隨著電力體制改革進(jìn)程的加快，電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，在保證輸變電設(shè)備安全運(yùn)行，追求利潤(rùn)最大化的前提下，如何降低輸電成本已成為電網(wǎng)公司必須解決的重要課題之一。為有效地維護(hù)大量輸變電設(shè)備，應(yīng)用高精度診斷技術(shù)作為主要技術(shù)支撐，使電力設(shè)備由定期維護(hù)轉(zhuǎn)向狀態(tài)維護(hù)。
1 變壓器診斷新技術(shù)
1.1 糠醛和CO+CO2并用技術(shù)
變電所最重要的設(shè)備是變壓器。引起油浸變壓器老化的原因有熱老化、電氣老化和機(jī)械老化，線圈絕緣紙老化是影響變壓器壽命的主要原因。變壓器運(yùn)行產(chǎn)生的熱量使絕緣紙的纖維分子分解，絕緣紙強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)外部短路產(chǎn)生的機(jī)械力作用到線圈上時(shí)，絕緣紙破損，進(jìn)而加速了絕緣紙老化，使絕緣耐壓能力降低。
絕緣紙的纖維分子分解，引起平均聚合度的降低。因平均聚合度與絕緣紙的張力強(qiáng)度的相關(guān)性強(qiáng)，因此，可以將平均聚合度作為變壓器老化指標(biāo)。若變壓器采用紙絕緣，平均聚合度測(cè)試值與變壓器運(yùn)行時(shí)間有密切關(guān)系，運(yùn)行30年的變壓器平均聚合度是其初期值的30%－70%。當(dāng)張力強(qiáng)度殘余率為60%時(shí)，與其相應(yīng)的平均聚合度殘余率為40%~50%。將其置換成平均聚合度，通常絕緣紙的初期值為1000，現(xiàn)變化為400~500，450相當(dāng)于中間值，當(dāng)平均聚合度低于250時(shí)，變壓器處于危險(xiǎn)水平。信息來源：www.ewkbg.com
關(guān)于平均聚合度測(cè)量方法，雖然可以從變壓器內(nèi)部取部分絕緣紙直接測(cè)量，但是作為診斷技術(shù)，為了能夠定期地對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，還必須分析絕緣油中的分解生成物。因此，通常采用間接方法測(cè)量聚合度。
關(guān)于老化生成物，由于絕緣紙的老化、張力強(qiáng)度以及平均聚合度的降低，絕緣油中生成CO+CO2，H2等氣體，并生成糠醛、5甲基糠醛、丙酮等液態(tài)物質(zhì)。其中與絕緣紙張力強(qiáng)度、平均聚合度有密切關(guān)系的老化生成物是CO+CO2、糠醛以及丙酮。
對(duì)于密封型變壓器，可以確立糠醛和CO+CO2并用診斷方法?？啡┦抢w維老化生成物之一，對(duì)絕緣油的溶解度很高，具有不易吸附到絕緣紙上的特點(diǎn)，可以配合油中溶解的CO+CO2氣體含量進(jìn)行變壓器的老化診斷。密封型變壓器因絕緣油不與大氣接觸，可以使用上述方法。但是，開放型變壓器因絕緣油與大氣接觸，為防止油老化，通常在變壓器內(nèi)部配置活性氧化鋁，以消除油中的水分。因活性氧化鋁吸收糠醛，因此，不宜使用上述方法進(jìn)行老化診斷。經(jīng)研究確認(rèn)，丙酮含量與平均聚合度的相關(guān)性強(qiáng)，因此，可以根據(jù)丙酮含量進(jìn)行開放型變壓器的老化診斷。
1.2 應(yīng)用光元件進(jìn)行老化診斷的新技術(shù)
日本學(xué)者對(duì)應(yīng)用波長(zhǎng)評(píng)價(jià)法(光診斷)進(jìn)行變壓器壽命診斷的可行性進(jìn)行了研究。這種方法應(yīng)用了變壓器絕緣紙老化程度不同而吸收光譜產(chǎn)生差別的原理。當(dāng)光通過絕緣油時(shí)，受到的衰減有波長(zhǎng)依賴性，其衰減特性隨變壓器老化程度不同而變化，因此，可以根據(jù)這種變化情況進(jìn)行診斷。絕緣油一旦在運(yùn)行中油溫上升產(chǎn)生熱老化，將分解出有機(jī)酸和水分，由于時(shí)效老化，絕緣油的色相也從透明狀態(tài)變成黃色，將光吸收損失差作為監(jiān)測(cè)參數(shù)可以預(yù)測(cè)變壓器的老化程度。信息來源：www.ewkbg.com
