張志強(qiáng) 陳 偉 雷水雄 秦建華

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽314300)

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)好壞直接影響到電廠的安全運(yùn)行。多年的實(shí)踐證明，油中溶解氣體分析（DGA）是診斷大型油侵式電力變壓器潛伏性故障比較有效的方法，但是隨著變壓器數(shù)量的不斷增加和供電可靠性要求的不斷提高，傳統(tǒng)的試驗(yàn)室色譜分析監(jiān)測(cè)手段逐漸顯現(xiàn)出試驗(yàn)周期長(zhǎng)、跟蹤不及時(shí)及操作繁瑣等局限性。近年來，變壓器在線色譜監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，已逐步在發(fā)電廠中投入使用。變壓器在線色譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能在線持續(xù)監(jiān)測(cè)氣體組分，貯存長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)結(jié)果，提供完整的發(fā)展趨勢(shì)信息，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，確定變壓器的維護(hù)周期，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修具有決定性的作用。

本文介紹MGA2000-6系列變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能、原理及在秦山第二核電廠的應(yīng)用情況。

1 MGA2000-6變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 主要功能

MGA2000-6系列變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度在線監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解的氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）和乙烷（C2H6）等六種氣體組分，并通過計(jì)算獲得總烴的含量、各組分氣體的相對(duì)增長(zhǎng)率以及絕對(duì)增長(zhǎng)速度。缺點(diǎn)是無監(jiān)測(cè)二氧化碳（CO2）的功能，優(yōu)點(diǎn)是具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)保存、報(bào)表、故障診斷、故障發(fā)展趨勢(shì)分析、設(shè)備故障報(bào)警、參數(shù)設(shè)置及網(wǎng)絡(luò)功能等，能很好地滿足變壓器設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的需要。

1.2 工作原理

MGA2000-6系列變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用氣相色譜原理，變壓器油通過油路循環(huán)單元采集到油氣分離裝置，溶解在變壓器油中的故障特征氣體經(jīng)特制的油氣分離裝置分離脫氣后，在內(nèi)置微型氣泵的作用下，進(jìn)入電磁六通閥的定量管，定量管中的故障特征氣體在載氣作用下流過色譜柱，然后氣體檢測(cè)器按氣體出峰順序分別將六組分氣體（H2、CO、CH4、C2H4、C2H2、C2H6）變換成電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集器將采集到的電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換通過CAN總線或RS485上傳給安裝在控制室的數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器根據(jù)儀器的標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，計(jì)算出各組分及總烴的含量以及各自的增長(zhǎng)率，再由故障診斷專家系統(tǒng)對(duì)變壓器故障進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)變壓器故障的在線監(jiān)測(cè)，其工作原理如圖1所示。

圖1 MGA2000-6系列變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖

1.3 軟件功能概述

MGA2000-6系統(tǒng)軟件利用生動(dòng)的趨勢(shì)圖、直觀的數(shù)據(jù)表格、直方圖顯示變壓器油中各組分含量和油溫等數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行跟蹤分析。采用準(zhǔn)確、可靠的智能譜峰識(shí)別技術(shù)進(jìn)行譜圖分析，運(yùn)用改良三比值法、大衛(wèi)三角形法以及立方體圖示法進(jìn)行故障診斷，具有系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)、載氣壓力報(bào)警等功能，裝置設(shè)置有聲/光報(bào)警提示報(bào)警信息。系統(tǒng)采集周期可由用戶自行設(shè)定，最小1小時(shí)，檢測(cè)數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果可以自動(dòng)傳至遠(yuǎn)方終端，從而實(shí)現(xiàn)變壓器故障的在線監(jiān)測(cè)。

2 系統(tǒng)運(yùn)行情況與案例分析

2.1 運(yùn)行情況

秦山第二核電廠目前運(yùn)行四臺(tái)650MW核電機(jī)組，主變壓器為保定天威保變股份有限公司生產(chǎn)的500KV單相變壓器，每相容量250MVA，共計(jì)12臺(tái)。2010年206換料大修期間，首次對(duì)2號(hào)機(jī)組主變壓器A、B、C三相各加裝了一套MGA2000-6系列變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)改造。隨后，在2011年108和301換料大修期間，及2013年401換料大修期間分別在1號(hào)機(jī)組、3號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組主變壓器上安裝了9套MGA2000-6系列變壓器在線色譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前在線色譜運(yùn)行情況良好，實(shí)現(xiàn)了全廠全部主變壓器故障的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)分析功能。

2.2 案例分析

2012年4月12日1號(hào)機(jī)組主變壓器109大修后沖擊送電，沖擊時(shí)B相勵(lì)磁涌流最大，達(dá)1950A。4月13日在線色譜顯示出現(xiàn)約0.4ppm左右的乙炔氣體，總烴由沖擊前6ppm升至8ppm，4月30日機(jī)組并網(wǎng)開始升功率，5月4日晚機(jī)組達(dá)滿功率，5月5日在線色譜顯示B相總烴增長(zhǎng)較大，5日一天從凌晨1：50到晚 19:49，B相總烴由14.25ppm增長(zhǎng)到41.69ppm，在線色譜中乙炔含量自產(chǎn)生后無明顯變化。跟蹤在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)趨勢(shì)（圖2所示）可以看出，該變壓器各種故障特征氣體增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。

