換流站大型充油設備早期故障預測裝置運行分析及優化

毛志平，陳力耕，武劍利

(國網湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

換流變、平抗等大型充油設備在直流輸電系統中起到至關重要的作用，其安全穩定運行是運維人員關注的焦點。近年來換流站換流變、平抗故障的發生，越發凸顯早期故障預測的重要性。早期故障預測裝置能夠在線對換流變、平抗內部特征氣體進行采集、分析，提前反映設備內部故障并進行告知。

1 裝置概述

鵝城換流站換流變、平抗等大型充油設備早期故障預測裝置是H201 Ti在線氣體分析裝置，用于在線監測變壓器油中氣體含量。

1.1 裝置原理

早期故障預測裝置安裝在每臺大型充油設備冷卻器總出油口處，裝置傳感器中有一層具有選擇性的高分子薄膜，變壓器油中的 H2，CO，C2H4，C2H2等4種氣體通過滲透膜進入電化學氣體監測器內，在該處與空氣中的氧進行電化學反應，產生一個與反映量成比例的電信號，以數字形式顯示，單位為mg/L，反映到顯示屏上以供運維人員讀取油中混合氣體濃度值。

1.2 裝置檢測量及其故障判斷

早期故障預測裝置能夠對變壓器油中的H2，CO，C2H4，C2H2等4種氣體的總量進行測量，其測量值與上述氣體含量對應關系即:

測量值 =100%H2+18%CO+8%C2H2+1.5%C2H4

該裝置主要通過檢測油中產生的異常氣體混合物讀數偏離基數的速度，預測換流站內大型充油設備的故障。氣體采樣周期為10 min一次，在線進行測量，當測量值達到250 mg/L時發氣體異常報警，反映在運行人員工作站中，通知運維人員。

該裝置測量值可反映出故障可能部位，見表1。

2 歷年數據趨勢分析

運行人員每半月抄錄一次全站變壓器設備早期故障預測裝置讀數。對鵝城換流站全部在用換流變和平抗設備近4年的在線氣體分析讀數，按年進行統計，其變化趨勢統計如圖1-4。

圖4 2012年測量值變化趨勢圖

分析歷年數據變化趨勢，發現規律:

1)歷年來最大氣體含量一直都為極ⅠY/DC相和極ⅠY/Y-A相換流變。

2)歷年來各設備在線氣體含量讀數走勢基本相同，都為向上趨勢，其中8月前向上走勢較緩慢，8月后上升趨勢加大，11月過后有下降趨勢，是由于環境溫度及負荷的變化引起。

3)各設備氣體含量排名變化不大，基本穩定，沒有出現變化較其它快或慢的現象 (圖3，4中出現的較大波動是由于早期預測裝置本身故障導致)。

同一臺換流變的歷年數據對比情況如圖5所示(以極ⅡY/D-B相換流變為例)。發現規律:換流變平抗等設備的氣體含量每年都在穩定增加，平均以每年20 mg/L的速率增長，其它含量達到250 mg/L估計需2年左右時間，即2014年左右，極ⅠY/D-C相和極ⅠY/Y-A相換流變在線氣體分析讀數將達到250 mg/L的報警值。

圖5 極ⅡY/D-B相換流變歷年在線分析數據趨勢圖

上述數據變化規律符合設備運行規律，隨著換流變、平抗服役時間加長，在未進行過濾油的情況下，油中氣體必將不斷累積。

3 存在的問題及優化措施

3.1 測量值每年遞增，必然達到報警

前文趨勢分析中可知，換流變平抗等設備的氣體含量每年穩定增加，按此趨勢，達到報警值250 mg/L是必然。

3.1.1 目前存在的問題

1)由于一個極所有變壓器的在線氣體分析裝置共用一個告警，當某臺變壓器的在線氣體分析裝置讀數達到報警值時，軟件會自動報警 (不會導致跳閘)，且該報警將長期存在，這樣將掩蓋該極其它變壓器的該類報警提醒運行人員，必須現場加強監視。

2)在線氣體裝置報警后，為真實掌握換流變油的情況，運維人員必須開展油色譜分析，并持續進行跟蹤，無疑增加了運維人員工作量。

3.1.2 改進措施

1)在線氣體分析讀數達到報警值前，將換流變和平抗進行集中濾油，降低在線氣體分析裝置測量的讀數。

2)對在線氣體分析讀數進行補償，延時其達到報警值的時間，或更改其報警定值，將250 mg/L更改為300 mg/L或更高。

3.2 早期預測裝置

3.2.1 充油設備早期預測裝置報警單一

1)當采集到的在線氣體分析讀數大于或等于250 mg/L時，發出“Hydan Gas abnormal” (在線氣體不正常)，小故障報警。

2)當斷開在線氣體裝置電源，在線氣體讀數小于 -125 mg/L，或大于2 250 mg/L時，發出“minor faulty”(小故障報警)。

除此2個報警外再無其它報警。對于定值，僅有高設定段報警，無低設定段，且無突變報警，因此對于測量值的突變沒有任何報警。對于裝置，僅有“minor faulty”(小故障)報警，而沒有具體的故障信息，并且是和其它的傳感器故障共用的小故障報警，如果發生故障，無法直觀地了解故障原因。

3.2.2 存在的問題分析

1)在線氣體分析定值報警僅有高設定段，無低設定段、無突變報警，現場裝置故障報警無法體現在監控系統中，這樣無法監測現場裝置是否有故障，且如果換流變內部故障導致換流變內部氣體突然增加，在線氣體讀數突然增加且未達到報警值時，就不能被及時發現和處理。

2)當在線氣體裝置電源跳閘后，監控系統僅發“minor faulty”，無其它報警，無法直觀反映到在線氣體裝置是否跳閘，需通過查看軟件和現場檢查才能確認，不利于運行人員及時判斷和處理故障。

3.2.3 改進措施

1)在軟件里設定低設定段報警，日變化、月變化量突變報警，定值和現場設定一致，或單獨建立一套換流變在線氣體監測分析系統引入控制室，并具備報警和分析功能。

2)在軟件里設定由在線氣體裝置電源跳閘或裝置本身故障導致測量錯誤時，加入“在線氣體裝置故障”報警事件記錄，和“minor faulty”一同報出。

3.3 早期故障預測裝置無對時功能

在線氣體分析裝置的時間是以該機器的時間為準，沒有對時功能，長時間運行后，會有很大偏差，需手動定期進行校對。建立一套換流變在線氣體監測分析系統引入控制室，進行統一對時，即可解決問題。

4 結束語

文中分析換流變、平抗早期故障預測裝置相關報警及目前鵝城換流站換流變平抗充油設備故障預測裝置測量值的發展和變化規律，以便運維人員進行故障判斷時參考，保證設備的安全穩定運行。

〔1〕趙畹君.高壓直流輸電工程技術〔M〕.北京:中國電力出版社;2012.

〔2〕國家電網公司.直流換流站運維技能培訓教材—換流站運行〔M〕.北京:中國電力出版社，2012.

〔3〕湖南省電力公司.500 kV鵝城換流站現場運行規程〔S〕.2012.

〔4〕瑞典ABB公司.H201 Ti在線氣體分析裝置說明書〔R〕.2006.