對(duì)于絕緣紙，將特定的兩波長(zhǎng)之間反射吸光度差，通過共存加速老化試驗(yàn)，繪制成3種絕緣紙的壽命診斷曲線。影響變壓器壽命的絕緣紙的平均聚合度達(dá)到200~300危險(xiǎn)范圍時(shí)，相關(guān)系數(shù)在0.7以上，可以適用于老化診斷。在共存加速老化試驗(yàn)中，絕緣紙受絕緣油的影響，在反射吸光度差達(dá)到極大值范圍時(shí)，由于絕緣紙的熱老化反應(yīng)和與其相伴的分解反應(yīng)引起聚合度降低，在極大值以下范圍，絕緣油主要引起絕緣紙的膨脹、潤(rùn)濕和分解。反射吸光度差達(dá)到極大值范圍，可以推測(cè)平均聚合度已經(jīng)降低到200~300水平，可用于診斷變壓器的老化程度。在評(píng)價(jià)油浸變壓器的剩余壽命時(shí)，以平均聚合度450作為壽命點(diǎn)，在特定壽命點(diǎn)后，通過使用共存老化主曲線，可以從絕緣紙的反射吸光度差預(yù)測(cè)變壓器的剩余壽命。
2 GIS與GCB診斷技術(shù)
氣體絕緣開關(guān)裝置(GIS)和氣體遮斷器(GCB)等氣體絕緣設(shè)備，因其帶電部分密封在容器內(nèi)，運(yùn)行可靠性高，維護(hù)省力，因此，被廣泛應(yīng)用于變電所、輸變電線路等重要電力設(shè)備中；然而，這種設(shè)備一旦發(fā)生事故，維修難度較大。通過對(duì)GIS、GCB的故障分析，發(fā)現(xiàn)除了絕緣降低和通電異常外，開關(guān)的開閉性能及氣體密封異常占其全部異?，F(xiàn)象的70%－80%。因此，從設(shè)備可靠性出發(fā)，對(duì)開關(guān)的絕緣開閉性能和密封情況進(jìn)行高精度的監(jiān)視和診斷非常重要。信息來源：www.ewkbg.com
2.1 局部放電傳感器
作為GIS，GCB發(fā)生絕緣降低的征兆，多數(shù)情況下都伴有局部放電發(fā)生，因此，監(jiān)視局部放電是最直接的監(jiān)測(cè)方法。便攜式局部放電檢測(cè)裝置內(nèi)部安裝有電氣式傳感器和機(jī)械式傳感器，利用該裝置在現(xiàn)場(chǎng)可以在線以最高10cm的精度，判斷發(fā)生放電的位置。傳感器安裝方式可以分為內(nèi)部安裝型和外部安裝型。日本學(xué)者開發(fā)應(yīng)用的內(nèi)部安裝型傳感器具有可以檢測(cè)1pC以下微小放電的能力，外部安裝型傳感器具有可以檢測(cè)20 pC以下放電的能力。其中，外部安裝型傳感器可以在設(shè)備不停電的情況下安裝，對(duì)確認(rèn)設(shè)備的絕緣性能很有效。
2.2 通電性能監(jiān)測(cè)用傳感器
開發(fā)SF6分解氣體傳感器作為檢測(cè)通電異常的方法。該傳感器應(yīng)用固體電解質(zhì)結(jié)晶，有選擇地檢測(cè)分解氣體中的氟素離子，靈敏度可達(dá)0.5MPa，而且該傳感器可以輸出電氣信號(hào)，使檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了定量化和趨勢(shì)化管理。
2.3 GCB開閉特性監(jiān)測(cè)傳感器
在GCB控制回路中安裝鉗型CT，通過掌握電流波形和開關(guān)行程波形的變化，可以了解潤(rùn)滑油老化、控制回路異常、機(jī)構(gòu)異常等情況，可以早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。尤其是通過收集和分析趨勢(shì)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可延長(zhǎng)定期檢修間隔。
2.4 氣體壓力傳感器
通常，漏氣管理都是在額定氣體壓力下進(jìn)行，氣體壓力下降0.05MPa，發(fā)出補(bǔ)充氣體指令，下降0.1MPa發(fā)出低壓報(bào)警，并閉鎖回路。氣體泄漏在初期階段漏氣量較小，用普通氣量表和氣體密封開關(guān)難以發(fā)現(xiàn)，對(duì)此，日本學(xué)者開發(fā)出專門作為氣體監(jiān)測(cè)用傳感器——氣體壓力傳感器。該傳感器分辨率達(dá)到了0.02，可靠率達(dá)0.2%/a，除了可以檢測(cè)泄漏氣體外，還具有氣體壓力監(jiān)視功能和替代氣體密度開關(guān)功能，并且具有事故時(shí)捕捉微小壓力變化的事故點(diǎn)標(biāo)定功能。尤其在事故點(diǎn)標(biāo)定方面，傳感器具有超高分辨率的優(yōu)越性，可以穩(wěn)定地檢測(cè)事故電流小、高壓等級(jí)GIS單相接地故障。
2.5 混合型傳感器
