二灘水電站在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

1、絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在二灘電廠的應(yīng)用葉 靈（二灘水力發(fā)電廠）摘要：絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)的電子技術(shù)，分析電氣設(shè)備運(yùn)行過程中絕緣參數(shù)的變化，判斷電氣設(shè)備的老化程度和是否存在缺陷，實(shí)現(xiàn)了絕緣狀態(tài)的遠(yuǎn)程、離線監(jiān)測(cè)，為電力生產(chǎn)提供了可靠的監(jiān)測(cè)手段，為設(shè)備的狀態(tài)檢修提供了有力的依據(jù)。二灘電廠在運(yùn)用絕緣在線監(jiān)測(cè)裝置的過程中，獲得了一些經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到了一定的效果。關(guān)鍵詞： 在線監(jiān)測(cè) 狀態(tài)檢修引言鑒于傳統(tǒng)的定期檢修體制所暴露出的問題，即一方面盲目地對(duì)多數(shù)完好的設(shè)備定期維修，造成人力物力浪費(fèi)，而且這種過度維修還可能引入新的故障隱患，另一方面還存在因一些產(chǎn)品性能缺陷包括絕緣缺陷未得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢修而發(fā)展成重大缺陷的可

2、能。特別是在目前全國(guó)電力緊張的情況下，送電任務(wù)越來(lái)越艱巨，對(duì)電力設(shè)備可靠性的要求越來(lái)越高，線路停電檢修的機(jī)會(huì)越來(lái)越少，進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)已難以滿足對(duì)電氣設(shè)備可靠性的要求。再加上一些進(jìn)口設(shè)備，不具備常規(guī)試驗(yàn)的條件，因此，安裝絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用來(lái)監(jiān)測(cè)重要電氣設(shè)備的絕緣性能，是目前大多電力企業(yè)的必然選擇。二灘電廠是1998年投產(chǎn)的大型水力發(fā)電廠，重要的電氣設(shè)備如主變壓器、500KV電纜、GIS電器都是進(jìn)口設(shè)備。這些電氣設(shè)備運(yùn)行電壓高，而且是全封閉運(yùn)行，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)。二灘電廠結(jié)合自身實(shí)際需要，在主變壓器、500KV出線設(shè)備上安裝了絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并積極探索對(duì)500KV電纜絕緣實(shí)行在線監(jiān)測(cè)的可能性，

3、在提高電氣設(shè)備的可靠性方面做了大量的工作。一 500KV電力變壓器絕緣油中氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前，對(duì)大型電力變壓器的絕緣狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的方法大致分為兩類：一類監(jiān)測(cè)變壓器內(nèi)局部放電電脈沖參量，另一類監(jiān)測(cè)絕緣油中溶解性氣體。由于電力變壓器周圍存在強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)，而局部放電信號(hào)又非常弱，通常在500pC以下，如果監(jiān)視變壓器內(nèi)的局部放電量，則信號(hào)的取樣和干擾抑制相當(dāng)困難。監(jiān)測(cè)絕緣油中溶解性氣體采用化學(xué)方法，受到的干擾較小，靈敏度高。此方法不但能夠監(jiān)視變壓器內(nèi)的局部放電，而且還能監(jiān)視局部過熱。因此，對(duì)絕緣油中的氣體組分進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)是最經(jīng)濟(jì)、最可靠的。二灘水電廠安裝了18臺(tái)日本TMT&D公司制造的C-

4、TCG-6C型油氣在線監(jiān)測(cè)儀。該儀器能在變壓器運(yùn)行的情況下自動(dòng)測(cè)量6種在絕緣油中存在的可燃?xì)怏w（CO，H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2），用以偵察變壓器是否有內(nèi)部故障發(fā)生。該儀器安裝在變壓器旁并通過油管直接與變壓器連接，操作順序全由微機(jī)控制，在測(cè)量過程中不損耗絕緣油，也不影響變壓器運(yùn)作。該儀器的工作原理與在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)絕緣油進(jìn)行氣相色譜分析的工作原理基本相同，在數(shù)據(jù)處理和分析方面有了很大加強(qiáng)，全部采用了微機(jī)控制和計(jì)算，維護(hù)方便。其結(jié)構(gòu)如圖一所示：從結(jié)構(gòu)和功能上看，該儀器由取樣單元、檢測(cè)單元、數(shù)據(jù)處理單元、控制單元、報(bào)警回路5部分組成。下面分別簡(jiǎn)要介紹各單元的組成及工作過程。取樣單元由風(fēng)

