供超限數據的報警功能。同時，通過三比值法、電協研法和羅杰斯法進行初步的故障判斷，為運行、檢修人員及時掌握變壓器運行狀態和變壓器故障診斷提供重要的參考依據。

1 多組分氣體在線監測方法

在線色譜監測技術按測試對象主要有單組分在線監測和多組分在線監測。多組分在線監測是單組分在線監測的進一步發展，是先對變壓器油中溶解氣體進行油氣分離，再對表征變壓器故障的多種氣體進行組分分離和測量。湖州電力局采用的多組分氣體在線監測裝置能測量氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳共6個組分含量，可實現對變壓器的全面監測。

2 設計思路

運用PrecessBook開發工具對PI數據庫中的數據進行處理，實現對油色譜數據的實時監測和歷史查詢，并實現關鍵組分的超標預警功能。同時，運用編程功能將三比值法、電協研法、羅杰斯法等3種比值法的編碼規則和故障性質判斷表嵌入后臺程序，在界面呈現簡單的故障編碼、故障分析診斷結果和典型例子的簡明結論，為變電檢修人員及時了解變壓器運行狀況并在設備異常時及時進行故障判斷提供參考。

3 功能模塊

湖州地區變電站油色譜在線預警及輔助診斷系統的主要功能模塊包括：實時數據柱狀圖報警功能、數據圖顯示及歷史查詢功能、3個故障診斷模塊及變壓器油溫顯示。

3.1 實時數據柱狀圖報警功能

3.1.1 各組分的注意值

當變壓器內部發生潛伏性故障時，會加速故障氣體的產氣速度，并經對流和擴散不斷溶解在油中。故障氣體的組成和含量與故障的類型、嚴重程度密切相關，可按總烴、乙炔、氫氣含量進行判斷，超過注意值的，表示設備可能存在故障。其中總烴的注意值為150 μL/L，氫氣的注意值為150 μL/L，220 kV變壓器的乙炔注意值為5 μL/L，500 kV 變壓器的乙炔注意值為 1 μL/L。

3.1.2 報警功能的主畫面

氫氣、乙炔和總烴是變壓器最重要的3個控制指標，因此在本系統中設立專門的報警模塊，通過柱狀圖顯示各控制指標的實時數據，并以標準允許的最大值為其報警值，當實時數據超出報警值時，柱狀圖的顏色顯示為紅色并伴有閃爍，以實現報警功能。

3.2 數據圖顯示及歷史查詢功能

在油色譜監測過程中，數值的變化趨勢也同樣重要，如果某一組分數值突然增大，很可能意味著變壓器內部出現故障。因此，本系統中添加了數據圖顯示及歷史查詢功能，利用在線監測可以不間斷實時監測優勢，將各時間點的數據繪制成曲線。通過直觀的趨勢圖可以更好地了解變壓器氣體組分的變化趨勢，從而了解變壓器的內部變化。為了全面了解變壓器的運行狀況，可設置時間查詢控件和氣體組分選擇控件，通過時間查詢控件選擇查看任一時間段內的氣體組分變化情況，通過氣體組分選擇控件則可以選擇任一氣體組分進行查看。

3.3 三比值故障診斷模塊

大量的研究證明，變壓器故障診斷不能只依賴于油中氣體的組分含量，還取決于氣體的相對含量。熱力動力學研究結果表明，隨著故障點溫度的升高，變壓器油裂解產生的烴類氣體按CH4→C2H6→C2H4→C2H2的順序推移，低溫時，H2由局部放電的離子碰撞游離所產生。基于上述觀點提出了以 C2H2/C2H4，CH4/H2，C2H4/C2H6進行判斷的三比值法。GB/T 7252-2001《變壓器油中溶解體分析和判斷導則》給出了三比值法的編碼規則，其判斷方法見表1。

系統設置了三比值診斷界面，點擊各變壓器的三比值法診斷按鈕，即可顯示三比值法的診斷結果及故障的典型例子。

3.4 羅杰斯法診斷模塊

應用溶解氣體濃度的4組比值來構成一組代碼以確定故障的性質，即羅杰斯法。文獻[3]給出了羅杰斯法的編碼規則，其判斷方法見表2。

表2 羅杰斯比值法故障判斷

系統設置了羅杰斯法診斷界面，點擊各主變壓器的羅杰斯法診斷按鈕，即可顯示羅杰斯法的診斷結果及典型例子。

3.5 電協研法診斷模塊

表1 三比值法的故障性質判斷

表3 電協研法的故障類型診斷

電協研法是在IEC三比值法的基礎上，對編碼對應的比值范圍上、下限作了更明確的規定，同時簡化了故障的分類。文獻[3]給出了電協研法的編碼規則，其判斷方法見表3。

系統設置了電協研法診斷的界面，點擊各變壓器的電協研法診斷按鈕，即可顯示電協研法的診斷結果及典型例子。

3.6 變壓器油溫顯示

該模塊可實時顯示各變壓器的實時油溫，便于了解變壓器內絕緣油的實時溫度，實現與變壓器油色譜判斷的良好結合。

4 功能模塊運行環境要求

硬件環境要求：CPU為Pentium4 2.0 GHz及以上，內存為512 MB及以上，硬盤為40 GB及以上，顯示器分辨率設置為1 024×768及以上。

軟件環境要求：操作系統為Windows XP/2000/7，使用 PI Processbook。

5 結論

變電站油色譜在線預警及輔助診斷系統結合PI數據庫，充分發掘在線監測技術的優勢，通過Processbook和VB編程的雙重開發，實現了湖州地區變壓器油色譜的在線預警和智能化輔助診斷，為提高湖州電網的智能化水平、保障電網安全穩定運行提供了技術支持。

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