基于大數據的電力變壓器智能在線監測方法研究

徐榮祥 殷 銘

國網湖南省電力有限公司常德供電分公司 湖南 常德 415000

引言

變壓器在輸配電系統中有著舉足輕重的作用,其運行的可靠性嚴重影響著電力系統的安全與經濟運行。變壓器運行中,由于各種單復因素的影響,容易出現的故障多樣。隨著新的大容量變壓器的投入使用,能及時地、準確地判斷故障類型及部位就顯得尤為重要,本文通過闡述變壓器相關理論,分析并總結故障類型及原因,探討故障監測技術,以期為變壓器的運行維護與故障診斷提供參考。

1 智能變電站網絡結構和技術特點

根據IEC－61850標準,變電站系統的總體架構一般分為“三層,雙網”結構,即站控層、間隔層和過程層。其中,過程層一般包含一次性設備,一個合并模塊和一個監控模塊;分離層一般包含測控設施,保護設施,計量設施,故障錄波設施,網絡分析綜合設施,自備設施,低頻低壓負荷減小設施等;站控層一般包含：站控,遙控通信部分,在線檢測部分,輔助控制部分,綜合信息平臺等子系統。站控層和間隔層設施利用處理層網絡連接,而間隔層和過程層設備通過站層網絡連接。智能變壓器具有以下技術特性。①測量數字化：對監控檢測的信息進行數據化處理,并利用網絡讀取和使用監控信息,以監控其狀況。②控制網絡化：基于網絡的變壓器及其附件的控制。③狀態可視化：通過智能電網中的其他設備得到并顯示變壓器在線檢測系統獲取并共享的狀態信息,則可以在電網中通過多種方式可視化查看變壓器的狀態數據。④功能一體化：在不影響使用的情況下,完成各個組件與變壓器的集成,并統一檢測,決策,保護等功能。⑤信息互動化：通過數據網絡實現在變電站系統和其他設備之間的數據交換。

2 變壓器監測發展概況

早期主要通過現場巡視油溫、油位及運行聲響,并結合定期檢修等對電力變壓器進行監測。定期檢修有自身的科學依據和合理性,但這種檢修模式存在以下弊端：工作量大,檢修成本高;缺陷檢出率不高;存在過度檢修,檢修中增加了產生新隱患的幾率;檢修需停電,增加了誤操作幾率;新技術發展導致原有檢修管理、規程及工藝與實際不符;計劃檢修周期與設備壽命及故障規律不符等。基于變壓器等早期檢修模式存在的問題,國家電網公司于2006年初開始推行狀態檢修,2009年5月,又推出智能電網發展計劃。隨著智能電網建設的推進,變壓器智能在線監測技術成為智能電網的研究熱點之一。目前,國內外對變壓器在線監測原理研究有多種方法,如變壓器局部放電、油色譜分析、鐵芯多點接地等在線監測系統,但大多依據單項原理進行產品開發或研究,若想獲得變壓器各種故障信息,現場需安裝多套設備及后臺裝置,存在占用空間過大及后臺裝置重復設置問題。

3 優化措施分析

3.1 變壓器鐵芯多點接地的在線監測 變壓器正常運行中,帶電繞組通過寄生電容的耦合作用,使鐵芯對地產生懸浮電位,存在著電位差,當兩點之間的電位差達到能夠擊穿其間的絕緣時,便產生放電。為了消除這種現象,把鐵芯與外殼可靠地連接起來,使它與外殼等電位,但當鐵芯或其他金屬構件有兩點或多點接地時,接地點就會形成閉合回路,造成的環流有時可達數十甚至上百安培,引起局部過熱,導致油分解,絕緣性能下降,甚至使鐵芯燒壞,造成變壓器重大事故。因此在變壓器運行過程中,能實時監測變壓器鐵芯及夾件接地電流變化至關重要。變壓器鐵芯接地電流監測裝置通過檢測安裝在變壓器鐵芯接地線上的電流互感器信號,可實時監測變壓器鐵芯接地電流,并將監測數據傳輸到后臺,結合分析軟件實現在線監測及故障診斷。

3.2 變壓器油色譜分析的在線監測 變壓器油中溶解氣體色譜分析的在線監測方法是基于油中溶解氣體理論,它直接在現場實現油色譜的定時在線智能化監測與故障診斷。在正常運行溫度下,油和固體絕緣材料老化過程主要產生CO和CO2;在油紙絕緣材料中存在局部放電時,油裂解主要產生H2和CH4;在故障溫度高于正常運行溫度不多時,油裂解的產物主要是CH4;隨著故障溫度的升高,主要產生C2H4和C2H6;在溫度高于1000℃時,油分解產生較多的C2H2;當故障涉及到固體絕緣材料時,會產生較多的CO和CO2。

結語

本文探討了智能變電站的總體構成和網絡架構,描述了電力變壓器有待檢測的部分和狀態信息。在此條件下,探究了智能變壓器在線故障診斷技術的體系結構,功能,結構和根本原理。另外,介紹了一種同時保證科技進步和實際需要的相結合的電力變壓器智能一體化在線監測系統的典型應用案例。為運維工作職員及時提供參考信息,從而提高資源利用,數據共享和狀態自動化的水平。加強變壓器在線監測系統的可靠性和變壓器故障檢測判斷的精確性是一個長期的研究過程。隨著計算機技術、通信技術和電力系統自動化水平的發展以及新的智能化理論和技術的出現,變壓器的監測設備一定會越來越好。由于變壓器結構的復雜性以及故障機制和癥狀之間的多樣性,隨機性和模糊性,絕緣故障診斷存在諸多困難,需要在后續研究中予以解決。