5、箱式的氣體抽取器、油泵、磁化活門等經(jīng)油管連接組合而成。工作時(shí)，油泵啟動(dòng)，從變壓器內(nèi)抽取一定量的絕緣油，注入風(fēng)箱式的氣體抽取器。關(guān)閉氣體抽取器的進(jìn)油閥和出油閥。脫氣電機(jī)啟動(dòng)，在氣體抽取器內(nèi)產(chǎn)生真空，溶解在絕緣油中的氣體分離出來(lái)后被送入檢測(cè)單元。打開氣體抽取器的進(jìn)油閥和出油閥，將絕緣油送回變壓器。圖一 氣體監(jiān)測(cè)儀方塊圖檢測(cè)單元是整個(gè)設(shè)備的核心部件，它由一個(gè)采樣環(huán)路、色譜柱、4種氣體感應(yīng)器和管閥組成。氣體分離柱加熱器的溫度由電腦自動(dòng)控制，以便穩(wěn)定感應(yīng)器輸出峰值的間隔以及輸出的數(shù)據(jù)。氣體檢測(cè)單元如圖二所示。傳感器模塊有4種氣體感應(yīng)器，每種感應(yīng)器對(duì)不同氣體的感受能力不同。感應(yīng)器A對(duì)H2、CO和不飽和碳?xì)?/p>

6、化合物具有高的敏感度。感應(yīng)器B對(duì)飽和碳?xì)浠衔锞哂懈叩拿舾卸取８袘?yīng)器C對(duì)H2具有高的敏感度。感應(yīng)器D對(duì)CO具有高的敏感度。工作時(shí)，打開氣閥，氣體進(jìn)入氣樣管。關(guān)閉氣樣管兩端閥門，截取定量的氣樣?？諝獗脝?dòng)，從外部吸入經(jīng)過干燥、過濾的空氣做為載氣，將氣樣帶入分離柱。由于氣體分子在分離柱中的移動(dòng)系數(shù)不相同，經(jīng)過狹長(zhǎng)的分離柱后，各類氣體就被分離出來(lái)。由于各感應(yīng)器對(duì)氣體的感受能力不同，氣體通過時(shí)，各產(chǎn)生不同的電信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊計(jì)算，就可得到各氣體成分的含量。圖二 氣體檢測(cè)單元圖數(shù)據(jù)處理單元將輸出的信號(hào)（電壓）轉(zhuǎn)換成氣體濃度再輸出給控制單元?？刂茊卧獙?duì)該設(shè)備的測(cè)量過程進(jìn)行控制。整個(gè)過程全部由微機(jī)完成

7、。設(shè)備按預(yù)設(shè)的參數(shù)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。一但發(fā)生任何故障，故障的性質(zhì)就會(huì)在控制面板上顯示出來(lái)。報(bào)警回路能夠通過無(wú)電壓的繼電器節(jié)點(diǎn)在設(shè)備內(nèi)部發(fā)送故障信息并使TCG報(bào)警、每種氣體以及TCG趨勢(shì)。除此之外，詳細(xì)的設(shè)備故障將會(huì)在控制面板和LCD屏上顯示。該儀器至1999年在二灘投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行情況基本正常，能夠?qū)崿F(xiàn)其預(yù)定的功能，測(cè)試數(shù)據(jù)與試驗(yàn)內(nèi)用色譜儀測(cè)得的數(shù)據(jù)基本相同?？偟膩?lái)說(shuō)該儀器有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)能定時(shí)自動(dòng)測(cè)量6種氣體的含量及其總量，并與設(shè)定值比較發(fā)出報(bào)警。(2)能監(jiān)測(cè)氣體總量的增加趨勢(shì)，并與設(shè)定值比較發(fā)出報(bào)警。(3) 快速測(cè)量。整個(gè)測(cè)量過程耗時(shí)40分鐘。(4) 免油耗，由于測(cè)量后絕緣油將送回變壓器,因