混合型傳感器是將氣體壓力傳感器和用于通電性能監(jiān)測(cè)的傳感器組裝在一個(gè)容器中，實(shí)現(xiàn)了一體化的混合傳感器。該傳感器除具有壓力傳感器具有的漏氣檢測(cè)功能外，還具有氣體密度監(jiān)測(cè)功能、事故點(diǎn)標(biāo)定功能以及通電性能監(jiān)測(cè)傳感器的所有功能。通過將傳感器混合，可以減少一半傳感器安裝成本和安裝個(gè)數(shù)；萬一開關(guān)發(fā)生事故時(shí)，可以迅速地進(jìn)行測(cè)量，分析事故部位。并且，混合型傳感器對(duì)提高信號(hào)傳感功能、提高可靠性、降低成本很有效。
3 變電設(shè)備在線診斷技術(shù)
隨著寬帶網(wǎng)和光纖電纜的迅速普及，在變電設(shè)備遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)、診斷方面，構(gòu)建可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的高速傳輸系統(tǒng)將是必要的。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開始將IP技術(shù)納入變電設(shè)備的監(jiān)測(cè)、診斷技術(shù)中。從2001年開始，美國(guó)GE公司在變電所配置e－Box終端，通過因特網(wǎng)向用戶提供電壓、電流、變電所設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備操作說明書和設(shè)備出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)等服務(wù)。采用IP技術(shù)的監(jiān)測(cè)、診斷技術(shù)在變電所得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用IP技術(shù)的優(yōu)越性：
a.設(shè)備信息的共享。各方面技術(shù)人員都可以很容易地監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)，掌握設(shè)備的瞬時(shí)信息，方便各方面的技術(shù)合作。
b.事故反應(yīng)的快速化。當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，可以通過電子郵件、PDA等方法進(jìn)行快速處理。應(yīng)用微機(jī)、PDA等，可以在短時(shí)問內(nèi)進(jìn)行事故分析。通過圖像信息直接掌握設(shè)備狀態(tài)，因此，可以實(shí)現(xiàn)事故反應(yīng)的快速化。
c.連接性良好的開放系統(tǒng)?？梢杂霉镁W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建系統(tǒng)，不必敷設(shè)專用線路，形成連接性優(yōu)良的系統(tǒng)。
d.設(shè)備投資減少、維護(hù)費(fèi)用降低。應(yīng)用IP技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)在線進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷，在最佳時(shí)間實(shí)施檢修，降低了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用；能夠監(jiān)視老化設(shè)備運(yùn)行，直至使用壽命終止，從而減少設(shè)備投資。
4 結(jié)束語(yǔ)
電力設(shè)備的安全運(yùn)行與社會(huì)生活息息相關(guān)，保證電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行是電力公司的社會(huì)責(zé)任。為此，要充分認(rèn)識(shí)診斷技術(shù)在電力設(shè)備維護(hù)管理方面的重要性，積極開發(fā)、引進(jìn)具有高精度的診斷技術(shù)。診斷技術(shù)綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)技術(shù)，將成為電力設(shè)備診斷技術(shù)的發(fā)展方向。
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