圖2 1#主變壓器B相在線色譜趨勢(shì)圖

對(duì)該變壓器取油樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行色譜分析，將其試驗(yàn)結(jié)果與在線色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如表1所示。

表1 1#主變壓器B相油色譜實(shí)驗(yàn)室與在線數(shù)據(jù)比對(duì)

利用三比值法計(jì)算編碼為0，2，2，依據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》判斷該變壓器有高溫過熱（≥700℃）故障。

為了進(jìn)一步計(jì)算故障點(diǎn)溫度，采用日本月岡、大江等提出的溫度估算公式進(jìn)行溫度估算，其故障點(diǎn)溫度為736℃，與三比值法的判斷結(jié)果相吻合。溫度估算公式為：

測(cè)試運(yùn)行中鐵心接地電流為0.2A，排除了鐵心多點(diǎn)接地的可能。變壓器不存在過負(fù)載運(yùn)行情況，也未曾遭遇過出口短路等異常工況。測(cè)試潛油泵運(yùn)行情況，顯示無異常溫升現(xiàn)象，色譜跟蹤分析數(shù)據(jù)未見異常，可排除潛油泵故障導(dǎo)致的色譜異常。分析色譜數(shù)據(jù)，由于CO和CO2含量沒有明顯增長(zhǎng)，認(rèn)為過熱故障應(yīng)不涉及固體絕緣，裸金屬局部過熱的可能性比較大。2012年5月25日以后色譜數(shù)據(jù)顯示油中溶解氣體趨勢(shì)逐漸平穩(wěn)，認(rèn)為變壓器內(nèi)部瞬態(tài)變化消失，或故障點(diǎn)已燒熔，判定過熱故障已經(jīng)明顯緩解或逐步消失。

2013年4月，110換料大修期間，對(duì)該故障主變壓器放油后進(jìn)入內(nèi)部檢查，檢查發(fā)現(xiàn)問題如下：

（1）高低壓夾件與靠近高壓引線的第一根襯板接觸面有兩處明顯放電過熱灼燒點(diǎn)。同時(shí)，在兩側(cè)襯板的下方發(fā)現(xiàn)少量的金屬顆粒，散落在鐵心上，最大金屬顆粒直徑約2mm；

（2）主變器身定位螺栓墊圈與低壓夾件有過熱痕跡；

（3）高壓引線裝置支撐板緊固螺栓有過熱灼燒痕跡；

（4）低壓側(cè)油箱磁屏蔽絕緣電阻為零。

經(jīng)分析，認(rèn)為變壓器在運(yùn)行中不可避免地要產(chǎn)生振動(dòng)，特別是當(dāng)投切變壓器或網(wǎng)絡(luò)潮流發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)更大，容易引發(fā)相關(guān)部件松動(dòng)。秦山第二核電廠1#主變B相運(yùn)行年限已達(dá)十年，內(nèi)部很容易出現(xiàn)松動(dòng)，由于109換料大修后沖擊送電，沖擊時(shí)B相勵(lì)磁涌流最大，本體震動(dòng)較A/C相高出許多，導(dǎo)致襯板與夾件之間及其它松動(dòng)部位出現(xiàn)過熱點(diǎn)并逐步累積造成過熱性故障。針對(duì)存在的缺陷，采取的處理措施是：

（1）緊固了夾件與襯板的連接螺栓，并盡可能地清理了金屬顆粒；

（2）刮除了定位螺栓墊片與底部襯板間的油漆并緊固；

（3）對(duì)磁屏蔽進(jìn)行了清理，清理后絕緣恢復(fù)合格。

2013年4月22日，1#主變B相重新沖擊合閘送電至今運(yùn)行情況正常。

由表1可知，故障主變壓器試驗(yàn)室與在線油色譜數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果基本吻合，說明在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅能夠準(zhǔn)確反映變壓器油中故障氣體的發(fā)展趨勢(shì)，而且其測(cè)試的氣體組分含量與實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果一致性也很好。

3 結(jié)論

實(shí)際應(yīng)用證明，變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能較快地從氣體的變化趨勢(shì)上發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的故障，隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況，可彌補(bǔ)定期油色譜試驗(yàn)時(shí)間間隔過長(zhǎng)的不足，在一定程度上減少設(shè)備突發(fā)性事故的發(fā)生。秦山第二核電廠主變壓器安裝的MGA2000-6系列變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，預(yù)警及時(shí)、準(zhǔn)確，所監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室色譜分析數(shù)據(jù)吻合，達(dá)到了在線監(jiān)測(cè)的目的，為變壓器的可靠運(yùn)行提供了保障。

［1］GB/T 7252－2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].

［2］趙宇彤，楊清華.變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2005（1）：35-38.

［3］張斌，譚雪春.變壓器溶解氣體在線監(jiān)測(cè)方法[J].湖南電力，2005（1）：41-43.

［4］MGA2000-6H變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用手冊(cè)[S].寧波理工監(jiān)測(cè)科技股份有限公司.