8、此該儀器不需耗油。(5) 安裝簡(jiǎn)便，它容易安裝在任何帶有抽樣油閥及回油閥的變壓器上。由于該儀器是從日本進(jìn)口的，國(guó)內(nèi)的代理商很少，因此在設(shè)備的維修和保養(yǎng)上存在諸多的不便。特別是氣體分離柱和氣體感應(yīng)器易老化，需要定期更換，維護(hù)費(fèi)用相當(dāng)大。二500KV出線電氣設(shè)備絕緣性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)500KV出線設(shè)備是二灘電廠的咽喉，直接關(guān)系到發(fā)出的電量能否送得出。為了及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出線避雷器和CVT的絕緣性能，二灘電廠安裝了一套由四川電力研究院研制的TIA-2000絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采集避雷器泄漏電流、CVT末屏電流、母線電壓信號(hào)，通過微機(jī)計(jì)算，可以得出避雷器的阻性電流、容性電流和功率損耗，CVT的電容量、介

9、質(zhì)損耗，母線的電壓有效值、3次諧波等特征參量。其原理接線圖如圖三所示。將這些測(cè)量參數(shù)按照時(shí)間繪成曲線，可以有效地判斷出現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。TIA-2000絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一套針對(duì)110KV以上變電站電氣設(shè)備，實(shí)施絕緣狀態(tài)在線診斷的完整解決方案。與以往的集中式相比，TIA2000系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì)。（1）該系統(tǒng)采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。它通常由安裝在變電站內(nèi)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安裝在管理中心的數(shù)據(jù)管理診斷系統(tǒng)兩部分組成，通過公共電話網(wǎng)絡(luò)，可以把多個(gè)變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的的測(cè)試數(shù)據(jù)匯集到上層的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)變電站內(nèi)的電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和診斷。該系統(tǒng)特別適合于電業(yè)局和流域開發(fā)公司對(duì)多個(gè)變電站電氣設(shè)備的統(tǒng)一

10、監(jiān)測(cè)。（2）測(cè)試精度高，分散性小。通常的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用穿心結(jié)構(gòu)的電磁式傳感器，由與激磁電流的影響，難以提高其測(cè)量精度，達(dá)到測(cè)試介損測(cè)量的要求。TIA2000系統(tǒng)采用了先進(jìn)的自動(dòng)補(bǔ)償式電流傳感器，除了選用起始導(dǎo)磁率較高、損耗較小的坡莫合金做鐵心外，還采用了深度負(fù)反饋補(bǔ)償技術(shù)，能夠?qū)﹁F心的激磁磁勢(shì)進(jìn)行全自動(dòng)補(bǔ)償，保持鐵心工作在接近理想的零磁通狀態(tài)。使用結(jié)果表明，這種電流互感器可以滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的要求。如果需要檢測(cè)電壓信號(hào)，只要通過無(wú)電感電阻預(yù)先把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)即可。（3）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)完全共享。安裝在局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)管理部門，可通過局域網(wǎng)與其它終端計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)管理軟件能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

11、進(jìn)行分析判斷，篩選出絕緣參數(shù)異常的電氣設(shè)備，提供包括參數(shù)變化趨勢(shì)圖在內(nèi)的相關(guān)信息，供管理人員做出更為精確的診斷。（4）配置靈活。增加或減少監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均不需要改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要配置系統(tǒng)控制單元。目前，能夠?qū)崿F(xiàn)電容型設(shè)備、避雷器阻、母線電壓、環(huán)境溫濕度等絕緣參數(shù)的測(cè)量。安裝時(shí)，傳感器連線與本地測(cè)量單元的對(duì)應(yīng)端子連接即可，不需要調(diào)節(jié)測(cè)量單元的檢測(cè)精度。（5）維修簡(jiǎn)單。由于測(cè)量單元全部采用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)于使用數(shù)量較多的電容型及避雷器測(cè)量單元采用了完全相同的硬件結(jié)構(gòu)，具備高度的通用性和互換性。由于現(xiàn)地測(cè)量單元提供的信號(hào)是已經(jīng)經(jīng)過隔離并且電壓等級(jí)足夠，可以在設(shè)備帶電運(yùn)行的條件下安全地對(duì)所

12、有部件進(jìn)行維修和更換，不會(huì)影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。但是，在線監(jiān)測(cè)裝置的性能受多方面的條件制約，硬件和軟件的配合、測(cè)試原理上的偏差、測(cè)試精度的選擇、系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性等都是影響其性能的重要因素。由于以上幾種原因造成的誤差不可避免，在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)試的結(jié)果與實(shí)際值有一定的偏差，而且在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)試值受環(huán)境條件的影響變化較大，它無(wú)法與停電預(yù)試的結(jié)果進(jìn)行比較，因此給在線監(jiān)測(cè)裝置測(cè)得的任何絕緣參數(shù)做一個(gè)準(zhǔn)確的限定是很困難的。但是，對(duì)于同一線路，三相之間的變化規(guī)律應(yīng)基本一致，在趨勢(shì)圖上反映出來(lái)應(yīng)是三條平行的曲線。如果在運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)某一相的測(cè)試值突然偏大或某一相的測(cè)試值逐漸增大，應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視，必要

13、時(shí)應(yīng)停電試驗(yàn)，進(jìn)行檢查確認(rèn)。因此，在線監(jiān)測(cè)裝置雖不能全部代替停電預(yù)試，但它能為停電預(yù)試提供參考?？梢愿鶕?jù)在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，適當(dāng)延長(zhǎng)停電預(yù)試的周期。TIA-2000絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投運(yùn)3年來(lái)，運(yùn)行情況基本穩(wěn)定。能夠?qū)崿F(xiàn)其應(yīng)有的功能，但仍然有一些地方有待改進(jìn)。例如：（1）TIA-2000數(shù)據(jù)分析軟件功能單一，界面單調(diào)，不易于操作，且數(shù)據(jù)分析功能有限，存取數(shù)據(jù)的方式也較復(fù)雜。最主要是測(cè)得數(shù)據(jù)不能導(dǎo)出備份，只能靠中央控制器單元存儲(chǔ)，數(shù)量有限。（2）CVT末端電流取樣方法需要改進(jìn)。（3）設(shè)備的電子器件容易損壞。三500KV干式電纜絕緣性能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探索二灘的500KV電纜有18條LDPE型電纜和2條XL

14、PE型電纜，全部由法國(guó)SAGEM公司提供。單根電纜最長(zhǎng)達(dá)525米。至投運(yùn)以來(lái)，已經(jīng)2條電纜（3號(hào)機(jī)變組單元C相和4號(hào)機(jī)變組單元A相）發(fā)生了對(duì)地?fù)舸┕收?。由于二灘電廠采用的是單元接線方式。任何一條電纜擊穿，就會(huì)導(dǎo)致一臺(tái)550MW機(jī)組停運(yùn)。而且檢修周期較長(zhǎng)，即使更換為備用電纜，至少也要1周左右的時(shí)間。可見，電纜對(duì)地?fù)舸┕收显斐傻木S修費(fèi)用和電量損失是很大的。由于制造過程中不可避免地在主絕緣層中遺留一些絕緣弱點(diǎn)（例如：氣泡、水珠和結(jié)焦），在高電場(chǎng)的作用下，絕緣弱點(diǎn)不斷發(fā)展，形成水樹枝和電樹枝，最終導(dǎo)致絕緣被擊穿。在絕緣弱點(diǎn)的發(fā)展過程中，必然會(huì)一些特殊的放電現(xiàn)象，對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行分析，就可判斷電纜的運(yùn)行狀態(tài)。因此，對(duì)電纜的絕緣狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)應(yīng)當(dāng)是可行的、有效的。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)500KV干式電纜絕緣狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的研究工作剛剛起步，很多研究成果還在初級(jí)階段，離現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用還一定的差距。二灘電廠目前仍在密切關(guān)注這個(gè)方面研究的進(jìn)展情況。四結(jié)束語(yǔ)絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)的電子技術(shù)，分析電氣設(shè)備運(yùn)行過程中絕緣參數(shù)的變化，判斷電氣設(shè)備的老化程度和是否存在缺陷，實(shí)現(xiàn)了絕緣狀態(tài)的遠(yuǎn)程、離線監(jiān)測(cè)，為電力生產(chǎn)提供了可靠的監(jiān)測(cè)手段，為設(shè)備的狀態(tài)檢修提供了有力的依據(jù)。隨著微電子技術(shù)在電氣設(shè)備絕緣診斷方面應(yīng)用研究的不斷深入，絕緣在線監(jiān)測(cè)